第12.2节 能量的转化与守恒-【帮课堂】2023-2024学年高二物理同步学与练（沪科版2020上海选择性必修第三册）

第十二章 热力学定律 12.2 能量的转化与守恒 🧭目标导航 知识要点 难易度 1. 热力学第一定律：∆U=W+Q 2. 定性分析：根据气体状态图像变化判断做功、热交换、内能变化 3. 定量计算：气体膨胀做正功W=p·∆V ★★★ ★★★ ★★★ 📚知识精讲 一、热力学第一定律 1. 焦耳实验： (1)绝热过程：一个系统在变化过程中，既不从外界吸热，也不向外界放热的过程，即Q=0。 如果一个热学过程的状态变化发生极快、系统与外界交换的热量很少，可以近似看成绝热过程。 (2)封闭系统：与外界没有物质交换，但有能量交换。 (3)结论：绝热系统中，重力对 P与P’所做的功总等于水和容器组成的系统增加的内能，即：∆U=W 同理，只有热交换，没有做功的过程，内能的增加等于吸收的热量，即：∆U=Q 热功当量：1卡的热量相当于4.2J的功。 2. 热力学第一定律： (1)内容：一般地，在系统与外界同时发生做功和热传递的过程中，系统内能的变化量∆U等于外界对系统所做的功 W与系统从外界吸收的热量Q的代数和。 (2)公式：∆U=W+Q 通常，外界对系统做功时取 W >0，系统对外界做功时取 W < 0； 系统从外界吸收热量时取 Q >0，系统向外界放出热量时取 Q<0。 3. 拓展理解： (1)理想气体指温度不太低，压强不太大，即忽略分子势能的理想模型。 理想气体的等温过程：内能不变。等温膨胀，吸热同时对外做功；等温压缩，对气体做功同时放热。 (2)等压膨胀，对外做功W=p∆V。 p-V图像与V轴所围面积表示W，V增大表示气体对外做功，V减小表示外界对气体做功。 循环过程形成闭合曲线，闭合曲线的面积，顺时针表示对外做功；逆时针表示外界对气体做功。 (3)自由膨胀，即气体向真空中膨胀，对外不做功。 (4)物体的温度升高，其内能一定增加；但物体内能增加，温度不一定升高。 例如，晶体熔化时，内能增加，温度不变。 二、能量守恒定律 1. 第一类永动机不能制成：违法能量守恒这一自然界最普适的基本定律。 2. 能量守恒定律： 大量事实证明，能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到其他物体，从物体的一部分转移到其他部分，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。 3. 自然界存在着多种不同形式的运动，每种运动对应着一种形式的能量。 机械运动--机械能 热运动--内能 化学运动--化学能 电荷运动--电能 生物运动--生物能 原子核内部的运动--原子能 能量守恒定律适用于任何物理现象和物理过程，不同形式的能量之间可以相互转化。 4. 能量守恒定律的特例 机械能守恒定律：能量守恒在机械能范围内的表现； 热力学第一定律：能量守恒在热力学范围内的表现。 例1.（多选）关于物体的内能，下列说法正确的是（　 ） A.相同质量的两种物体，升高相同的温度，内能增量一定相同 B.一定量0℃的水结成0℃的冰，内能一定减少 C.一定量气体体积增大，但既不吸热也不放热，内能一定减少 D.一定量气体吸收热量而保持体积不变，内能一定减少 例2. 一定质量的理想气体在某一过程中，外界对气体做了8×104 J的功，气体的内能减少了1.2×105 J，则下列各式中正确的是(　　) A．W＝8×104 J，ΔU＝1.2×105 J，Q＝4×104 J B．W＝8×104 J，ΔU＝－1.2×105 J，Q＝－2×105 J C．W＝－8×104 J，ΔU＝1.2×105 J，Q＝2×104 J D．W＝－8×104 J，ΔU＝1.2×105 J，Q＝－4×104 J 🚀考点题型 题型01 气体状态变化的定性分析 例3. 一定质量的理想气体，从状态a开始，经历ab、bc、ca三个过程回到原状态，其V－T图像如图所示，其中图线ab的反向延长线过坐标原点O，图线bc平行于T轴，图线ca平行于V轴，则(　　) A．ab过程中气体压强不变，气体从外界吸热 B．bc过程中气体体积不变，气体不吸热也不放热 C．ca过程中气体温度不变，气体从外界吸热 D．整个变化过程中气体的内能先减少后增加 例4. 某汽车的四冲程内燃机利用奥托循环进行工作，该循环可视为由两个绝热过程和两个等容过程组成如图所示为一定质量的理想气体所经历的奥托循环，则该气体（ ） A.在 a→b 的过程中，外界对其做的功全部用于增加内能 B.在状态 a 和 c 时气体分子的平均动能可能相等 C.在 b→c 的过程中，气体温度不变 D.在一次循环过程中气体吸收的热量小于放出的热量 题型02 气体状态变化的定量计算 方法总结： 1. 综合应用气体的状态变化3个规律：等温，等容，等压，同时变化。 2. 注意热力学第一定律中正负号，以气体为衡量标准。 物