高中物理 第5章 热力学定律 第1节 热力学第一定律 第2节 能量的转化与守恒学业分层测评 鲁科版选修3-3
热力学第一定律与第二定律
热力学第一定律与第二定律热力学是研究能量与热的转化和传递规律的科学，它是自然科学中重要的分支之一。
在热力学中，第一定律和第二定律是两个基本的定律，它们定义了能量守恒和能量转化的方向，对于理解热力学系统的行为和实际应用具有重要意义。
1. 热力学第一定律热力学第一定律，也称为能量守恒定律，表明能量在系统与环境之间的传递和转化后总量保持不变。
它可以通过下式表达：ΔU = Q - W其中，ΔU表示系统内能的变化，Q表示系统吸收的热量，W表示系统对外界做的功。
根据热力学第一定律，一个封闭系统的能量是守恒的，能量既不能被创造也不能被销毁，只能从一种形式转化为另一种形式。
热力学第一定律还可以用来推导出热机效率的表达式。
在一个热机中，根据热力学第一定律，系统吸收的热量等于系统对外界做的功加上系统内能的变化。
根据这个原理，我们可以得到热机效率的公式：η = 1 - Qc/Qh其中，η表示热机的效率，Qc表示热机向冷源放出的热量，Qh表示热机从热源吸收的热量。
这个公式表明，在一个热机中，不能把吸收的热量完全转化为功，一部分热量必须放出到冷源中，效率小于1。
2. 热力学第二定律热力学第二定律是热力学中最重要的定律之一，它表明热量不能自发地从低温物体传递到高温物体，而是自发地从高温物体传递到低温物体。
热力学第二定律有多种等效的表述方式，其中最常见的是克劳修斯表述和开尔文表述。
克劳修斯表述中，热量不会自发地从冷热源传递到热热源，即不存在一个热机，它只从一个热源吸热，然后完全转化为功，再把一部分热量放到冷热源上，不对环境产生任何影响。
这相当于说，在一个封闭系统中，不存在一个循环过程，使得系统对外界做的功等于输入的热量。
这个等效表述被称为克劳修斯表述。
开尔文表述中，不可能制造一个只从一个热源吸热，然后完全转化为功的热机，而不对环境产生任何影响。
这相当于说，在一个封闭系统中，不存在一个循环过程，使得系统吸收的热量完全转化为功，不放出热量到冷热源。
热力学第一定律与能量守恒
热力学第一定律与能量守恒热力学第一定律和能量守恒定律是描述能量转化和能量守恒的两个基本定律。
它们在热力学和物理学中有着重要的地位。
本文将探讨热力学第一定律和能量守恒之间的关系，以及它们在实际应用中的意义和重要性。
一、热力学第一定律热力学第一定律，也称为能量守恒定律，表明能量在物理系统中不能被创造或者灭亡，只能由一种形式转化为另一种形式。
简单来说，能量的总量在任何封闭系统中都是恒定的。
热力学第一定律的数学表达式为ΔU = Q - W，其中ΔU表示系统内能量的变化，Q表示系统吸收的热量，W表示系统对外做的功。
根据这个定律，当系统吸收热量时，它的内能增加；当系统对外做功时，它的内能减少。
二、能量守恒定律能量守恒定律是自然界的基本定律之一，它表明在任何封闭系统中，能量的总量保持不变。
无论能量以何种形式存在，都不会从系统中消失或出现。
能量守恒定律可以用以下数学表达式描述：ΔE = E2 - E1 = Q - W，其中ΔE表示系统内能量的变化，E1和E2分别表示系统的初态和末态能量，Q表示系统吸收的热量，W表示系统对外做的功。
根据这个定律，系统吸收的热量和对外做的功之和等于系统内能量的变化量。
三、热力学第一定律与能量守恒的关系热力学第一定律和能量守恒定律本质上是相互关联的，两者可以互相推导和补充。
热力学第一定律强调了能量转化和能量守恒的过程，而能量守恒定律则是对热力学第一定律的数学描述。
通过热力学第一定律，我们可以更好地理解能量的转化过程，并利用能量守恒定律来计算系统中能量的变化。
在实际应用中，热力学第一定律和能量守恒定律的结合帮助我们解决能量转化和能量守恒的问题，为工程设计和科学研究提供了基础和依据。
四、热力学第一定律和能量守恒在实际中的应用热力学第一定律和能量守恒定律在能源利用和工程设计中有着广泛的应用。
例如，在热力学系统中，我们可以通过热力学第一定律来计算系统吸收的热量和对外做的功，进而计算系统内能量的变化量。
热力学第一定律 1-2 u1
§1-2 热力学第一定律
