3.2-3.3　热力学第一定律、能量守恒定律-2021-2022学年高二物理精讲与精练高分突破考点专题系列（人教版2019选择性必修第三册）.docx

1、3.2-3.3热力学第一定律、能量守恒定律一：知识精讲归纳考点一、热力学第一定律1改变内能的两种方式：做功与传热两者对改变系统的内能是等价的2热力学第一定律：一个热力学系统的内能变化量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和技巧归纳：1对公式UQW符号的规定符号WQU体积减小，外界对热力学系统做功热力学系统吸收热量内能增加体积增大，热力学系统对外界做功热力学系统放出热量内能减少2.气体状态变化的几种特殊情况(1)绝热过程：Q0，则UW，系统内能的增加(或减少)量等于外界对系统(或物体对外界)做的功(2)等容过程：W0，则UQ，物体内能的增加量(或减少量)等于系统从外界吸收(或系统向外界放出

2、)的热量(3)等温过程：始末状态一定质量理想气体的内能不变，即U0，则WQ(或QW)，外界对系统做的功等于系统放出的热量(或系统吸收的热量等于系统对外界做的功)3判断气体是否做功的方法一般情况下看气体的体积是否变化若气体体积增大，表明气体对外界做功，W0.4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、U)的正负；(2)根据方程UWQ求出未知量；(3)再根据未知量结果的正负来确定吸放热情况、做功情况或内能变化情况考点二、气体实验定律和热力学第一定律的综合应用热力学第一定律与理想气体状态方程结合问题的分析思路：(1)利用体积的变化分析做功情况气体体积增大，气体对外界做功

3、；气体体积减小，外界对气体做功(2)利用温度的变化分析理想气体内能的变化一定质量的理想气体的内能仅与温度有关，温度升高，内能增加；温度降低，内能减小(3)利用热力学第一定律判断是吸热还是放热由热力学第一定律UWQ，则QUW，若已知气体的做功情况和内能的变化情况，即可判断气体状态变化是吸热过程还是放热过程考点三：能量守恒定律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、核能等(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

4、能2能量守恒的两种表达(1)某种形式的能减少，一定有其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等(2)某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等3第一类永动机不可能制成的原因分析如果没有外界供给热量而对外做功，由UWQ知，系统内能将减小若想源源不断地做功，在无外界能量供给的情况下是不可能的二：考点题型归纳题型一：理解热力学第一定律1在热力学第一定律的表达式U=WQ中关于U、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U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U为负C物体对外界做功时W为负，吸热时Q为

5、正，内能增加时U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U为负2一定质量的理想气体从状态a开始，经历一次循环回到原状态，其体积随热力学温度变化的图象如图所示，其中、均垂直于横轴，的延长线均过原点O。下列表述不正确的是（）A在过程中气体从外界吸收热量B在过程中在单位时间单位面积上碰摘容器壁的气体分子数减小C在过程中外界对气体做的功等于在过程中气体对外界做的功D经历一次循环，气体从外界吸收热量3如图所示，一定质量的理想气体沿直线从状态A变化到状态B。已知在此过程中，气体吸收了280J的热量。则该理想气体在此过程中（）A每个气体分子的动能均增大B状态B的热力学温度是状态A的2倍C外界对

6、气体做正功D内能增加180J题型二：判断系统内能改变的问题4如图所示，绝热容器中间用隔板隔开，左侧装有理想气体，右侧为真空。现将隔板抽掉，使左侧理想气体自由膨胀直至达到平衡，已知气体自由膨胀过程中不对外界做功，则在此过程中（）A气体温度降低，内能减少B气体温度不变，内能不变C气体温度升高，内能增加D气体内能一定不变，但温度可能改变5下列说法正确的是（）A对物体做功，同时物体放热，物体的内能一定减小B对物体做功，同时物体吸热，物体的内能一定减小C物体对外做功，同时放热，物体的内能一定减小D物体对外做功，同时吸热，物体的内能一定减小6现代某汽车的四冲程内燃机利用奥托循环进行工作，该循环由两个绝热过

7、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在状态a和c时的内能可能相等B在一次循环过程中吸收的热量小于放出的热量Cbc过程中增加的内能小于da过程中减少的内能D在ab过程中，外界对其做的功全部用于增加内能题型三：计算系统内能改变的物理量7一定质量的理想气体从状态A变化到状态，再变化到状态，其状态变化过程的图象如图。已知该气体在状态A时的温度为。对该气体说法正确的是（）A在状态时的温度是B从状态到状态过程中对外做功C状态A下气体的内能大于在状态气体的内能D从状态A到状态的过程中放出的热量8如图所示，在竖直放置的圆柱形容器内用质量为的活塞密封一部分理想气体，

8、活塞导热良好且能无摩擦地滑动，容器的横截面积为，将整个装置放在大气压强恒为的空气中，开始时气体的温度为，活塞与容器底的距离为，当环境温度变化时，气体从外界吸收热量后，活塞缓慢上升后再次平衡。下列判断正确的是（）A气体对外做功的数值等于B气体对外做功的数值为C外界气体的温度升高了D此过程中的密闭气体的内能增加了9如图所示，为一定量的理想气体从状态a经过状态b到达状态c的p-V图像，状态a的温度为Ta，状态c的温度为Tc，从状态a到状态b气体的内能变化的大小为50J。下列说法中正确的是（）ATamghCE”或“【解析】【详解】1 2根据理想气体状态方程得结合图像可得可知从到和从到内能增加一样，即相

9、等，从到体积不变，外界对气体不做功，但从到体积增大，外界对气体做负功，由热力学第一定律可知53 升高 大于【解析】【分析】本题考查热力学第一定律、理想气体状态方程。【详解】12根据题意可知外界对理想气体做正功，理想气体与外界之间无热量交换，根据热力学第一定律得所以理想气体内能增大，即气体温度升高；物块M重力所做的功及大气压力做的功等于气体内能的增加量和弹簧弹性势能的增加量，所以物块M重力做的功及大气压力做的功之和大于气体内能的变化量。54（1）；（2）放出热量88J【解析】【详解】（1）A到B过程，由理想气体状态方程代入数据得（2）外界对气体做功有由热力学第一定律得代入数据得Q = - 88J

10、所以放出热量88J。555kg；【解析】【详解】状态A时，对活塞受力分析得代入数据解得在从状态A变化到状态B的过程中，发生的是等圧変化，则外界对气体做功内能的增量U56（1）2.25T0；（2）【解析】【详解】（1）初态末态：对活塞分析，根据共点力平衡可得根据理想气体状态方程得解得（2）全过程外界对气体做的功由热力学第一定律解得57（1）；（2）【解析】【详解】（1）气体吸收热量后，活塞缓慢向上移动距离L后静止，气体做等压膨胀，设气体的压强为，根据平衡的条件可得气体对外做的功根据热力学第一定律可得内能的增加量（2）根据理想气体状态方程解得58（1）L0；（2）【解析】【详解】(1)等压变化解得活塞移动的距离xL1L0L0 (2)设气体压强为p，有pSp0SGsin气体对外界做功WpSx吸收的热量QI2Rt热力学第一定律UQW解得