最新高中物理 第十章 热力学定律 课时3 热力学第一定律 能量守恒定律学案 新人教版必备33Word文档格式.docx

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两者的结合点是体积V和温度T.

注意三个特殊过程的特点：

（1）等温过程：

内能不变，ΔU＝0；

（2）等容过程：

体积不变，W＝0；

（3）绝热过程：

Q＝0.

二、能量守恒定律

[问题设计]

使热力学系统内能改变的方式有做功和热传递．做功的过程是其他形式的能转化为内能的过程，热传递是把其他物体的内能转移为系统的内能．在能量发生转化或转移时，能量的总量会减少吗？

答案　能量的总量保持不变．

1．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，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变．

2．对能量守恒定律的理解

（1）某种形式的能量减少，一定有其他形式的能量增加，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．能量的存在形式及相互转化

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，还有诸如电磁能、化学能、原子能等．

各种形式的能通过某种力做功可以相互转化．

4．第一类永动机

（1）定义：

不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功的机器．

（2）不可能制成的原因：

违背了能量守恒定律．

[延伸思考]

热力学第一定律、机械能守恒定律是能量守恒定律的具体体现吗？

答案　是．

例1

　关于物体内能的变化情况，下列说法中正确的是（　　）

A．吸热的物体，其内能一定增加

B．体积膨胀的物体，其内能一定减少

C．放热的物体，其内能也可能增加

D．绝热压缩的气体，其内能一定增加

解析　做功和热传递都能改变物体的内能，不能依据一种方式的变化就判断内能的变化．

答案　CD

例2

　空气压缩机在一次压缩中，活塞对空气做了2×

105J的功，同时空气的内能增加了1.5×

105J，这一过程中空气向外界传递的热量是多少？

解析　选择被压缩的空气为研究对象，根据热力学第一定律有ΔU＝W＋Q.

由题意可知W＝2×

105J，ΔU＝1.5×

105J，代入上式得：

Q＝ΔU－W＝1.5×

105J－2×

105J＝－5×

104J.

负号表示空气向外释放热量，即空气向外界传递的热量为5×

答案　5×

104J

例3

　下列对能量守恒定律的认识正确的是（　　）

A．某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加

B．某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加

C．不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——第一类永动机是不可能制成的

D．石子从空中落下，最后停止在地面上，说明机械能消失了

解析　A选项是指不同形式的能量间的转化，转化过程中能量是守恒的．B选项是指能量在不同的物体间发生转移，转移过程中能量是守恒的，这正好是能量守恒定律的两个方面——转化与转移．第一类永动机是不可能制成的，它违背了能量守恒定律．所以A、B、C正确；

D选项中石子的机械能在变化，比如受空气阻力作用，机械能可能减少，但机械能并没有消失，能量守恒定律表明能量既不能创生，也不能消失，故D错误．

答案　ABC

三、热力学第一定律与气体实验定律的结合

例4

　如图1所示，倒悬的导热气缸中封闭着一定质量的理想气体．轻质活塞可无摩擦地上下移动，活塞的横截面积为S，活塞的下面吊着一个重为G的物体，大气压强恒为p0.起初环境的热力学温度为T0时，活塞到气缸底面的距离为L.当环境温度逐渐升高，导致活塞缓慢下降，该过程中活塞下降了0.1L，气缸中的气体吸收的热量为Q.求：

图1

（1）气缸内部气体内能的增量ΔU；

（2）最终的环境温度T.

解析　

（1）密封气体的压强p＝p0－（G/S）

密封气体对外做功W＝pS×

0.1L

由热力学第一定律得ΔU＝Q－W

得ΔU＝Q－0.1p0SL＋0.1LG

（2）该过程是等压变化，由盖—吕萨克定律有

＝

解得T＝1.1T0.

答案　

（1）Q－0.1p0SL＋0.1LG　

（2）1.1T0

1．（热力学第一定律）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，则根据热力学第一定律，下列各式中正确的是（　　）

A．W＝8×

104J，ΔU＝1.2×

105J，Q＝4×

B．W＝8×

104J，ΔU＝－1.2×

105J，Q＝－2×

105J

C．W＝－8×

105J，Q＝2×

D．W＝－8×

105J，Q＝－4×

答案　B

解析　因为外界对气体做功，W取正值，即W＝8×

104J；

气体的内能减少，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．

2．（热力学第一定律）如图2所示，某同学将空的薄金属筒开口向下压入水中．设水温均匀且恒定，筒内空气无泄漏，不计气体分子间的相互作用，则被淹没的金属筒在缓缓下降过程中，筒内空气体积减小，空气一定（　　）

