1、2.热力学第一定律3能量守恒定律知识结构导图核心素养目标物理观念：了解能量的转化和守恒科学思维：知道能量在不同形式间转化总量不变科学探究：能够掌握能量的转化过程和总量的变化情况科学态度与责任：体会科学探索中的挫折和失败对科学发现的意义.知识点一、热力学第一定律1改变内能的两种方式做功和_，两者在改变系统内能方面是_的2热力学第一定律(1)内容：一个热力学系统的内能变化量等于外界向它传递的_与外界对它所做的_的和(2)表达式：_.注意：热力学第一定律是能量守恒定律在热现象范围内的具体体现只适用于热现象知识点二、能量守恒定律1探索能量守恒的足迹2能量守恒定律能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只
2、能从一种形式_为其他形式，或者从一个物体_到别的物体，在转化或转移的过程中能量的总量保持不变3能量守恒定律的意义(1)各种形式的能可以_(2)各种物理现象可以用_联系在一起4永动机不可能制成永动机的思想违背了_，所以是不可能制成的能量存在的形式热运动的内能机械运动的机械能电场的电势能：Epq光辐射的光能：Eh要点一热力学第一定律的应用1对公式UQW中U、Q、W符号的规定符号QWU物体吸收热量外界对物体做功内能增加物体放出热量物体对外界做功内能减少2.几种特殊情况(1)若过程是绝热的，即Q0，则UW，物体内能的增加量等于外界对物体做的功(2)若过程中不做功，即W0，则UQ，物体内能的增加量等于物
3、体从外界吸收的热量3判断是否做功的方法：一般情况下外界对物体做功与否，需看物体的体积是否变化(1)若物体体积增大，表明物体对外界做功，W0.题型1热力学第一定律的理解与应用【例1】(多选)以下过程可能发生的是()A对物体做功，物体的内能增加B对物体做功，同时物体吸热，物体的内能不变C物体对外做功，同时放热，物体的内能不变D物体对外做功，同时吸热，物体的内能不变公式中符号的意义U0，表示系统的内能增加；U0，表示外界对系统做功；W0，表示系统从外界吸热；QT2.ab，等温降压膨胀，内能不变，吸收的热量等于对外做功；bc，等容升温升压，不做功，吸收的热量等于内能增加量；ca，等压降温压缩，放出的热
4、量等于外界做的功和内能减少量之和图1图2等容线(如图2所示)：一定质量的理想气体，V1V2.ab、bc、ca，状态及能量变化同等温线分析等压线(如图所示)：一定质量的理想气体，p1p2.ab，等温升压压缩，内能不变，外界做的功等于放出的热量；bc，等压升温膨胀，吸收的热量等于内能增加量和对外做的功之和；ca，等容降温降压，内能减小量等于放出的热量(2)能结合气体实验定律的方程列式，列式时要找清气体初态和末态的位置以及状态参量(3)挖掘气体状态参量的变化因素与热力学第一定律UWQ中各物理量的对应关系变式训练4如图所示，A、B两点表示一定质量的某种理想气体的两个状态，当气体从状态A变化到状态B时(
5、)A气体内能一定增加B气体压强变大C气体对外界做功D气体对外界放热变式训练5一定质量的理想气体从状态A经状态B变化到状态C，其p图像如图所示，求该过程中气体吸收的热量Q.要点二能量守恒定律的理解与应用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、原子能等(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与某种运动形式对应的能是否守恒是有条件的例如，物体的机械能守恒，必须是只有重力或系统内的弹力做功；而能量守恒定律是没有
6、条件的，它是一切自然现象都遵守的基本规律3第一类永动机失败的原因分析：如果没有外界热源供给热量，则有U2U1W，就是说，如果系统内能减少，即U2U1，则W0，据UWQ知，Qbc|W|.C对：ca过程内能减少，U0，由UQW知，QUW0，W|Q|.D错：由于a、b状态内能相等，故ca内能减少量等于bc内能增加量【答案】C【例5】【解析】A错：根据理想气体状态方程C，可知pT，则pT图像中过原点的直线为等容变化，所以ab过程中气体体积不变，所以气体分子的密集程度不变B对：过c点作过原点的直线，则为一条等容线，且斜率比ab斜率大，根据pT可知，VcVb，则由bc过程体积减小，外界对气体做功C对：da
