3.2-3.3　热力学第一定律、能量守恒定律-2022-2023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．（2022春·北京·高二期末）一定质量的理想气体，从某一状态开始，经过一系列变化后又回到开始的状态，用表示外界对气体做的功，表示气体对外界做的功，表示气体吸收的热量，表示气体放出的热量，则在整个过程中一定有（　　） A． B． C． D． 2．（2022春·山东临沂·高二校考期末）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像如图所示，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小于在过程中气体对外界做的功 D．经历一次循环，气体放出热量 3．（2022春·黑龙江哈尔滨·高二黑龙江实验中学校考阶段练习）一定质量的理想气体从状态a开始，经a→b、b→c、c→a三个过程后回到初始状态a，其p-V图像如图所示。已知三个状态的坐标分别为a（V0 ， 2p0）、b（2V0 ， p0）、c（3V0 ， 2p0）。以下判断正确的是（　　） A．气体在a→b过程中对外界做的功小于在b→c过程中对外界做的功 B．气体在a→b过程中从外界吸收的热量小于在b→c过程中从外界吸收的热量 C．在c→a过程中，外界对气体做的功等于气体向外界放出的热量 D．气体在c→a过程中内能的减少量大于b→c过程中内能的增加量 题型二：判断系统内能改变的问题 4．（2023春·重庆沙坪坝·高二重庆一中校考阶段练习）如图所示，一定质量的理想气体从a状态开始，经历b、c状态再次回到a状态。b到c过程气体放热，c到a过程气体吸热。则下列说法正确的是（　　） A．c→a过程相同时间内撞到单位面积上的分子数减少 B．a→b过程气体温度先减小后增大 C．a→b过程气体吸热4.05J D．经