1、热力学能 焦耳热功当量实验 绝热封闭系统
搅拌水作功
开动电机作功
压缩气体作功
• 焦耳 焦耳的一系列实验
1 cal = 4.18 J
结论
• 无论以何种方式，无论直接或分成几个步骤，使 一个绝热封闭体系从某一始态变到某一终态，所 需的功是一定的，这个功只与体系的始态和终态 有关。 • 这表明体系存在一个状态函数，在绝热过程中此 状态函数的改变量等于过程的功。 ——热力学能U 焦耳实验结论可表示为: : ∆U=U2－U1 = W（封闭，绝热） 根据GB3102.8－93状态函数 U 称为热力学能 热力学能，单位为J。 热力学能
2） 第一定律的表述
也可以表述为：第一类永动机是不可能实现的。
第一类永动机
第一类永动机（first kind of perpetual motion mechine) 一种既不靠外界提供能量，本身也不减少能 量，却可以不断对外作功的机器称为第一类永动机， 它显然与能量守恒定律矛盾。 历史上曾一度热衷于制造这种机器，均以失 败告终，也就证明了能量守恒定律的正确性。 “要叫马儿快快跑，得给它吃青青草。”
第一定律的文字表述
• 孤立体系的总能量不变，热力学能也守常。 • 封闭体系中的任意热力学过程所吸收的热量与 环境对体系所做的功之和与途径无关。 • 封闭体系在给定两个平衡态之间经历绝热过程 时，功与途径无关。
【例1】讨论下列过程的Q、W和U 讨论下列过程的Q
1）H2O(l)与H2O(g)放在一个恒容的金属箱中，将 箱子放在火炉上，体系（ H2O(l) 、H2O(g) ） 的T、P均增加。 Q>0，V=0，W=0， ∆U =Q+W>0 2）恒容绝热箱中有H2和O2的混合气体（体系）， 通一电火花（电火花能量不计），使其化合。 Q=0， V=0，W=0， ∆U =Q+W=0 3）把100克0℃水放在一绝热套中，内有电阻丝。 通电以后，水和电阻丝（体系）升温到50 ℃。 Q=0， W>0， ∆U =Q+W>0
高中物理人教大纲版第二册：11.5 热力学第一定律、能量守恒定律1
第五节热力学第一定律能量守恒定律●从容说课本节包括两大部分内容,一是热力学第一定律,二是能量守恒定律。
是在讲述改变内能的两种方式的基础上直接得出，为能量守恒定律的学习作了一个很好的铺垫．对于能量守恒定律，首先应明确它的重要性，可以说贯穿整个高中物理，因此在教学中应该使学生切实掌握这个定律，理解这个定律的意义．据教材的特点和地位，本节的目标定位如下：1．能够从能量转化的观点理解热力学第一定律及其公式表达，会用公式△U=W+Q分析和计算问题．2．能综合运用学过的知识,通过各知识点的内在逻辑联系，建立能量守恒定律的观点,并能应用动量守恒定律进行有关计算，分析、解决有关问题．3．通过实例进行辩证唯物主义教育、爱国主义教育．本节课的教学重点定位于对△U=W+Q的理解和应用,以及能量守恒定律的观点建立、计算、分析、解决有关问题．本节课的教学难点定位于如何用能量转化和守恒的观点分析物理现象,如何综合运用学过的知识解决问题．结合本节教材的特点，为了突出重点,突破难点，教学中采用互动探究式的教学方法，使学生参与到教学活动中,在适当的时候教师进行点拨和小结，以充分突出学生的主体地位,使学生真正成为学习的主人．本节课的教学程序如下：复习引入→提出新的问题→学生探究→猜想、验证→解释现象→得出结论→点拨升华→小结本节内容．●教学目标一、知识目标1．能够从能量转化的观点理解热力学第一定律及其公式表达，会用△U=W+Q分析和计算问题。
2．掌握能量守恒定律，理解这个定律的重要意义,会用能量守恒的观点分析物理现象.3．了解第一类永动机不可能制成的原因。
二、能力目标1．会用热力学第一定律△U=W+Q分析和计算问题.2．会用能量转化和守恒的观点分析物理现象。
3．能综合运用学过的知识,用能量守恒定律进行有关计算、分析、解决有关问题。
三、德育渗透目标学习众多科学家孜孜以求,通过探索自然规律的精神，进一步进行辩证唯物主义教育，为将来能在开发新能源、合理利用能源、发展节能技术的领域内作出贡献而努力.●教学重点1．能够从能量转化的观点理解热力学第一定律及期公式表达,会用△U=W+Q分析和计算问题。