图2

A．从外界吸热B．内能增大

C．向外界放热D．内能减小

答案　C

解析　由于不计气体分子之间的相互作用，且整个过程缓慢进行，所以可看成温度不变，即气体内能不变，选项B、D均错；

由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，因为在下降过程中气体体积减小，外界对气体做了功，式中W取正号，ΔU＝0，所以Q为负，即气体向外放热，故选项A错，C对．

3．（能量守恒定律）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械

B．做一条船，利用流水的能量逆水行舟

C．通过太阳照射飞机，即使飞机不带燃料也能飞行

D．利用核动力，驾驶地球离开太阳系

答案　BCD

解析　利用磁场能可以使磁铁所具有的磁场能转化为动能，但由于摩擦力的不可避免性，动能最终转化为内能使转动停止，故A不符合．让船先静止在水中，设计一台水力发电机使船获得足够电能，然后把电能转化为船的动能使船逆水航行；

同理可利用光能的可转化性和电能的可收集性，使光能转化为飞机的动能，实现飞机不带燃料

也能飞行，故B、C符合；

利用反冲理论，以核动力为能源，使地球获得足够大的能量，挣脱太阳引力的束缚而离开太阳系，故D符合．

4.（热力学第一定律与气体实验定律的综合应用）如图3是用导热性能良好的材料制成的气体实验装置，开始时封闭的气柱长度为22cm，现用竖直向下的外力F压缩气体，使封闭的气柱长度变为2cm，人对活塞做功100J，大气压强为p0＝1×

105Pa，不计活塞的重力．问：

图3

（1）若用足够长的时间缓慢压缩，求压缩后气体的压强多大？

（2）若以适当的速度压缩气体，气体向外散失的热量为20J，则气体的内能增加多少？

（活塞的横截面积S＝1cm2）

答案　

（1）1.1×

106Pa　

（2）82J

解析　

（1）设压缩后气体的压强为p，活塞的横截面积为S，l0＝22cm，l＝2cm，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×

106Pa

（2）大气压力对活塞做功W1＝p0S（l0－l）＝2J

人做功W2＝100J

由热力学第一定律得ΔU＝W1＋W2＋Q

Q＝－20J

解得ΔU＝82J

题组一　热力学第一定律

1．关于物体内能的变化，以下说法中正确的是（　　）

A．物体吸收热量，内能一定增大

B．物体对外做功，内能一定减少

C．物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变

D．物体放出热量，同时对外做功，内能可能不变

解析　根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，物体内能的变化与外界对物体做功（或物体对外界做功）和物体从外界吸热（或向外界放热）两种因素有关．物体吸收热量，但有可能同时对外做功，故内能有可能不变甚至减小，故A错；

同理，物体对外做功的同时有可能吸热，故内能不一定减少，B错；

若物体吸收的热量与对外做的功相等，则内能不变，C正确；

而放热与对外做功都使物体内能减少，故D错．

2．密闭有空气的薄塑料瓶因降温而变扁，此过程中瓶内空气（不计分子势能的变化）（　　）

A．内能增大，放出热量B．内能减小，吸收热量

C．内能增大，对外界做功D．内能减小，外界对其做功

答案　D

解析　不计分子势能的变化时瓶内空气的内能只与其温度有关，温度降低时其内能减小．塑料瓶变扁时瓶内空气体积减小，外界对其做功．再由热力学第一定律知此过程中瓶内空气要放出热量，故只有选项D正确．

3．一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（　　）

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

解析　由ΔU＝W＋Q可得理想气体内能变化ΔU＝－1.0×

104J＋2.5×

104J＝1.5×

104J>

0，故温度升高，A、B两项均错．因为气体对外做功，所以气体一定膨胀，体积变大，由ρ＝

可知密度较小，故C项错误，D项正确．

4．一定质量的气体在保持压强恒等于1.0×

105Pa的状况下，体积从20L膨胀到30L，这一过程中气体从外界吸热4×

103J，则气体内能的变化为（　　）

A．增加了5×

103JB．减少了5×

103J

C．增加了3×

103JD．减少了3×

解析　气体等压膨胀过程对外做功W＝pΔV＝1.0×

105Pa×

（30－20）×

10－3m3＝1.0×

103J．这一过程气体从外界吸热Q＝4×

103J．由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，由于气体对外做功，W应取负值，则可得ΔU＝－1.0×

