人教版高中物理精讲精练-选择性必修33.23.3　热力学第一定律、能量守恒定律 解析版.docxVIP

3.23.3热力学第一定律、能量守恒定律

【考点归纳】

考点一：理解热力学第一定律

考点二：判断系统内能改变的问题

考点三：计算系统内能改变的物理量

考点四：能量守恒定律

考点五：第一类永动机问题

考点六：理想气体方程和内能的综合问题

【知识归纳】

知识点一、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ΔU＝Q＋W符号的规定

符号

W

Q

ΔU

＋

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：Q＝0，则ΔU＝W，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：W＝0，则ΔU＝Q，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)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ΔU＝0，则W＝－Q(或Q＝－W)，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．

①若气体体积增大，表明气体对外界做功，W0.

②若气体体积减小，表明外界对气体做功，W0.

知识点二：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ΔU＝W＋Q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．

【题型归纳】

题型一：理解热力学第一定律

1．（22-23高二下·贵州六盘水·期末）根据热力学定律，下列说法正确的是（）

A．气体被缓慢压缩时，内能可能不变

B．对能源的过渡消耗使自然界的能量不断减少，形成“能源危机”

C．一定质量的理想气体，在压强减小、体积增大时，一定从外界吸收热量

D．一定质量的理想气体，在温度降低、体积增大时，一定从外界吸收热量

【答案】A

【详解】A．由热力学第一定律知，改变内能的方法有热传递和做功，气体被缓慢压缩时，如果同时对外放热，气体内能可能不变，故A正确；

B．能源有可利用能源和不可利用能源之分，总能量保持不变，我们应该节约使用的是可利用能源，故B错误；

C．由理想气体状态方程

一定质量的理想气体，在压强减小、体积增大时，气体温度的变化无法判断，则无法判断气体内能的变化，无法确定气体与外界的热传递情况，故C错误；

D．一定质量的理想气体，在温度降低、体积增大时，气体对外做功，气体内能减小，根据热力学第一定律

的正负未知，气体吸热放热情况未知，故D错误。

故选A。

2．（22-23高二下·福建莆田·课时练习）关于系统的内能及其变化，下列说法中正确的是（）

A．系统的温度改变时，其内能必定改变

B．系统对外做功，其内能不一定改变；向系统传递热量，其内能不一定改变

C．对系统做功，系统内能必定改变；系统向外传出一定热量，其内能必定改变

D．若系统与外界不发生热交换，则系统的内能必定不改变

【答案】B

【详解】A．系统的温度改变时，其内能不一定改变，故A错误；

BC．根据热力学第一定律可知，系统对外做功，其内能不一定改变；向系统传递热量或系统向外传出一定热量，其内能不一定改变，故B正确，C错误；

D．若系统与外界不发生热交换，如果存在系统与外界做功，则系统的内能发生变化，故D错误。

故选B。

3．（21-22高三上·福建宁德·阶段练习）一定质量的气体，从状态A变化到状态B的过程中，内能增加了160J，下列是关于内能变化的可能原因的说法，其中不可能的是（）

A．从A到B的绝热过程中，外界对气体做功160J

B．从A到B的单纯传热过程中，外界对气体传递了160J的热量

C．从A到B的过程中吸热280J，并对外界做功120J

D．从A到B的过程中放热280J，外界对气体做功120J

【答案】D

【详解】根据热力学第一定律可知，A、B、C均有可能。而D选项，最后内能减小160J，D错误。

故选D。

题型二：判断系统内能改变的问题

4．（22-23高二下·云南玉溪·期