高中物理5能量守恒定律热力学第一定律素材新人教版选修1_2
第二章能量的守恒与耗散能量守恒定律热力学第一定律教学建议对于能量守恒定律,教学中要有意识地安排一些体验性的活动来帮助学生理解相对抽象的能量转化与守恒定律,所选的视角要宽,要具有普遍性。
教师在分析实例时,应注意引导学生思考物体(系统)内能在能量传递和转化过程中是否发生变化,以拓宽对能量守恒定律内涵的理解,并为下一节讲热力学第一定律做好铺垫。
课本上的奥恩库尔永动机是历史上十分著名的事例,可让学生结合书上的图例,分析该装置不能永久转动的原因。
对于热力学第一定律的数学公式,要让学生弄清公式中各物理量的含义,建议采用讨论式教学法,通过复习初中物理有关改变物体内能的两种途径:热传递与做功,并结合能量守恒定律,在规定了表示内能增量、热量、功的数学符号和经过深入的讨论后,学生是能自己得出热力学第一定律的表达式的。
资源参考第一类永动机的神话永动机的想法起源于印度,公元1200年前后,这种思想从印度传到了西亚,并从那里传到了欧洲。
在欧洲,早期最著名的一个永动机设计方案是13世纪时一个叫亨内考的法国人提出来的。
如图所示:轮子中央有一个转动轴,轮子边缘安装着12个可活动的短杆,每个短杆的一端装有一个铁球。
方案的设计者认为,右边的球比左边的球离轴远些,因此,右边的球产生的转动力矩要比左边的球产生的转动力矩大。
这样轮子就会永无休止地沿着箭头所指的方向转动下去,并且带动机器转动。
这个设计被不少人以不同的形式复制出来,但从未实现不停息地转动。
仔细分析一下就会发现,虽然右边每个球产生的力矩大,但是球的个数少,左边每个球产生的力矩虽小,但是球的个数多。
于是,轮子不会持续转动下去而对外做功,只会摆动几下,便停在图示中所画的位置上。
从哥特时代起,这类设计方案越来越多。
17世纪和18世纪时期,人们又提出过各种永动机设计方案,有采用“螺旋汲水器”的,有利用轮子的惯性、水的浮力或毛细作用的,也有利用同性磁极之间排斥作用的。
宫廷里聚集了形形色色的企图以这种虚幻的发明来挣钱的方案设计师。
高中物理 第5章 热力学定律 第1节 热力学第一定律教学案 鲁科版选修3-3-鲁科版高二选修3-3物
第1节热力学第一定律1.做功和热传递是改变内能的两种方式，物体内能的增加量等于外界对物体做的功与物体从外界吸收的热量之和，即ΔU＝Q＋W。
2．热力学第一定律说明：在一切涉及热现象的宏观过程中，能量可以发生转移或转化，在转移或转化中总能量守恒。
3．第一类永动机违背热力学第一定律，是不可能实现的。
对应学生用书P45热力学第一定律及其应用[自读教材·抓基础]1．改变物体内能的两种方式做功和热传递。
2．功、热量和内能改变的关系(1)如果物体与外界无热传递，外界对物体做功，物体的内能增加；物体对外做功，物体的内能减少。
(2)如果物体既不对外做功，外界也不对物体做功，那么物体从外界吸收热量时，它的内能增加；物体向外放出热量时，它的内能减少。
3．热力学第一定律(1)内容：物体内能的增加量ΔU等于外界对物体所做的功W与物体从外界吸收的热量Q之和。
(2)表达式：ΔU＝W＋Q[跟随名师·解疑难]1．对ΔU＝W＋Q的理解热力学第一定律将单纯的绝热过程和单纯的热传递过程推广到一般情况，既有做功又有热传递的过程，其中ΔU表示内能改变的数量，W表示做功的数量，Q表示外界与物体间传递的热量。
2．对公式ΔU、Q、W符号的规定3．应用热力学第一定律解题的一般步骤(1)首先选定研究对象是哪个物体或哪个热力学系统。
(2)根据符号法那么写出各量(W、Q、ΔU)的正、负。
(3)根据方程ΔU＝W＋Q求出未知量。
(4)再根据未知量结果的正、负来确定吸热、放热情况或做功情况。
4．判断气体做功正、负的方法(1)假设气体体积增大，说明气体对外界做功，W<0。
(2)假设气体体积变小，说明外界对气体做功，W>0。
5．几种常见的气体变化过程(1)绝热过程：过程是绝热的，那么Q＝0，W＝ΔU，外界对气体做的功等于气体内能的增加。
(2)等容过程：在该过程中气体不做功，即W＝0，那么Q＝ΔU，气体吸收的热量等于气体内能的增加。
高中物理【热力学定律与能量守恒定律】知识点、规律总结
(2)等容过程：W＝0.
