上海市高二物理第七章能的转化与能量守恒定律专题Word格式文档下载.docx
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物体内能的增量△U等于外界对物体做的功W和物体吸收的热量Q的总和.
3、表达式：
ΔU=W+Q
4、符号法则：
物体内能增加时，ΔU为正，物体内能减少时，ΔU为负；
外界对物体做功时，W为正，物体对外界做功时，W为负；
物体吸收热量时，Q为正，物体放出热量时，Q为负．
5、几种特殊情况：
（1）．物体与外界没有热交换时（绝热过程）Q=0
外界对物体做多少功，它的内能就增加多少，反之物体对外界做功多少，它的内能就减少多少，
W=U
（2）．物体与外界间没有做功时，物体从外界吸收多少热量，它的内能就增加多少；
物体向外界放出多少热量，它的内能就减少多少，
Q=U
（3）．若过程中始、末物体内能不变，U=0， 则W+Q=0或W=-Q
外界对物体做的功等于物体放出的热量
6、热力学第一定律是反映机械能与内能的转化和守恒的具体表现形式;
三、能量守恒定律：
1、物质的不同运动形式对应不同形式的能，如机械能、内能等；
2、各种形式的能在一定条件下可以转化或转移，在转化或转移过程中，能的总量守恒。
3、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．
3、能量守恒定律的历史意义．
4、能的转化和守恒是自然界的普遍规律，违背该定律的永动机是永远无法实现的。
它是没有条件的。
5、理解：
（1）某种形式的能减小，一定存在其他形式的能增加，且减小量和增加量一定相等。
（2）某个物体的能减小，一定存在其他物体的能量增加，且减小量和增加量一定相等。
6、第一类永动机：
（1）、永动机----不需要任何能量而能永远运动的装置。
（2）、第一类永动机：
人们把设想中的不消耗能量的机器叫做第一类永动机．
（3）、第一类永动机的设想由于违背了能量守恒定律，所以不可能制成．
Ⅱ.典例精讲
本章的题目基本以选择题为主
题型一：
改变内能的方式
【例1】
（★★★）金属制成的气缸中装有柴油与空气的混合物，有可能使气缸中柴油达到燃点的过程是（）
A．迅速向里推活塞B．迅速向外拉活塞
C．缓慢向里推活塞D．缓慢向外拉活塞
【答案】A
【解析】物体内能的改变有两种方式，做功和热传递，而且两者是等效的．迅速向里推活塞，外界对气体做功，而且没来得及进行充分热交换，内能增加温度升高，如果达到燃点即点燃，故A正确．迅速向外拉活塞气体对外做功，内能减小，温度降低，故B错．缓慢向里推活塞，外界对气体做功，但由于缓慢推，可充分进行热交换无法确定温度情况，故C错．同理D错．
【例2】
（★★★）如图所示的实验装置中，把浸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、做功一定可以使物态发生变化
【答案】B
【解析】把浸过乙醚的棉花放入玻璃筒内，把活塞迅速压下去，棉花会燃烧，这是因为压缩筒内空气做功，空气的内能增加，温度升高。
题型二：
内能与其他形式的能的区别
【例3】
（★★★）关于物体内能，下列说法中正确的是（）
A．手感到冷时，搓搓手就会感到暖和些，这是利用做功改变物体的内能
B．将物体举高或使它们的速度增大，是利用做功来使物体的内能增大
C．阳光照晒衣服，衣服的温度升高，是利用热传递来改变物体的内能
D．用打气筒打气，简内气体变热，是利用热传递来改变物体的内能
【答案】AC
【解析】对于本题，要明白做功的方式与条件就可以了
【例4】
（★★★）关于内能和机械能下列说法正确的是（）
A、机械能大的物体内能一定很大B、物体的机械能损失时内能可能增加
C、物体的内能损失时机械能必然减少D、物体的机械能为零而内能不可为零
【答案】BD
【解析】机械能和内能是两种不同形式的能。
物体的机械能可为零，但物体的内能不可是零。
物体的机械能损失时内能可能增加。
物体的内能损失时机械能可能增加也可能减少。
但两者之间没有直接的联系。
所以答案B、D正确。
题型三：
能量守恒定律
【例5】
（★★★★）如图所示，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EP（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、EP全部转换为气体的内能
B、EP一部分转换成活塞的重力势能，其余部分仍为弹簧的弹性势能
C、EP全部转换成活塞的重力势能和气体的内能
D、EP一部分转换成活塞的重力势能，一部分转换为气体的内能，其余部分仍为弹簧的弹性势能
【答案】D
【解析】由于气缸和活塞密闭绝热,那么气体与外界就无热交换。
