高三物理一轮复习 热力学定律 能量守恒定律导学案

2012届高三物理一轮复习导学案

十二、热学（3）

热力学定律能量守恒定律

【目标】

1.理解热力学第一定律，会进行简单计算；

2.理解能量守恒定律，理解第一类永动机不可制成的原理；

3.理解热力学第二定律两种不同表述的等价性，理解第二类永动机不可制成的原理。【导入】

一、改变内能的两种方式

1、做功：是其它形式的能与内能相互转化的过程．内能的改变可以用做功的数值来量度．

2、热传递：是物体间内能转移的过程，或者是同一物体内部中内能的转移．内能的改变是用传递的热量来量度．热传递是发生在温度不同的两物体之间，热量从高温物体向低温物体传递。

热传递有三种方式：热传导、热对流和热辐射．

3、做功和热传递在改变物体的内能上是等效的，但有本质区别。

二、热力学第一定律

1、内容：如果物体跟外界同时发生做功和热传递，那么物体内能的增加⊿U等于外界对物体所做的功加上物体从外界吸收的热量Q，公式为⊿U＝W＋Q。

注意：⊿U、 W、Q均可取正、负，具体是：

内能增加⊿U取正值，减少取负值；

外界对物体做功，W取正值，物体对外界做功取负值；

物体吸热Q取正值，放热取负值．

2、能量守恒定律：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为别的形式，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。能量守恒定律是自然界普遍适用的规律，不同形式的能可以相互转化。

3、第一类永动机（不消耗能源的机械）不可能造成

三．能源、环境

1、常规能源：人们把煤、石油、天然气叫做常规能源。但是，○1常规能源有限，○2常规能源带来的环境问题：温室效应、酸雨、光化学烟雾、污染等．

2、新能源的开发①流动的空气——风能②水的流动---水能③太阳能④沼气⑤核能

【导研】

[例1]（1）如图所示的实验装置，把沾有乙醚的一小块棉花放在厚玻璃筒内底部，当很快向下压活塞时，由于被压缩的气体骤然变热，温度升高达到乙醚的燃点，使浸有乙醚的棉花燃烧起来，此实验的目的是要说明对物体（）

A．做功可以增加物体的热量

B．做功可以改变物体的内能

C ．做功一定会升高物体的温度

D ．做功一定会增加物体的内能

（2）在轮胎爆炸这一短暂过程中，关于轮胎内的气体，下列叙述正确的是（ ）

A ．气体膨胀，温度不变

B ．气体膨胀，温度升高

C ．气体膨胀，温度下降

D ．压强不变，内能增大

[例2]右图为电冰箱的工作原理图，压缩机工作时，强迫制冷剂在

冰箱内外的管道中不断循环，那么，下列说法中正确的是（ ）

A ．在冰箱内的管道中，致冷剂迅速膨胀并吸收热量

B ．在冰箱外的管道中，致冷剂迅速膨胀并放出热量

C ．在冰箱内的管道中，致冷剂被剧烈压缩并吸收热量

D ．在冰箱内的管道中，致冷剂被剧烈压缩并放出热量

[例3] 下面设想符合能量守恒定律的是（ ）

A ．利用永久磁铁间的作用力造一台永远转动的机器

B ．做成一条船利用河水的能量逆水航行

C ．通过太阳照射飞机使飞机起飞

D ．不用任何燃料使河水升温

[例5] 如下图所示，密闭绝热的具有一定质量的活塞，活塞的上部封闭着气体，下部为真空，活塞与器壁的摩擦忽略不计，置于真空中的轻弹簧的一端固定于容器的底部．另一端固定在活塞上，弹簧被压缩后用绳扎紧，此时弹簧的弹性势能为E p (弹簧处

于自然长度时的弹性势能为零)．现绳突然断开，弹簧推动活塞向上运

动，经过多次往复运动后活塞静止，气体达到平衡态，经过此过程

( )

A ．E p 全部转换为气体的内能

B ．E p 一部分转换为活塞的重力势能，其余部分仍为弹簧的弹性势能

C ．E p 全部转换为活塞的重力势能和气体的内能

D ．

E p 一部分转换为活塞的重力势能，一部分转换为内能，其余部分仍为弹簧的弹性势能

[例6]（2009学年第一学期徐汇区高三年级物理期末卷）一

定质量的理想气体状态变化如图所示，其中AB 段与t 轴平

行，已知在状态A 时气体的体积为10L ，那么变到状态B

时气体的体积为______L ，变到状态C 时气体的压强是0℃

时气体压强的______倍。

t /℃

p /×105Pa -273 0 1 2 3 4 A B C 500

【导练】

1．下述做法能改善空气质量的是 ( )

A ．以煤等燃料作为主要生活燃料

B ．利用太阳能、风能和氢能等能源替代化石能源

C ．鼓励私人购买和使用汽车代替公交车

D ．限制使用电动车

2．对一定量的气体，下列说法正确的是 ( )

A 、在体积缓慢地不断增大的过程中，气体一定对外界做功

B 、在压强不断增大的过程中，外界对气体一定做功

C 、在体积不断被压缩的过程中，内能一定增加

D 、在与外界没有发生热量交换的过程中，内能一定不变

3．如图所示，绝热气缸中间用固定栓将可无摩擦移动的导热隔板固定，隔板质量不计，左右两室分别充有一定量的氢气和氧气（视为理想气体）。初始时，两室气体的温度相等，氢气的压强大于氧气的压强，松开固

定栓直至系统重新达到平衡，下列说法中正确的是( )

A ．初始时氢分子的平均动能大于氧分子的平均动能

B ．系统重新达到平衡时，氢气的内能比初始时的小

C ．松开固定栓直至系统重新达到平衡的过程中有热量从氧气

传递到氢气

D ．松开固定栓直至系统重新达到平衡的过程中，氧气的内能先增大后减小

4．(09上海市崇明县）如图所示，一根竖直的弹簧支持着一倒立气缸的活塞，使气缸悬空而静止。设活塞与缸壁间无摩擦，可以在缸内自由移动，缸壁导热性良好使缸内气体的温度保持与外界大气温度相同，则下列结论中正确的是 （ ）

A ．若外界大气压增大，则弹簧将压缩一些；

B ．若外界大气压增大，则气缸的上底面距地面的高度将增大；

C ．若气温升高，则活塞距地面的高度将减小；

D ．若气温升高，则气缸的上底面距地面的高度将增大。

固定栓 绝热气缸 导热隔板

5．如下图所示的导热汽缸内，用活塞封闭一定质量的理想气体，将突然迅速向下压活塞的过程设为甲过程，将缓慢地向下压活塞的过程设为乙过程．已知甲、乙两个过程中气体初态和末态的体积相同，不考虑活塞与汽缸的摩擦及大气压的变化．则下列说法正确的是( ) A．两过程大气压力对活塞做的功一样多

B．甲过程汽缸内气体末态内能比乙过程气体末态内能大

C．甲过程中气体的压强不断增大，乙过程中气体的压强不变

D．甲过程汽缸内每个分子对缸壁的冲力增大，乙过程汽缸内每个分子对缸壁的冲力减小

6．如下图所示，一定质量的理想气体用不导热的活塞封闭的内壁光滑的绝热气缸内，气缸竖直放置，缸内安装一电热丝，活塞质量为m，横截面积为S，外界大气压强为p0，重力加速度为g.开始时活塞处于静止状态，将电热丝通电给气体缓慢加热，测得电热丝两端电压为U，通过的电流为I.经过时间t，活塞缓慢向上移动距离L0.求：

(1)气体对外所做的功；

(2)气体内能的增量．