(3)绝热过程：Q＝0.
考点二 热力学第二定律的理解及应用
师生互动
1．热力学第二定律关键词的含义
(1)“自发地”指明了热传递等热力学宏观现象的方向性，不需要借助外界提供能量
的帮助．
(2)“不产生其他影的影响，如吸热、放热、做功等．
2．热力学第二定律的实质 自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性．如 ①高温物体热热量量不能能自自发发地地传传给给低温物体 ②功不能能自自发发且地不完能全完转全化转为化为热
违背能量守恒定律
不违背能量守恒定律，违背热力学第 二定律
考点三 热力学定律与气体实验定律的综合
师生互动
气体实验定律与热力学第一定律的结合量是气体的体积和温度，当温度变化时，气
体的内能变化，当体积变化时，气体将伴随着做功，解题时要掌握气体状态变化过程的
特点：
对于一定质量的某种理想气体
(1)等温过程：理想气体内能不变，即 ΔU＝0.
第 4 讲 热力学定律与能量守恒定律
一、热力学第一定律 1．改变物体内能的两种方式 (1)__做__功__；(2)__热__传__递__． 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对它传递的__热__量__和外界对它_做__功___ 的和． (2)表达式：W＋Q＝ΔU.
二、能的转化和守恒定律 1．内容：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，但在转化或转移的过程中其总量不变． 2．第一类永动机：违背能量守恒定律的机器被称为第一类永动机．它是不可能制 成的．
三、热力学第二定律
1．热力学第二定律的两种表述 (1)克劳修斯表述：热量不能__自__发__地__从低温物体传到高温物体． (2)开尔文表述：不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而__不__产__生__其他影 响．或表述为“第_二__类___永动机是不可能制成的”． 2．热力学第二定律的微观意义 一切自发过程总是沿着分子热运动的__无__序__性__增大的方向进行． 3．第二类永动机不可能制成的原因是违背了_热__力__学__第__二__定__律___．
热力学第一定律及其应用PPT课件
W pi dV
' e,3 V2
V1
V2 nRT ln V1
则体系和环境都能恢 复到原状。
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2017/9/12
功与过程
上一内容
下一内容
回主目录
返回
2017/9/12
功与过程
功与过程 小结：
从以上的膨胀与压缩过程看出，功与变化的途 径有关。虽然始终态相同，但途径不同，所作的功 也大不相同。显然，可逆膨胀，体系对环境作最大 功；可逆压缩，环境对体系作最小功。
上一内容
下一内容
回主目录
返回
2017/9/12
热力学平衡态
当体系的诸性质不随时间而改变，则体系 就处于热力学平衡态，它包括下列几个平衡： 相平衡（phase equilibrium） 多相共存时，各相的组成和数量不随时间而 改变。 化学平衡（chemical equilibrium ） 反应体系中各物的数量不再随时间而改变。
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2017/9/12
功与过程
上一内容
下一内容
回主目录
返回
2017/9/12
功与过程
压缩过程
将体积从 V2 压缩到 V1 ，有如下三种途径：
1.一次等外压压缩 在外压为 p1下，一次从 V2 压 缩到 V1 ，环境对体系所作的功 （即体系得到的功）为：
上一内容 下一内容 回主目录
返回
2017/9/12
第一章 热力学第一定律及其应用
