3.2-3.3热力学第一定律 能量守恒定律-【帮课堂】2023-2024学年高二物理同步学与练（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 知识点一、热力学第一定律 1．改变内能的两种方式： 与 两者对改变系统的内能是 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 与外界对它所 的和． 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． 知识点二、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 知识点三、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． [例题1] （多选）（2023秋•密山市期末）某同学用喝完的饮料罐，制作一个简易气温计。如图所示，在这个空的铝制饮料罐中插入一根粗细均匀的透明吸管，接口处用蜡密封。吸管中引入一段长度可忽略的油柱，在吸管上标上温度刻度值。罐内气体可视为理想气体，外界大气压不变，以下说法中正确的有（　　） A．吸管上的温度刻度值左小右大 B．吸管上的温度刻度分布不均匀 C．气温升高时，罐内气体增加的内能大于吸收的热量 D．在完全失重的环境下，这个气温计仍可使用 [例题2] （2023春•桂林期末）一定质量的理想气体从状态A变化到状态B，再变化到状态C，其V﹣T图像如图所示。已知该气体在状态B的压强为2.0×105Pa。下列说法正确的是（　　） A．状态A→B过程是等容变化 B．状态B→C过程是等温变化 C．状态A→B的过程气体吸热 D．状态B→C过程气体对外做功200J [例题3] （2023秋•天津期中）一定质量的理想气体在某过程中，从外界吸收热量30J，同时对外界做功20J，关于该气体在此过程中的内能变化量ΔU，说法正确的是（　　） A．ΔU＝+10J B．ΔU＝+50J C．ΔU＝﹣10J D．ΔU＝﹣50J [例题4] （2023•道里区校级开学）妈妈正在厨房用燃气灶煲鸡汤，鸡汤香气四溢，锅盖不断被水蒸气顶起而发生“跳动”，此过程涉及的有关物理现象表述正确的是（　　） A．煲鸡汤过程中，主要是通过做功的方式改变内能的 B．鸡汤香气四溢属于扩散现象 C．燃气燃烧过程中热值减小，鸡汤温度升高，内能增大 D．锅盖“跳动”过程的能量转化与内燃机的压缩冲程相似 [例题5] （2023秋•南通期中）A、B导热汽缸，封闭质量相同的同种理想气体，如图所示，在甲、乙两个环境中，两汽缸内气体体积相同，现将甲、乙两环境升高相同的温度，则A、B气缸内的气