103J＋4.0×

103J＝3.0×

103J，即气体内能增加了3×

103J．故选项C正确．

题组二　能量守恒定律

5．自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，下列说法中正确的是（　　）

A．机械能守恒

B．能量正在消失

C．只有动能和重力势能的相互转化

D．减少的机械能转化为内能，但总能量守恒

解析　自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，说明机械能在减少，故A、C项错误；

而减少的机械能通过摩擦转化成了内能，故B项错误，D项正确．

6.如图1所示为冲击摆实验装置，一飞行子弹射入沙箱后与沙箱合为一体，共同摆起一定的高度，则下面有关能量的转化的说法中正确的是（　　）

A．子弹的动能转变成沙箱和子弹的内能

B．子弹的动能转变成了沙箱和子弹的热能

C．子弹的动能转变成了沙箱和子弹的动能

D．子弹的动能一部分转变成沙箱和子弹的内能，另一部分转变成沙箱和子弹的机械能

解析　子弹在射入沙箱瞬间，要克服摩擦阻力做功，一部分动能转变成沙箱和子弹的内能，另一部分动能转变成沙箱和子弹的机械能．

7．“第一类永动机”不可能制成，是因为（　　）

A．不符合机械能守恒定律

B．违背了能量守恒定律

C．做功产生的热不符合热功当量

D找不到合适的材料和合理的设计方案

8.如图2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

解析　轻推转轮后，叶片开始转动，由能量守恒定律可知，叶片在热水中吸收的热量一部分释放到空气中，另一部分使叶片在热水中伸展做功，所以叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量，D正确．

题组三　热力学第一定律与气体实验定律的综合应用

9.如图3所示，一绝热容器被隔板K隔成a、b两部分．已知a内有一定质量的稀薄气体，b内为真空．抽离隔板K后，a内气体进入b，最终达到平衡状态．在此过程中（　　）

A．气体对外界做功，内能减少

B．气体不做功，内能不变

C．气体压强变小，温度降低

D．气体压强变小，温度不变

答案　BD

解析　抽离隔板K，a内气体体积变大，由于b内为真空，所以a内气体不做功，由热力学第一定律可得B正确．内能不变，故温度不变，体积变大，由玻意耳定律可知压强变小，所以D正确．

10．用密封性好、充满气体的塑料袋包裹易碎品，如图4所示，充气袋四周被挤压时，假设袋内气体与外界无热交换，则袋内气体（　　）

图4

A．体积减小，内能增大

B．体积减小，压强减小

C．对外界做负功，内能增大

D．对外界做正功，压强减小

答案　AC

解析　袋内气体与外界无热交换即Q＝0，袋四周被挤压时，体积V减小，外界对气体做正功，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，气体内能增大，则温度升高，由

＝常数知压强增大，选项A、C正确，B、D错误．

11.如图5所示，A、B两点表示一定质量的某种理想气体的两个状态，当气体从状态A变化到状态B时（　　）

图5

A．体积必然变大

B．有可能经过体积减小的过程

C．外界必然对气体做功

D．气体必然从外界吸热

答案　ABD

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，所以可先从A状态减小气体的体积再增大气体的体积到B状态，故B正确．因为气体体积增大，所以是气体对外界做功，C错误．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．

12．如图6所示，一定质量的理想气体从状态A变化到状态B，再由状态B变化到状态C.已知状态A的温度为300K．气体在状态B的温度TB＝________；

由状态B变化到状态C的过程中，气体是________（吸热或放热）．

图6

答案　1200K　放热

解析　从状态A到B状态，

得TB＝1200K，由状态B变化到状态C体积不变，压强减小，温度降低，内能减小，但W＝0，所以放热．

13.如图7所示，一定质量的理想气体从状态A先后经过等压、等容和等温过程完成一个循环，A、B、C状态参量如图所示，气体在状态A的温度为27℃，求：

图7

（1）气体在状态B的温度TB；

（2）气体从A→B→C状态变化过程中与外界交换的总热量Q.

答案　

（1）600K　

（2）2p0V0

解析　

（1）A到B过程是等压变化有

代入数据得TB＝600K

（2）根据热力学第一定律有ΔU＝Q＋W

其中W＝－2p0V0

解得Q＝2p0V0（吸热）

面我代表信管1201班委进行工作总结。

　　班级的基本建设情况在之前的风采展示和答辩中已有说明。

今天我们着重根据班内出现的一些问题讲一些自己的心得体会。

　　班级活动方面：

班级活动班委要积极参加，比如上学期开始的辩论赛，由于我和班长一直在忙关于团课的事以及其他事，并没有太关注，所以，整个辩论赛的从前期准备到真正比赛都是由班里的辩手独自完成的，所以最后成果不是很好。

