§115熱力學(xué)定律與能量守恒

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1、§11.5 熱力學(xué)定律與能量守恒 一、熱力學(xué)第一定律 1．物體內(nèi)能的改變 (1) 做功是其他形式的能與內(nèi)能的相互轉(zhuǎn)化過程，內(nèi)能的改變量可用做功的數(shù)值來量度. (2) 熱傳遞是物體間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移過程，內(nèi)能轉(zhuǎn)移量用熱量來量度. 2．熱力學(xué)第一定律 (1)內(nèi)容：一個熱力學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)能增量等于外界向它傳遞的熱量與外界對它所做的功的和. 符號 W Q AU + 外界對物體做功 物體吸收熱量 內(nèi)能增加 - 物體對外界做功 物體放出熱量 內(nèi)能減少 (2)表達(dá)式：AU= . 對公式AU=Q +W符號的規(guī) 定: 幾種特殊情況 (1)若過程是絕熱的，則Q = 0, W=

2、AU,外界對物體做的功等于物體內(nèi)能的增加量. ⑵若過程中不做功，即W=0，則Q = AU，物體吸收的熱量等于物體內(nèi)能的增加量. ⑶若過程的始末狀態(tài)物體的內(nèi)能不變，即AU=0，則W+ Q = 0或W=- Q.外界對物體做的 功等于物體放出的熱量． 【思考】用活塞壓縮汽缸里的空氣，對空氣做了 900 J的功，同時汽缸向外散熱210 J,汽 缸里空氣的內(nèi)能改變了多少？ 【例 1】 在溫度均勻的液體中，一個小氣泡由液體的底層緩慢地升到液面，上升過程中氣泡 的體積不斷地增大，如將泡內(nèi)氣體看作理想氣體，則氣泡在浮起的過程中 ( ) A. 放出熱量 B.吸收熱量 C.不吸熱也不放熱 D.無法判斷

3、 跟蹤訓(xùn)練1 若一氣泡從湖底上升到湖面的過程中溫度保持不變，若將氣泡內(nèi)的氣體視為理想 氣體，氣泡從湖底上升到湖面的過程中，對外界做了 0.6 J的功，則此過程中的氣泡 (填 “吸收”或“放出”)的熱量是 J.氣泡到達(dá)湖面后，溫度上升的過程中，又對外界 做了 0.1 J的功，同時吸收了 0.3 J的熱量，則此過程中，氣泡內(nèi)氣體內(nèi)能增加了 J. 【例2】(2010?江蘇單科?12A)( 1)在將空氣壓縮裝入氣瓶的過程中，溫度保持不變，外界做了 24 kJ 的功．現(xiàn)潛水員背著該氣瓶緩慢地潛入海底，若在此過程中，瓶中空氣的質(zhì)量保持不 變，且放出了 5 kJ的熱量.在上述兩個過程中，空氣的

4、內(nèi)能共減小 kJ，空氣 (選填“吸收”或“放出” )的總熱量為 kJ. ⑵已知潛水員在岸上和海底吸入空氣的密度分別為1.3 kg/m3和2.1 kg/m3,空氣的摩爾質(zhì)量 為0.029 kg/mol,阿伏加德羅常數(shù)NA =6.02 X 1023 mol-1.若潛水員呼吸一次吸入2 L空氣， A 試估算潛水員在海底比在岸上每呼吸一次多吸入空氣的分子數(shù)．(結(jié)果保留一位有效數(shù)字) 二、能量守恒定律 (1) 內(nèi)容：能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式， 或者從一個物體轉(zhuǎn)移到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總量保持不變，這就是能 量守恒定律． (2

5、) 任何違背能量守恒定律的過程都是不可能的，不消耗能量而對外做功的第一類永動機(jī)是 不可能制成的． 【跟蹤訓(xùn)練】 1 、有以下說法，其中正確的是 A. 氣體的溫度越高，分子的平均動能越大 B. 即使氣體的溫度很高，仍有一些分子的運(yùn)動速率是非常小的 C. 對物體做功不可能使物體的溫度升高 D. 如果氣體分子間的相互作用力小到可以忽略不計，則氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān) E. —個由不導(dǎo)熱的器壁做成的容器，被不導(dǎo)熱的隔板分成甲、乙兩室.甲 室中裝有一定質(zhì)量的溫度為 T 的氣體，乙室為真空，如圖4所示.提起隔 板，讓甲室中的氣體進(jìn)入乙室.若甲室中的氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)，則 提起隔板后當(dāng)氣體重