1.9 赫斯定律
1.10 几种热效应 1.11 反应热与温度的关系——基尔霍夫定律 1.12 绝热反应——非等温反应 *1.13 热力学第一定律的微观说明
高中物理 第五章 热力学定律 第2节 能量的转化与守恒 能量守恒的发展与历史素材 鲁科版选修33
能量守恒的发展与历史内世界是由运动的物质组成的，物质的运动形式多种多样，并在不断相互转化正是在研究运动形式转化的过程中，人们逐渐建立起了功和能的概念能是物质运动的普遍量度，而功是能量变化的量度。
这种说法概括了功和能的本质，但哲学味道浓了一些在物理学中，从19世纪中叶产生的能量定义：“能量是物体做功的本领”，一直延用至今但近年来不论在国外还是国内，物理教育界却对这个定义是否妥当展开过争论于是许多物理教材，例如现行的中学教材，都不给出能量的一般定义，而是根据上述定义的思想，即物体在某一状态下的能量，是物体由这个状态出发，尽其所能做出的功来给出各种具体的能量形式的操作定义（用量度方法代替定义）。
能量概念的形成和早期发展，始终是和能量守恒定律的建立过程紧密相关的由于对机械能、内能、电能、化学能、生物能等具体能量形式认识的发展，以及它们之间都能以一定的数量关系相互转化的逐渐被发现，才使能量守恒定律得以建立这是一段以百年计的漫长历史过程随着科学的发展，许多重大的新物理现象，如物质的放射性、核结构与核能、各种基本粒子等被发现，都只是给证明这一伟大定律的正确性提供了更丰富的事实尽管有些现象在发现的当时似乎形成了对这一定律的冲击，但最后仍以这一定律的完全胜利而告终。
能量守恒定律的发现告诉我们，尽管物质世界千变万化，但这种变化决不是没有约束的，最基本的约束就是守恒律也就是说，一切运动变化无论属于什么样的物质形式，反映什么样的物质特性，服从什么样的特定规律，都要满足一定的守恒律物理学中的能量、动量和角动量守恒，就是物理运动所必须服从的最基本的规律与之相较，牛顿运动定律、麦克斯韦方程组等都低了一个层次。
1定律的经验性表述——永动机是不可能造成的（1475～1824）很早以前，人类就开始利用自然力为自已服务，大约到了十三世纪，开始萌发了制造永动机的愿望。
到了十五世纪，伟大的艺术家、科学家和工程师达•芬奇（Leonard•do•Vinci 1452～1519），也投入了永动机的研究工作。
热力学第一定律与第二定律
热力学第一定律与第二定律热力学是关于能量转化和能量守恒的科学，它研究了物质与能量之间的关系以及能量转化的规律。
在热力学中，有两个基础定律，即热力学第一定律和热力学第二定律。
本文将详细介绍这两个定律的定义、原理和应用。
一、热力学第一定律热力学第一定律又被称为能量守恒定律，它表明能量在系统中的变化量等于系统所做的功加上系统吸收的热量。
简言之，能量是守恒的。
具体来说，热力学第一定律可以用以下方程式表示：ΔU = Q - W其中，ΔU代表系统内能的变化，Q代表系统吸收的热量，W代表系统所做的功。
根据这个定律，我们可以得出以下结论：1. 系统吸收的热量等于系统内能的增加。
热量可以使系统内粒子的动能增加，也可以使分子之间的相互作用增强，从而使内能增加。
2. 系统所做的功等于系统内能的减少。
当一个物体从高温区移动到低温区时，它会做功，从而导致内能减少。
热力学第一定律的应用非常广泛。
例如，在工程领域中，我们可以利用这个定律来计算热机的效率。
在化学反应中，我们可以根据热力学第一定律来判断反应是否放热或吸热，并求出反应的焓变。
总之，热力学第一定律是热力学研究中的基础，对于理解和应用能量转化的过程至关重要。
二、热力学第二定律热力学第二定律是关于物质能量转化方向的定律。
它规定了能量在自然界中传递的方式和限制。
总结起来，热力学第二定律表明热量自发地从高温物体传递到低温物体，而不会自发地从低温物体传递到高温物体。
这个定律可以从以下两个方面解释：1. 热量不会自发地从低温物体传递到高温物体。