活塞与器壁的摩擦忽略不计，则也没有摩擦生热的问题。
最初弹簧的弹性势能比较大，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，说明弹簧的长度比断开前长，活塞上升，重力势能增大。
活塞有重力，气体对活塞有向下的压力，所以最终弹簧还是要被压缩，有弹性势能。
弹簧形变量减小，气体体积较小，内能增加。
选D。
【变式训练】
（★★★）A、B两装置，均由一支一端封闭，一端开口且带有玻璃泡的管状容器和水银槽组成，除玻璃泡在管上的位置不同外，其他条件都相同。
将两管抽成真空后，开口向下竖直插入水银槽中（插入过程没有空气进入管内），水银柱上升至图示位置停止。
假设这一过程水银与外界没有热交换，则下列说法正确的是（）
A．A中水银的内能增量大于B中水银的内能增量
B．B中水银的内能增量大于A中水银的内能增量
C．A和B中水银体积保持不变，故内能增量相同
D．A和B中水银温度始终相同，故内能增量相同
【解析】两种情况下气体对水银做功相同，但A中水银克服重力做的功多，所以增加的内能少，B中水银克服重力做功少，所以增加的内能多．
故选B．
Ⅲ.方法回顾
常见概念：
（1）内能----物体内所有分子的动能和势能之和.
（2）热能----是物体内能的不确切的说法.
（3）热量----在热传递中用来度量物体内能变化的多少.
热量不表示内能的多少,仅表示内能的改变量.
（4）温度----物体分子平均动能的标志;
指示着热传递的方向.
（5）机械能----物体整体动能与势能的总和.
Ⅳ.魔法小测
（10分钟小测试，满分50分）
1．（★★★）如图所示容器，A、B中各有一个可以自由移动的轻活塞（质量不计），活塞下面是水，上面为大气，大气压恒定。
A、B间用带有阀门的管道相连，整个装置与外界隔热。
A容器的横截面积大于B容器的横截面积，开始时A的液面高于B的液面，开启阀门后，A中的水逐渐流向B，直至两边液面相平。
在这个过程中〖〗
A、大气压力对水做功，水的内能增加
B、水克服大气压力做功，水的内能减小
C、大气压力对水不做功，水的内能不变
D、大气压力对水不做功，水的内能增加
2．（★★★）在某密闭隔热的房间内有一电冰箱，现接通电源使电冰箱开始工作，并打开电冰箱的门，则过段时间后室内的温度将（）
A、降低B、不变C、升高D、无法判断
【答案】C
3．（★★★）有甲、乙两个物体，已知甲的温度比乙的温度高，则可以肯定（）
A．甲物体的内能比乙物体的内能多
B．甲物体含的热量比乙物体含的热量多
C．甲物体分子的平均动能比乙物体分子的平均动能大
D．如果降低相同的温度，甲比乙放出的热量多
4．（★★★）一个物体沿粗糙斜面匀速滑下，则下列说法正确的是（）
A、物体机械能不变，内能也不变
B、物体机械能减小，内能不变
C、物体机械能减小，内能增大，机械能与内能总量减小
D、物体机械能减小，内能增大，机械能与内能总量不变
5．（★★★）0℃的冰熔解为0℃的水，在这个过程中分子的（）
A．平均动能增大B．平均动能减小
C．平均动能和势能都增大D．平均动能不变而势能增大
6．（★★★★）子弹头射入置于光滑水平面上的木块中，以下说法正确的是（ ）
Ａ．子弹头损失的机械能等于木块内能的增加量
Ｂ．子弹头损失的机械能等于木块和子弹内能的增加量
Ｃ．木块的内能改变是由于做功
Ｄ．木块和子弹组成的系统的总能量守恒
【答案】CD
解析：
还包括木块的动能，故B错。
7．（★★★★）．图中活塞将气缸分成两气室，气缸、活塞（连同拉杆）是绝热的，且不漏气，以E甲、E乙分别表示甲、乙两气室中气体的内能，则在将拉杆缓慢向外拉的过程中（ ）
A．E甲不变，E乙减小B．E甲增大，E乙不变
C．E甲增大，E乙减小D．E甲不变，E乙减小
热力学定律与能量守恒定律
一、概念规律题组
1．一个气泡从恒温水槽的底部缓慢向上浮起，（若不计气泡内空气分子势能的变化）则（ ）
A．气泡对外做功，内能不变，同时放热
B．气泡对外做功，内能不变，同时吸热
C．气泡内能减少，同时放热
D．气泡内能不变，不吸热也不放热
2．一定质量的气体在某一过程中，外界对气体做了8×
104J的功，气体的内能减少了1.2×
105J，则下列各式中正确的是（ ）
A．W＝8×
104J，ΔU＝1.2×
105J，Q＝4×
104J
B．W＝8×
104J，ΔU＝－1.2×
105J，Q＝－2×
105J
C．W＝－8×
105J，Q＝2×
D．W＝－8×
105J，Q＝－4×
3．下列说法中正确的是（ ）
A．一切涉及热现象的宏观过程都具有方向性
B．一切不违反能量转化和守恒定律的物理过程都是可能实现的
C．由热力学第二定律可以判断物理过程能否自发进行
D．一切物理过程都不可能自发地进行
4．对于一定质量的气体（ ）
