[高二]热力学(人教版)

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　　1．知道热力学第一定律的内容及其表达式
　　2．理解能量守恒定律的内容
　　3．了解第一类永动机不可能制成的原因
　　诱思导学
　　1.热力学第一定律
　　（1）.一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和。这个关系叫做热力学第一定律。
其数学表达式为：ΔU=W+Q
　　（2）.与热力学第一定律相匹配的符号法则
　　做功W热量Q内能的改变ΔU
　　取正值“+”外界对系统做功系统从外界吸收热量系统的内能增加取负值“－”系统对外界做功系统向外界放出热量系统的内能减少
　　（3）热力学第一定律说明了做功和热传递是系统内能改变的量度，没有做功和热传递就不可能实现能量的转化或转移，同时也进一步揭示了能量守恒定律。
　　（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、负来确定吸热、放热情况或做功情况。
　　2.能量守恒定律
　　⑴.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。如机械运动对应机械能；分子热运动对应内能；电磁运动对应电磁能。
　　⑵.不同形式的能量之间可以相互转化。摩擦可以将机械能转化为内能；炽热电灯发光可以将电能转化为光能。
　　⑶.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另一种形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中其总量不变。这就是能量守恒定律。
　　(4).热力学第一定律、机械能守恒定律都是能量守恒定律的具体体现。
　　(5).能量守恒定律适用于任何物理现象和物理过程。
　　(6).能量守恒定律的重要意义。
　　第一，能量守恒定律是支配整个自然界运动、发展、变化的普遍规律，学习这个定律，不能满足一般理解其内容，更重要的是，从能量形式的多样化及其相互联系，互相转化的事实出发去认识物质世界的多样性及其普遍联系，并切实树立能量既不会凭空产生，也不会凭空消失的观点，作为以后学习和生产实践中处理一切实际问题的基本指导思想之一。
　　第二，宣告了第一类永动机的失败。
　　3.第一类永动机不可能制成任何机器运动时只能将能量从一种形式转化为另一种形式，而不可能无中生有地创造能量，即第一类永动机是不可能制造出来的。
　　典例探究
　　例1.一定量的气体在某一过程中，外界对气体做了8×104J的功，气体的内能减少了1.2×105J，则下列各式中正确的是（）
　　A.W=8×104J，ΔU=1.2×105J，Q=4×104J
　　B.W=8×104J，ΔU=－1.2×105J，Q=－2×105J
　　C.W=－8×104J，ΔU=1.2×105J，Q=2×104J
　　D.W=－8×104J，ΔU=－1.2×105J，Q=－4×104J
　　解析：本题主要考查热力学第一定律的应用。因为外界对气体做功，W取正值，即W=8×104J；内能减少，ΔU取负值，即ΔU=－1.2×105J；根据ΔU=W+Q，可知Q=ΔU－W=－1.2×105－8×104=－2×105J，即B选项正确。
　　答案：B
　　课后问题与练习点击
　　1.解析：由热力学第一定律ΔU=W+Q有ΔU=900J-210J=690J
　　2.解析：
　　(1)一定质量的封闭气体可以看作是理想气体，由理想气体的状态方程和热力学第一定律可知：两种情况下内能的变化ΔU是相同的，即ΔU=Q1，但ΔU=Q2-W，所以Q2>Q1。
　　(2)比热容是指单位质量的某种物质温度每升高1摄氏度所吸收的热量。由于等容过程中，温度升高，系统所吸收的热全部用来增加内能，而等压过程中，所吸收的热除增加内能外，还要多吸收一点热用来对外膨胀做功，所以气体等压下的比热容恒大于等容下的比热容。
　　3.解：设在阳光直射时地面上每平方米每分钟接受的太阳能量为Q由能量守恒定律得：QSt=cmΔt，则Q=代入数值得：Q=4.2×104J
　　4．解：由能量守恒定律得：mgh=cmΔt
　　Δt=代入g=10m/s2,h=3×20m=60m,c=4.2×103J/kg·℃
　　Δt=0.14℃
　　5．解：要使奶牛的内能不变，1h提供的热量；
　　E=cmΔt=4.2×103×400×3.5J=5.88×106J
　　故每天提供的热量E’=24E=1.4×108J
　　6．解：物体吸收的能量一部分转化为物体的内能，使物体的内能增加，同时另一部分因物体膨胀要对外界做功。
　　基础训练
　　1．关于物体内能的变化，以下说法正确的是（）
　　A.物体吸热，内能一定增大
　　B.物体对外做功，内能可能增大
　　C.物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变
　　D.物体放出热量，同时对外做功，内能可能不变
　　2．自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，下列说法正确的是（）
　　A.秋千的机械能守恒B.秋千的能量正在消失
　　C.只有动能和重力势能的相互转化D.减少的机械能转化为内能，但总能量守恒
　　3．下列各物体在所经历的过程中，内能增加的有()
　　A.在光滑斜面上由静止释放而下滑的物体
　　B.水平飞行并射穿木块的子弹
　　C.在绝热的条件下被压缩的气体
　　D.在光滑水平面上运动的两个小球，碰撞后以共同的速度运动
　　4．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
　　5．对于在一个大气压下100℃的水变成100℃的水蒸气的过程中，下列说法正确的是（）
　　A.水的内能增加，对外界做功，一定是吸热
　　B.水的内能不变，对外界做功，从外界吸热
　　C.水的内能减少，对外界不做功，向外界放热
　　D.水的内能增加，对外界做功，向外界放热
　　6．为使一个与外界保持良好热交换状态的物体的内能能够明显变化，以下方法可行的是（）
　　A.以较大的功率对物体做功B..以较小的功率对物体做功
　　C.该物体以较大的功率对外做功D.该物体以较小的功率对外做功
　　7．图10.3-1所示是一定质量的理想气体从状态A经B至C的P—图线，则在此过程中（）
　　A.气体的内能改变
　　B.气体的体积增大
　　C.气体向外界放热
　　D.气体对外界做功图10.3-1
　　8．从10m高空由静止开始下落的水滴，在下落的过程中，水滴重力势能的40﹪转化为水的内能使水的温度升高，则水滴落下后温度升高多少？[水的比热容c=4.2×103J/（kg·℃）]
　　9．一个透热良好的气缸，缸壁浸在盛水的容器中，迅速下压活塞，压缩中对气体做了2000J的功，稳定后使容器中2千克的水温度升高了0.2℃，假设盛水容器绝热。问：压缩前后缸内气体的内能变化了多少？
提示：设计者认为当轮子被起动后，由于轮子右边的各重锤距轮心更远些，就会带动轮子按箭头方向永不停息地转动下去。其实，轮子右边的各重锤距轮心虽然更远些，但其数目较少，左边的各重锤距轮心虽然近些，但其数目较多，它们的作用是阻碍轮子的运动，又由于摩擦和空气阻力的存在，“永动机”不可能永远运动下去。