1、第 3 课时 热力学定律与能量守恒 课前考点自清一、热力学第一定律1改变物体内能的两种方式分别是、，前者是能量的，后者是能量的，但它们改变内能的相同2热力学第一定律(1)内容：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的和(2)表达式：.做功热传递转化转移效果它传递的热量对它做的功WQU二、能量守恒定律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，能量的总量保持不变核心考点突破考点 对热力学第一定律的理解1热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种方式改变内能的过程是等效的，而且给出了内能的变化量和做功与热传
2、递之间的定量关系此定律是标量式，应用时热量的单位应统一为国际单位制中的焦耳2对公式 UQW 符号的规定符号WQU外界对物体做功物体吸收热量内能增加物体对外界做功物体放出热量内能减少3.几种特殊情况(1)若过程是绝热的，则 Q0，WU，外界对物体做的功等于物体内能的增加(2)若过程中不做功，即 W0，则 QU，物体吸收的热量等于物体内能的增加(3)若过程的始末状态物体的内能不变，即 U0，则 WQ0 或 WQ.外界对物体做的功等于物体放出的热量【高考佐证 1】(2010广东理综14)图 1图 1 是密闭的气缸，外力推动活塞 P 压缩气体，对缸内气体做功 800 J，同时气体向外界放热 200 J
3、，缸内气体的()A温度升高，内能增加 600 JB温度升高，内能减少 200 JC温度降低，内能增加 600 JD温度降低，内能减少 200 J解析 由热力学第一定律知：UQW800 J200 J600 J，所以内能增加 600 J，温度升高，选项 A 正确答案 A【高考佐证 2】(2010辽宁双基改编)下列说法正确的是()A物体的内能是分子平均动能与分子平均势能的和B温度越高，物体的分子平均动能越大C一定质量的理想气体等温压缩，要从外界吸收能量D第一类永动机违背了能的转化与守恒定律解析 物体的内能是物体内分子总动能与分子总势能的和，选项 A 错误；一定质量的理想气体的内能仅由温度决定，等温压
4、缩，气体内能不变，但外界对气体做功，由热力学第一定律 UWQ 可知，气体要放出能量，选项 C 错误，本题选项 B、D 正确BD题型互动探究题型一 热力学第一定律的应用例 1(2009江苏单科12A)(1)若一气泡从湖底上升到湖面的过程中温度保持不变，则在此过程中关于气泡中的气体，下列说法正确的是()A气体分子间的作用力增大B气体分子的平均速率增大C气体分子的平均动能减小D气体组成的系统的熵增加(2)若将气泡内的气体视为理想气体，气泡从湖底上升到湖面的过程中，对外界做了 0.6 J 的功，则此过程中的气泡_(填“吸收”或“放出”)的热量是_J气泡到达湖面后，温度上升的过程中，又对外界做了 0.1
5、 J 的功，同时吸收了 0.3 J 的热量，则此过程中，气泡内气体内能增加了_J.(3)已知气泡内气体的密度为 1.29 kg/m3，平均摩尔质量为0.029 kg/mol.阿伏加德罗常数 NA6.021023 mol1，取气体分子的平均直径为 21010 m，若气泡内的气体能完全变为液体，请估算液体体积与原来气体体积的比值(结果保留一位有效数字)解析(1)气泡上升过程气泡内的压强减小，温度不变，由玻意耳定律知，上升过程中体积增大，微观上体现为分子间距增大，分子间作用力减小，温度不变，所以气体分子的平均动能、平均速率不变，此过程为自发过程，故熵增大，D 正确(2)理想气体等温过程中内能不变，由
6、热力学第一定律 UQW，物体对外界做功 0.6 J，则一定同时从外界吸收热量0.6 J，才能保证内能不变而温度上升的过程，内能增加了0.2 J.(3)设气体体积为 V0，液体体积为 V1气体分子数 n V0MmolNA，V1nd36(或 V1nd3)则V1V06Mmold3NA(或V1V0 Mmold3NA)代入数据解得V1V01104(91052104 都算对)答案(1)D(2)吸收 0.6 0.2(3)1104即学即练 1 某一密闭容器中密封着一定质量的某种实际气体，气体分子间的相互作用力表现为引力关于实际气体的下列说法中正确的是()A在完全失重的情况下，密闭容器内的气体对器壁的顶部没有作