A．吸热时其内能可以不变
B．吸热时其内能一定不变
C．不吸热也不放热时其内能可以减小
D．不吸热也不放热时其内能一定不变
二、思想方法题组
5．下列过程中，可能发生的是（ ）
A．某种物质从高温热源吸收20kJ的热量，全部转化为机械能，而没有产生其他任何影响
B．打开一高压密闭容器，其内气体自发溢出后又自发溢进去，恢复原状
C．利用其他手段，使低温物体温度更低，高温物体的温度更高
D．将两瓶不同液体混合，然后它们又自发地各自分开
图1
6．如图1所示，用绝热活塞把绝热容器隔成容积相同的两部分，先把活塞锁住，将质量和温度都相同的理想气体氢气和氧气分别充入容器的两部分，然后提起销子，使活塞可以无摩擦地滑动，当活塞平衡时（ ）
A．氢气的温度不变B．氢气的压强减小
C．氢气的体积增大D．氧气的温度升高
一、热力学第一定律的理解及应用
1．热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种方式改变内能的过程是等效的，而且给出了内能的变化量和做功与热传递之间的定量关系．此定律是标量式，应用时热量的单位应统一为国际单位制中的焦耳．
2．对公式ΔU＝Q＋W符号的规定
符号
W
Q
ΔU
＋
外界对物体做功
物体吸收热量
内能增加
－
物体对外界做功
物体放出热量
内能减少
3.几种特殊情况
（1）若过程是绝热的，则Q＝0，W＝ΔU，外界对物体做的功等于物体内能的增加．
（2）若过程中不做功，即W＝0，则Q＝ΔU，物体吸收的热量等于物体内能的增加．
（3）若过程的始末状态物体的内能不变，即ΔU＝0，则W＋Q＝0或W＝－Q.外界对物体做的功等于物体放出的热量．
特别提示
1．应用热力学第一定律时要明确研究的对象是哪个物体或者是哪个热力学系统．
2．应用热力学第一定律计算时，要依照符号法则代入数据．对结果的正、负也同样依照规则来解释其意义．
【例1】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280J，并对外做功120J．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240J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？
做功多少？
[规范思维]
[针对训练] （2011·
福建·
28
（2））一定量的理想气体在某一过程中，从外界吸收热量2.5×
104J，气体对外界做功1.0×
104J，则该理想气体的________．（填选项前的字母）
A．温度降低，密度增大B．温度降低，密度减小
C．温度升高，密度增大D．温度升高，密度减小
二、对热力学第二定律的理解及应用
1．在热力学第二定律的表述中，“自发地”、“不产生其他影响”的涵义．
（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）“不产生其他影响”的涵义是发生的热力学宏观过程只在本系统内完成，对周围环境不产生热力学方面的影响．如吸热、放热、做功等．
2．热力学第二定律的实质
热力学第二定律的每一种表述，都揭示了大量分子参与宏观过程的方向性，进而使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性．
3．热力学过程方向性实例：
热量不可能自发地从低温物体传到高温物体，但在有外界影响的条件下，热量可以从低温物体传到高温物体，如电冰箱；
在引起其他变化的条件下内能可以转化为机械能，如气体的等温膨胀过程．
【例2】图2为电冰箱的工作原理示意图．压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环．在蒸发器中制冷剂汽化吸收箱体内的热量，经过冷凝器时制冷剂液化，放出热量到箱体外．
图2
（1）下列说法正确的是（ ）
A．热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外
B．电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，是因为其消耗了电能
C．电冰箱的工作原理不违反热力学第一定律
D．电冰箱的工作原理违反热力学第一定律
（2）电冰箱的制冷系统从冰箱内吸收的热量与释放到外界的热量相比，有怎样的关系？
三、热力学定律与气体实验定律的综合
当气体的状态发生变化时，如温度变化、体积变化时，理想气体的内能要发生变化，同时伴随着做功，所以气体实验定律常与热力学第一定律相结合解题，要掌握几个过程的特点：
（1）等温过程：
内能不变，ΔU＝0；
（2）等容过程：
W＝0；
（3）绝热过程：
Q＝0.