这是因为能量在自然界中总是从高能态流向低能态。
如果低温物体能够将热量传递给高温物体，就违背了能量的自发流动方向。
2. 熵增定律。
熵是用来描述系统无序程度的物理量，热力学第二定律指出，一个孤立系统的熵要么保持不变，要么增加。
换句话说，自发过程总是趋于增加系统的熵。
而熵的增加意味着能量的转化趋于不可逆。
根据热力学第二定律的约束，我们可以得出一些重要的结论。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
1
第1节 热力学第一定律 第2节 能量的转化与守恒
(建议用时：45分钟)
[学业达标]
1．在热力学第一定律的表达式ΔU＝W＋Q中，关于ΔU、W、Q各个物理量的正、负，下
列说法中正确的是( )
A．物体对外界做功时W为负
B．物体吸收热量时，Q为正
C．内能减少时，ΔU为正
D．内能增加时，ΔU为正
E．W为正，Q为负时，ΔU一定为零
【解析】 根据公式ΔU＝W＋Q及W、Q、ΔU的符号法则得A、B、D正确．
【答案】 ABD
2．下列关于能量转化的现象的说法中，正确的是( )
A．用太阳灶烧水是太阳能转化为内能
B．电灯发光是电能转化为光能
C．核电站发电是电能转化为内能
D．生石灰放入盛有凉水的烧杯里，水温升高是动能转化为内能
E．跳高运动员跳起时，体内的化学能转化为机械能
【解析】 核电站发电是核能转化为电能，生石灰放入水中使水温升高，是化学能转化
为内能．
【答案】 ABE
3. 某物体温度升高了，这说明( )
A．该物体一定吸收了热量
B．该物体可能放出了热量
C．外界对物体可能做了功
D．物体可能吸收了热量
E．外界对物体一定做了功
【解析】 由ΔU＝Q＋W来分析，物体温度升高了，一定有物体的内能增加，ΔU>0，
要满足ΔU>0可能有多种情况：①W>0，Q＝0；②W＝0，Q>0；③W>0，Q>0；④W>0，Q<0，W>|Q|；
⑤W<0，Q>0，Q>|W|.由①否定选A；④与选项B一致，①③④与选项C一致；②③⑤与选项
D一致，故选项B、C、D正确．
【答案】 BCD
4．一定量的理想气体在某一过程中，从外界吸收热量2.5×104 J，气体对外界做功
1.0×104 J，则该理想气体的( )
2
A．密度增大
B．密度减小
C．温度降低
D．温度升高
E．内能增加
【解析】 由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，Q＝2.5×104 J，W＝－1.0×104 J可知Δ
U
大于零，气体内能增加，温度升高，C错，D、E对；气体对外做功，体积增大，密度减小，
B对，A错．
【答案】 BDE
5．下列关于第一类永动机的说法正确的是( )
A．第一类永动机是不消耗任何能量却能源源不断地对外做功的机器
B．第一类永动机不能制成的原因是违背了热力学第一定律
C．第一类永动机不能制成的原因是技术问题
D．第一类永动机终究有一天能够实现
E．第一类永动机不可能制成是因为违背了能量的转化和守恒定律
【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，但它违背了热力学第一定律．这也是它不能制成的原因．故A、B、E三项正确，
C、D两项错误．
【答案】 ABE
6．密闭有空气的薄塑料瓶因降温而变扁，此过程中瓶内空气(不计分子势能)( )
A．内能增大
B．内能减小
C．对外界做功
D．外界对其做功
E．放出热量
【解析】 气体降温则内能减小，变扁则体积减小，外界对气体做功，由热力学第一定
律ΔU＝Q＋W可知，气体一定放出热量．故选项B、D、E正确．
【答案】 BDE
7．空气压缩机在一次压缩过程中，活塞对气缸中空气做功为2×105 J，空气的内能增
加了1.5×105 J，则气体____(选填“吸”或“放”)热为______J.