　　组织活动要计划周全。

比如开学话剧表演、还有元旦日租房活动，由于只计划了前半夜，而后半夜计划不是很周全，导致到零点以后大家没什么可玩的，基本上都是睡觉或是玩手机，这样很容易使大家对班级活动丧失信心与兴趣。

还有就是春游，正是由于一直没有周详的计划也没写好策划书，所以一直都没进行。

　　学习方面：

要考虑到班里每个同学学习上不同需求和习惯，不能一概而论，也不能以偏概全，认为比较适合一两个同学就一定会适合所有同学。

比如上学期高数课上占座，以为大家的积极性能提高，但实际不然，可能有些同学就是习惯坐在后面，这样效率才高，要是让他坐在第一排，反而影响学习。

还有组织集体晚自习，因为有些同学的高效的学习时间和习惯可能有差异，所以即便是统一自习了，效果可能也不是很理想。

基于这种现象，本学期实行了有弹性的自习，同学们可以根据自己的实际情况有选择地上自习，既不耽误时间，又不影响效率。

　　班委要带头营造良好的学风。

　　班委工作：

懂得理解是前提，还要做到耐心沟通，真心付出，只有理解同学了，同学才能理解你，耐心沟通才能知道他们的真实想法，有利于班级工作的开展，而且要相信只要我们真心付出了，同学们就看在了眼里，一定会有回报的。

在一些班级活动中比如团日活动，一些同学不参加班级活动，团支书与同学谈心，了解他们的想法，耐心沟通，同学们对于班级的活动的积极性提高很多。

还有一点，就是班长支书一定要在获得荣誉时犒劳大家，这样大家不仅增强了集体荣誉感，加深了同学之间的友谊，同时也促进了同学们对班级活动的积极性。

　　班委工作的开展要靠全体班委的努力，我们班将宿舍长也加入了班委，这样在开展活动时，班内就会有半数以上的同学支持，更利于开展工作

　　出现问题，不让问题一直留着，而是去积极解决问题，这是信管1201一直坚持的原则.

　　整个学年，获得12项集体荣誉，20项个人荣誉。

总体来说，班级建设工作开展的较为成功。

　　进行班级工作总结时，突然回忆起入学时我们大家被选为临时负责人，导员给大家开的第一次回忆，那时大家做的自我介绍，大家所在的班级还没什么区别，如今，大家多了许多沉着，做的是班级介绍，而每个班也有了各不相同的风格。

这一年里，我们在探索中成长，在历练中坚强，在挫折中进步，或许这就是我们收获的。

　　【篇二】班委学期总结范文　　大学生活在我们指尖流过了四分之一。

从天南地北来的三十三个人所组合成的集体，也在一起度过了三百多个日子。

这段时间，有各种感情的调味料充实着，初始的新鲜，出游的新鲜，聚会的开心，球赛的热情，考试的紧张……我们一起分享。

　　班上的同学是亲密的朋友。

任何时间，任何地点，他们都会让你感动不已。

我依然记得一次下大雨，我打电话到108寝室之后彭中中同学冒雨给我送伞；

不和同班同学住一起的汤丹在生日那天收到全班同学签名的生日卡片。

在最平凡的日子，让我最感动，感觉最亲切的，总是他们。

　　我们班级的活动，同学们也是一直积极出谋划策和热心参加。

开学第一次团会和特团，因为大家都是新手，就算有学长的指导，我们仍然比较茫然。

此时周雨沁同学我为我们解决了这个问题；

在“重阳敬老”的节目排练时期更是班级总动员，大家都是自发来一栋讨论哪些节目好，哪些节目合适；

文艺委员蒋曼在我们班女生资源少的情况下排出六人舞蹈；

而为了最后的大合唱《同一首歌》，全班同学更是一起集中练习了好几个晚上。

　　今年的森林公园素质拓展和以读书为主体的团会，也是在团支书李玉杰的主持下，彭中中，李柏林，陈颢等同学积极筹办的。

这两次活动同学们的参加热情更高。

特别是平时比较喜欢安静的同学此刻站在大讲台上，风度翩翩，当谈到自己的兴趣所在时，更是口若悬河。

在场的同学因此也享受了一次来自身边的文化大餐。

而素质拓展也让我们在学习紧张之余一起分享快乐与欢笑。

素质拓展时的一个游戏让我很欣慰。

游戏是这样的：

写下你心中的班级是怎样的。

几乎是所有的同学，都把这当作一个团结的集体，一个温暖的家，一个避风的港湾。