【例3】（2009·
山东高考）一定质量的理想气体由状态A经状态B变为状态C，其中A→B过程为等压变化，B→C过程为等容变化．已知VA＝0.3m3，TA＝TC＝300K，TB＝400K.
（1）求气体在状态B时的体积．
（2）说明B→C过程压强变化的微观原因．
（3）设A→B过程气体吸收热量为Q1，B→C过程气体放出热量为Q2，比较Q1、Q2的大小并说明原因．
[思路点拨]
（1）A→B过程等压，利用盖—吕萨克定律分析；
（2）从微观上影响压强的两个因素入手，进行分析；
（3）利用热力学定律分析．
【基础演练】
1．（2011·
广东·
14）图3为某种椅子与其升降部分的结构示意图，M、N两筒间密闭了一定质量的气体，M可沿N的内壁上下滑动，设筒内气体不与外界发生热交换，在M向下滑动的过程中（ ）
图3
A．外界对气体做功，气体内能增大
B．外界对气体做功，气体内能减小
C．气体对外界做功，气体内能增大
D．气体对外界做功，气体内能减小
2．热机是一种把内能转化为机械能的装置，以内燃机为例，汽缸中的气体得到燃料燃烧时产生的热量Q1，推动活塞做功W，然后排出废气．同时把热量Q2散发到大气中，则下列说法正确的是（ ）
A．由能量守恒定律知Q1＝W＋Q2
B．该热机的效率为η＝
C．理想热机效率可达到100%
D．内能可以全部转化为机械能而不引起其他变化
图4
3．已知理想气体的内能与温度成正比，如图4所示的实线为汽缸内一定质量的理想气体由状态1到状态2的变化曲线，则在整个过程中汽缸内气体的内能（ ）
A．先增大后减小
B．先减小后增大
C．单调变化
D．保持不变
4．（2010·
福建卷）如图5所示，
图5
一定质量的理想气体密封在绝热（即与外界不发生热交换）容器中，容器内装有一可以活动的绝热活塞．今对活塞施以一竖直向下的压力F，使活塞缓慢向下移动一段距离后，气体的体积减小．若忽略活塞与容器壁间的摩擦力，则被密封的气体（ ）
A．温度升高，压强增大，内能减少
B．温度降低，压强增大，内能减少
C．温度升高，压强增大，内能增加
D．温度降低，压强减小，内能增加
5.