6、新達(dá)到平衡時，其溫度仍為 T. F. 對于一定量的氣體，當(dāng)其溫度降低時，速率大的分子數(shù)目減少，速率小的分子數(shù)目增加 2、對一定質(zhì)量的氣體，下列說法正確的是 ( ) A. 在體積不斷增大的過程中，氣體一定對外界(外界不為真空)做功 B. 在壓強(qiáng)不斷增大的過程中，外界一定對氣體做功 C. 在體積不斷被壓縮的過程中，內(nèi)能一定增加 D. 在與外界沒有發(fā)生熱量交換的過程中，內(nèi)能一定不變 3、如圖 1 所示，絕熱容器中間用隔板隔開，左側(cè)裝有氣體 右側(cè)為真空，現(xiàn)將隔板抽掉，讓左側(cè)氣體自由膨脹到右 側(cè)直至平衡，在此過程中 ( ) A. 氣體對外界做功，溫度降低，內(nèi)能減少 B?氣體對外界做功，

7、溫度不變，內(nèi)能不變 C?氣體不做功，溫度不變，內(nèi)能不變 D?氣體不做功，溫度不變，內(nèi)能減少 4、密閉有空氣的薄塑料瓶因降溫而變扁，此過程中瓶內(nèi)空氣(不計分子勢能)( ) A.內(nèi)能增大，放出熱量 B.內(nèi)能減小，吸收熱量 C.內(nèi)能增大，對外界做功 D.內(nèi)能減小，外界對其做功 5、固定的水平汽缸內(nèi)由活塞 B 封閉著一定量的理想氣體，氣體分子之 間的相互作用力可以忽略．假設(shè)汽缸壁的導(dǎo)熱性能很好，環(huán)境的溫度保 持不變．若用外力 F 將活塞 B 緩慢地向右拉動，如圖 2 所示，則在拉 動活塞的過程中，關(guān)于汽缸內(nèi)氣體的下列結(jié)論，其中正確的是 ( ) A.氣體對外做功，氣體內(nèi)能不變 B.氣體對外

8、做功，氣體內(nèi)能減小 C?外界對氣體做功，氣體內(nèi)能不變 D?氣體從外界吸熱，氣體內(nèi)能減小 6、 如圖3所示，A、B兩點表示一定質(zhì)量的某種理想氣體的兩個狀態(tài)，\P 當(dāng)氣體從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B時( ) ?" A.體積必然變大 B.有可能經(jīng)過體積減小的過程 ?” C.外界必然對氣體做正功 D.氣體必然從外界吸熱 7、 根據(jù)熱力學(xué)定律和分子動理論可知，下列說法正確的是( ) A. 能量耗散說明能量不守恒 B. 0 °C的冰融化為0 °C的水時，分子平均動能不變 C. 空氣壓縮到一定程度很難再壓縮是因為分子間存在斥力的作用 D. 理想氣體狀態(tài)變化時，溫度升高，氣體分子的平均動能增大，氣體

9、的壓強(qiáng)可能減小 8、 (1)下列關(guān)于氣體的描述正確的是 ( ) A. 物體的溫度越高，分子熱運(yùn)動越劇烈，分子平均動能越大 B. 布朗運(yùn)動就是液體分子的熱運(yùn)動 C. 對一定質(zhì)量的氣體加熱，其內(nèi)能一定增加 D.分子間的引力和斥力同時存在 (2)有一傳熱良好的圓柱形汽缸置于水平地面上，并用一光滑的 質(zhì)量為M的活塞密封一定質(zhì)量的理想氣體，活塞面積為S.開始 時汽缸開口向上(如圖5甲)，已知外界大氣壓強(qiáng)為p0，被封氣 體的體積為V0；求被封氣體的壓強(qiáng). 9、某學(xué)習(xí)小組做了如下實驗：先把空的燒瓶放入冰箱冷凍，待冷卻后取出燒 瓶．并迅速把一個小氣球緊套在燒瓶頸上，封閉了一部分氣體 (視為理想氣 體），然后將燒瓶放進(jìn)盛有熱水的燒杯里，氣球逐漸膨脹起來，如圖 6 所示．在氣球膨脹過程 中，該密閉氣體組成的系統(tǒng)內(nèi)能 （選填“增 加”、“減少”或“不變”）；大氣壓力對氣體做功為 功（選填“正”、“負(fù)”或“零”）． 答案 例題 1、B 跟蹤訓(xùn)練：吸收，0.6, 0.2 例題 2、5，放出，29 3*1022 跟蹤訓(xùn)練： ABEF A C D A ABD BD AD （Mg+P0S）/S