7、用力B若气体膨胀对外界做功，则分子势能一定增大C若气体被压缩，外界对气体做功，则气体内能一定增加D若气体从外界吸收的热量等于膨胀对外界做的功，则气体分子的动能一定不变解析 在完全失重的情况下，密闭容器内的气体仍然有压强，气体对器壁的顶部有作用力，所以 A 错误；体积膨胀，分子间距离增大，分子力做负功，气体的分子势能增加，B正确；外界对气体做功，但气体有可能向外界放热，所以内能的变化情况不能确定，C 错误；气体从外界吸收的热量等于膨胀对外界做的功，所以内能不变，但分子势能增大了，所以分子动能一定减小，即 D 错误答案 B题型二 热力学定律与气态变化的综合例 2(2009山东理综36)一定质量的理
8、想气体由状态 A 经状态 B 变为状态 C，其中 AB 过程为等压变化，BC 过程为等容变化已知 VA0.3 m3，TATC300 K、TB400 K.(1)求气体在状态 B 时的体积(2)说明 BC 过程压强变化的微观原因(3)设 AB 过程气体吸收热量为 Q1，BC 过程气体放出热量为 Q2，比较 Q1、Q2 的大小说明原因解析(1)设气体在 B 状态时的体积为 VB，由盖吕萨克定律，得VATAVBTB代入数据得 VB0.4 m3(2)微观原因：气体的体积不变，分子的密集程度不变，温度变化(降低)，气体分子的平均动能变化(减小)，导致气体的压强变化(减小)(3)Q1 大于 Q2；因为 TA
9、TC，故 AB 增加的内能与 BC减少的内能相同，而 AB 过程气体对外做正功，BC 过程中气体不做功，由热力学第一定律可知 Q1 大于 Q2.答案(1)0.4 m3(2)见解析(3)Q1Q2 原因见解析即学即练 2(2010江苏单科12A)(1)在将空气压缩装入气瓶的过程中，温度保持不变，外界做了 24 kJ 的功现潜水员背着该气瓶缓慢地潜入海底，若在此过程中，瓶中空气的质量保持不变，且放出了 5 kJ 的热量在上述两个过程中，空气的内能共减小_kJ，空气_(选填“吸收”或“放出”)的总热量为_kJ.(2)已知潜水员在岸上和海底吸入空气的密度分别为 1.3 kg/m3和 2.1 kg/m3，
10、空气的摩尔质量为 0.029 kg/mol，阿伏加德罗常数 NA6.021023 mol1.若潜水员呼吸一次吸入 2 L 空气，试估算潜水员在海底比在岸上每呼吸一次多吸入空气的分子数(结果保留一位有效数字)解析(1)将空气压缩装入气瓶的过程中，空气温度不变，所以内能不变，潜水员背着气瓶潜入海底的过程中，放出 5 kJ的热量，则 U5 kJ.故两过程减小的空气内能为 5 kJ，在这两个过程中，由热力学第一定律得 UWQ，QUW(524)kJ29 kJ，“”说明放出热量(2)设空气的摩尔质量为 M，在海底和岸上的密度分别为 海和 岸，一次吸入空气的体积为 V，则有 n(海岸)VMNA，代入数据得
11、n31022答案(1)5 放出 29(3)31022随堂巩固训练1一定量气体吸热 200 J，内能减少 20 J，下列说法中正确的是()A气体对外做功 180 J B气体对外做功 220 JC外界对气体做功 180 J D外界对气体做功 220 J解析 根据 UQW，Q200 J，U20 J所以 W220 J，即对外做功 220 JB 项正确B2一定质量的理想气体保持压强不变，当它吸收热量时，有可能()A体积不变，温度升高B吸收的热量等于内能的增加C体积膨胀，内能不变D对外做功，内能增加D解析 由pVT C(常量)可知，若压强保持不变，体积与温度成正比关系，故选项 A、C 错误；若内能增加，理想气体温度升高，体积一定膨胀，即对外做功，由 UWQ 可知，选项 B 错误，故只有 D 选项正确3(2009广东单科)(1)远古时代，取火是一件困难的事，火一般产生于雷击或磷的自燃随着人类文明的进步，出现了“钻木取火”等方法“钻木取火”是通过_方式改变物体的内能，把_转变成内能(2)图 2某同学做了一个小实验：先把空的烧瓶放到冰箱冷冻，一小时后取出烧瓶，并迅速把一个气球紧密地套在瓶颈上，然后将烧瓶放进盛满热水的烧杯里，气球逐渐膨胀起来，如图 2所示这是因为烧瓶里的气体吸收了水的_，温度_，体积_答案(1)做功 机械能(2)热量 升高 增大返回