图6
（2011·
江苏·
12A
（1））如图6所示，一演示用的“永动机”转轮由5根轻杆和转轴构成，轻杆的末端装有用形状记忆合金制成的叶片．轻推转轮后，进入热水的叶片因伸展而“划水”，推动转轮转动．离开热水后，叶片形状迅速恢复，转轮因此能较长时间转动．下列说法正确的是（ ）
A．转轮依靠自身惯性转动，不需要消耗外界能量
B．转轮转动所需能量来自形状记忆合金自身
C．转动的叶片不断搅动热水，水温升高
D．叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量
6．（2009·
宁夏、辽宁卷）带有活塞的汽缸
图7
内封闭一定量的理想气体．气体开始处于状态a，然后经过过程ab到达状态b或经过过程ac到达状态c，b、c状态温度相同，如图7所示．设气体在状态b和状态c的压强分别为pb和pc，在过程ab和ac中吸收的热量分别为Qab和Qac，则（ ）
A．pb>
pc，Qab>
QacB．pb>
pc，Qab<
Qac
C．pb<
QacD．pb<
题号
1
2
3
4
5
6
答案
7.（2009·
江苏高考）
（1）若一气泡从湖底上升到湖面的过程中温度保持不变，则在此过程中关于气泡中的气体，下列说法正确的是__________．（填写选项前的字母）
A．气体分子间的作用力增大
B．气体分子的平均速率增大
C．气体分子的平均动能减小
D．气体组成的系统的熵增加
（2）若将气泡内的气体视为理想气体，气泡从湖底上升到湖面的过程中，对外界做了0.6J的功，则此过程中的气泡________（填“吸收”或“放出”）的热量是__________J．气泡到达湖面后，温度上升的过程中，又对外界做了0.1J的功，同时吸收了0.3J的热量，则此过程中，气泡内气体内能增加了________J.
8．（2010·
山东卷）如图8所示，一太阳能空气集热器，底面及侧面为隔热材料，顶面为透明玻璃板，集热器容积为V0，开始时内部封闭气体的压强为p0，经过太阳曝晒，气体温度由T0＝300K升至T1＝350K.
图8
（1）求此时气体的压强．
（2）保持T1＝350K不变，缓慢抽出部分气体，使气体压强再变回到p0.求集热器内剩余气体的质量与原来总质量的比值．判断在抽气过程中剩余气体是吸热还是放热，并简述原因．
【能力提升】
图9
9．（山东高考）某压力锅的结构如图9所示．盖好密封锅盖，将压力阀套在出气孔上，给压力锅加热，当锅内气体压强达到一定值时，气体就把压力阀顶起．假定在压力阀被顶起时，停止加热．
（1）若此时锅内气体的体积为V，摩尔体积为V0，阿伏加德罗常数为NA，写出锅内气体分子数的估算表达式．
（2）假定在一次放气过程中，锅内气体对压力阀及外界做功1J，并向外界释放了2J的热量，锅内原有气体的内能如何变化？
变化了多少？
（3）已知大气压强p随海拔高度H的变化满足p＝p0（1－αH），其中常数α>
0.结合气体定律定性分析在不同的海拔高度使用压力锅，当压力阀被顶起时锅内气体的温度有何不同．
10．如图10所示，两个可导热的汽缸竖直放置，它们的底部由一细管连通（忽略细管的容积）．两汽缸各有一活塞，质量分别为m1和m2，活塞与汽缸壁无摩擦．活塞的下方为理想气体，上方为真空．当气体处于平衡状态时，两活塞位于同一高度h.（已知m1＝3m，m2＝2m）
图10
（1）在两活塞上同时各放一质量为m的物块，求气体再次达到平衡后两活塞的高度差（假设环境的温度始终保持为T0）．
（2）在达到上一问的终态后，环境温度由T0缓慢上升到T，试问在这个过程中，气体对活塞做了多少功？
气体是吸收还是放出热量？
（假定在气体状态变化过程中，两物块均不会碰到汽缸顶部）
热力学定律与能量守恒定律解析
【课前双基回扣】
1．B [在气泡缓慢上升的过程中，气泡外部的压强逐渐减小，气泡膨胀，对外做功，故气泡中空气分子的内能减小，温度降低．但由于外部恒温，且气泡缓慢上升，故可以认为上升过程中气泡内空气的温度始终等于外界温度，内能不变，故需从外界吸收热量，且吸收的热量等于泡内空气对外界所做的功．]
2．B [因为外界对气体做功，W取正值，即W＝8×
104J；
内能减少，ΔU取负值，即ΔU＝－1.2×
105J；
根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可知Q＝ΔU－W＝－1.2×
105J－8×
104J＝－2×
105J，即B选项正确．]
3．AC [热力学第二定律指出了热现象的方向性，而同时也指出了发生这些单一方向的过程的条件——自发，这也就说明了这些过程中的一些，其逆过程在某些条件下也是可以发生的，但也有的是不可能发生的．]
4．AC [内能的改变既可以通过做功来实现，又可以通过热传递来完成，还可以做功和热传递同时进行来实现，由此分析知A、C是可能的，B、D是不绝对的，故答案为A、C.]
5．C [根据热力学第二定律，热量不可能从低温物体自发地传递给高
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