7、过程，气体温度不变，则气体内能不变；压强减小，根据玻意耳定律可知，体积增大，则气体对外界做功，根据热力学第一定律可知，气体应吸热D错：bc垂直于ab，而cd平行于ab，说明ab的温度变化比cd的温度变化小，且理想气体内能只与温度有关，温度升高，内能增加，可知ab过程的内能减小量小于cd过程中气体内能增加量【答案】BC【例6】【解析】由AB的过程为等温膨胀，温度T不变，内能不变，U10，但体积增大，对外做功，W10，气体需向外放热，假设为Q3.而由ABCA的过程中，内能不变，所以UQ1W1Q2W2Q3W3W1W3Q0则W3pA(VCVA)所以W1W3Q代入数据得W1138.6 J，即气体对外界做
8、功138.6 J.【答案】气体对外界做的功为138.6 J变式训练4解析：由题图可知，理想气体的变化为等温膨胀，气体压强减小，气体的内能不变，故气体对外做功；由热力学第一定律可知，气体一定从外界吸收热量答案：C变式训练5解析：AB过程，外界对气体做的功W1p(VAVB)BC过程W20根据热力学第一定律得U(W1W2)QA和C的温度相等U0代入数据解得Q2105 J.要点二【例7】【解析】当绳子突然断开时，活塞受弹簧的弹力F、活塞的重力G、封闭气体对活塞向下的压力F共同作用，如图所示，其合力向上，经多次往复运动后活塞静止时，活塞处于三力平衡状态，气体体积必减小，外力对气体做正功，由于绝热，气体的
9、内能增加，而活塞最终的静止位置比初始位置高，其重力势能增加，最终弹力与另外两个力的合力平衡，弹簧仍有形变设最终弹簧的弹性势能为Ep，由能量守恒定律得EpEp活塞增加的重力势能气体增加的内能，所以D选项正确【答案】D变式训练6解析：A对，B错：太阳能电池工作时，将太阳能转化为电能C、D错：太阳能在用于其他途径过程中，能量是守恒的，没有消失，也没有创生，太阳能的利用，只能说明能量是可以相互转化的答案：A随堂演练达标检测1解析：第一类永动机是不消耗任何能量却能源源不断对外做功的机器，这是人们的美好愿望，但它违背了能量守恒定律，这也是它不能制成的原因选项A、D正确，B、C错误答案：AD2解析：由热力学
10、第一定律UWQ得：U800 J(200J)600 J，因U600 J0，故内能增加600 J，一定质量的理想气体的内能大小只与温度有关，故温度一定升高，选项A正确答案：A3解析：由题图可知，从A到B气体的体积减小，外界对气体做功，A错误；从A到B气体的温度不变，内能不变，根据热力学第一定律可知，气体放出热量，B正确；由理想气体状态方程C可知，从B到C气体发生的是等压变化，气体的温度在降低，内能在减少，C正确，D错误答案：BC4解析：在光滑斜面上由静止释放而下滑的物体，机械能守恒；子弹穿过木块的过程中克服摩擦力做功，机械能转化为内能；在绝热的条件下压缩气体，对气体做功，使其内能增加；雨滴匀速下落
11、，重力势能减少，转化为内能由此判断选项B、C、D正确答案：BCD5解析：ACB过程中W1280 J，Q1410 J由热力学第一定律得UW1Q1130 J气体内能增加130 J因为一定质量理想气体的内能只由温度决定，气体由状态A经过ACB过程至状态B，又从状态B经BDA过程回到状态A，整个过程内能变化为0从状态B经BDA过程回到状态AU130 J由题意知W2200 J由热力学第一定律UW2Q2Q2330 J即放出热量330 J.答案：ACB过程内能增加130 J；BOA过程放热330 J6解析：(1)取被封闭的气体为研究的对象，开始时气体的体积为L1S，温度为T1(27327) K300 K，末状态的体积为L2S，温度为T2(273127) K400 K，气体做等压变化，则，代入数据得L212 cm.(2)在该过程中，气体对外做功WFLp0S(L2L1)10550104(129)102 J15 J，由热力学第一定律UQW22 J15 J7 J.答案：(1)12 cm(2)7 J