3.2-3.3　热力学第一定律、能量守恒定律-2021-2022学年高二物理精讲与精练高分突破考点专题系列（人教版2019选择性必修第三册）

3.2-3.3　热力学第一定律、能量守恒定律 一：知识精讲归纳 考点一、热力学第一定律 1．改变内能的两种方式：做功与传热．两者对改变系统的内能是等价的． 2．热力学第一定律：一个热力学系统的内能变化量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和． 技巧归纳： 1．对公式ΔU＝Q＋W符号的规定 符号 W Q ΔU ＋ 体积减小，外界对热力学系统做功 热力学系统吸收热量 内能增加 － 体积增大，热力学系统对外界做功 热力学系统放出热量 内能减少 2.气体状态变化的几种特殊情况 (1)绝热过程：Q＝0，则ΔU＝W，系统内能的增加(或减少)量等于外界对系统(或物体对外界)做的功． (2)等容过程：W＝0，则ΔU＝Q，物体内能的增加量(或减少量)等于系统从外界吸收(或系统向外界放出)的热量． (3)等温过程：始末状态一定质量理想气体的内能不变，即ΔU＝0，则W＝－Q(或Q＝－W)，外界对系统做的功等于系统放出的热量(或系统吸收的热量等于系统对外界做的功)． 3．判断气体是否做功的方法 一般情况下看气体的体积是否变化． ①若气体体积增大，表明气体对外界做功，W<0. ②若气体体积减小，表明外界对气体做功，W>0. 4．应用热力学第一定律解题的一般步骤 (1)根据符号法则写出各已知量(W、Q、ΔU)的正负； (2)根据方程ΔU＝W＋Q求出未知量； (3)再根据未知量结果的正负来确定吸放热情况、做功情况或内能变化情况． 考点二、气体实验定律和热力学第一定律的综合应用 热力学第一定律与理想气体状态方程结合问题的分析思路： (1)利用体积的变化分析做功情况．气体体积增大，气体对外界做功；气体体积减小，外界对气体做功． (2)利用温度的变化分析理想气体内能的变化．一定质量的理想气体的内能仅与温度有关，温度升高，内能增加；温度降低，内能减小． (3)利用热力学第一定律判断是吸热还是放热． 由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，则Q＝ΔU－W，若已知气体的做功情况和内能的变化情况，即可判断气体状态变化是吸热过程还是放热过程 考点三：能量守恒定律 1．能量的存在形式及相互转化 (1)各种运动形式都有对应的能：机械运动有机械能，分子的热运动有内能，还有电磁能、化学能、核能等． (2)各种形式的能，通过某种力做功可以相互转化．例如：利用电炉取暖或烧水，电能转化为内能；煤燃烧，化学能转化为内能；列车刹车后，轮子温度升高，机械能转化为内能． 2．能量守恒的两种表达 (1)某种形式的能减少，一定有其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等． (2)某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等． 3．第一类永动机不可能制成的原因分析 如果没有外界供给热量而对外做功，由ΔU＝W＋Q知，系统内能将减小．若想源源不断地做功，在无外界能量供给的情况下是不可能的． 二：考点题型归纳 题型一：理解热力学第一定律 1．在热力学第一定律的表达式ΔU=W＋Q中关于ΔU、W、Q各个物理量的正、负，下列说法中正确的是（　　） A．外界对物体做功时W为正，吸热时Q为负，内能增加时ΔU为正 B．物体对外界做功时W为负，吸热时Q为正，内能增加时ΔU为负 C．物体对外界做功时W为负，吸热时Q为正，内能增加时ΔU为正 D．外界对物体做功时W为负，吸热时Q为负，内能增加时ΔU为负 2．一定质量的理想气体从状态a开始，经历一次循环回到原状态，其体积随热力学温度变化的图象如图所示，其中、均垂直于横轴，，的延长线均过原点O。下列表述不正确的是（　　） A．在过程中气体从外界吸收热量 B．在过程中在单位时间单位面积上碰摘容器壁的气体分子数减小 C．在过程中外界对气体做的功等于在过程中气体对外界做的功 D．经历一次循环，气体从外界吸收热量 3．如图所示，一定质量的理想气体沿直线从状态A变化到状态B。已知在此过程中，气体吸收了280J的热量。则该理想气体在此过程中（　　） A．每个气体分子的动能均增大 B．状态B的热力学温度是状态A的2倍 C．外界对气体做正功 D．内能增加180J 题型二：判断系统内能改变的问题 4．如图所示，绝热容器中间用隔板隔开，左侧装有理想气体，右侧为真空。现将隔板抽掉，使左侧理想气体自由膨胀直至达到平衡，已知气体自由膨胀过程中不对外界做功，则在此过程中（　　） A．气体温度降低，内能减少 B．气体温度不变，内能不变 C．气体温度升高，内能增加 D．气体内能一定不变，但温度可能改变 5．下列说法正确的是（　　） A．对物体做功，同时物体放热，物体的内能一定减小 B．对物体做功，同时物体吸热，物体的内能一定减小 C．物体对外做功，同时放热，物体的内能一定减小 D．物体对外做功，同时吸热，物体的内能一定减小 6．现代某汽车的四冲程内燃机利用奥托