【解析】 由热力学第一定律：ΔU＝Q＋W得：1.5×105 J＝2×105 J＋Q，所以Q＝－5×104
J，故放热．
【答案】 放 5×104
8．水能是一种清洁能源．位于美国和加拿大交界处的尼亚加拉瀑布流速达每秒6 000 m3，
3
而且是一年四季流量稳定，瀑布落差50 m．若利用这一资源发电，设其效率为50%，估算发
电机的输出功率.
【导学号：30110063】
【解析】 每秒流下的水量m＝Vρ＝6 000×103 kg，
由能的转化和守恒知mgh×50%＝Pt.
式中m取6 000×103 kg，t取1 s，h＝50 m，
解得P＝1.5×109 W.
【答案】 1.5×109 W
[能力提升]
9．如图513所示，A、B两点表示一定质量的某种理想气体的两个状态．当气体自状
态A变化到状态B时( )
图513
A．体积必然变大
B．不可能经过体积减小的过程
C．外界必然对气体做正功
D．气体必然从外界吸热
E．气体必然对外界做功
【解析】 本题是气体状态变化、图象与热力学第一定律结合的综合分析题．连接OA、
OB，得到两条等容线，故有VB＞VA，所以A正确；由于没有限制自状态A变化到状态B
的过
程，所以可先减小气体的体积再增大气体的体积到B状态，故B错误；因为气体体积增大，
所以是气体对外做功，C错误，E正确；因为气体对外界做功，而气体的温度又升高，内能
增大，由热力学第一定律知气体一定从外界吸热，D正确．
【答案】 ADE
10．如图514所示，一绝热容器被隔板K隔开a、b两部分．已知a内有一定量的稀
薄气体，b内为真空，抽开隔板K后，a内气体进入b，最终达到平衡状态．在此过程中( )
【导学号：30110064】
4
图514
A．气体对外界做功
B．气体不做功
C．气体压强变小，温度降低
D．气体压强变小，温度不变
E．内能不变
【解析】 绝热容器内的稀薄气体与外界没有热交换，Q＝0.稀薄气体向真空中扩散没
有做功，W＝0.根据热力学第一定律知稀薄气体的内能不变，则温度不变．稀薄气体体积增
大，压强必减小．选项B、D、E正确．
【答案】 BDE
11．一定质量的气体，在从一个状态变化到另一个状态的过程中，吸收热量280 J，并
对外做功120 J，试问：
(1)这些气体的内能发生了怎样的变化？
(2)如果这些气体又返回原来的状态，并放出了240 J热量，那么在返回的过程中是气
体对外界做功，还是外界对气体做功？做多少功？
【解析】 (1)由热力学第一定律可得
ΔU＝W＋Q＝－120 J＋280 J＝160 J.
(2)由于气体的内能仅与状态有关，所以气体从2状态回到1状态过程中内能的变化应
等于从1状态到2状态过程中内能的变化，则从2状态到1状态的内能应减少160 J．即Δ
U′＝－160 J，又Q′＝－240 J，根据热力学第一定律得ΔU′＝W′＋Q′，所以W′＝ΔU
′
－Q′＝－160 J－(－240 J)＝80 J，即外界对气体做功80 J.
【答案】 (1)增加了160 J (2)外界对气体做功80 J
12．如图515所示是用导热性能良好的材料制成的气体实验装置，开始时封闭的空气
柱长度为22 cm，现在用竖直向下的外力F压缩气体，使封闭空气柱长度变为2 cm，人对活
塞做功100 J，大气压强为p0＝1×105 Pa，不计活塞重力．问：
图515
(1)若用足够长的时间缓慢压缩气体，求压缩后气体的压强为多大？
(2)若以适当的速度压缩气体，向外散失的热量为20 J，则气体的内能增加多少？(活
塞的横截面积S＝1 cm2)
5
【解析】 (1)设压缩后气体的压强为p，活塞的横截面积为S，l0＝22 cm，
l＝2 cm，V0＝l0S，V＝lS
缓慢压缩气体温度不变，由玻意耳定律得：
p0V0＝pV，解得：p
＝1.1×106 Pa.
(2)大气压力对活塞做功：W1＝p0S(l0－l)＝2 J
人做功W2＝100 J，由热力学第一定律得：
ΔU＝W1＋W2＋Q，将Q＝－20 J代入解得ΔU＝82 J.
【答案】 (1)1.1×106 Pa (2)82 J