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《热力学第一定律》导学案3

《热力学第一定律》

【 课前自主学习】
一、热力学第一定律
1.热力学第一定律：⑴内容：一个热力学系统内能增量等于外界向它传递的 与外界对它 的和．
⑵表达式： .( 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．)
⑶对公式ΔU、Q、W符号的规定
W
Q
ΔU
符号
外界对物体做功
物体吸收热量
内能增加
正号
物体对外界做功
物体放出热量
内能减少
负号
⑷一般情况下外界对物体特别是气体做功与否，需看物体的体积是否变化．
①若物体体积增大，表明物体对外界做功，W 0.
②若物体体积变小，表明外界对物体做功，W 0.
二、能量守恒定律
1.内容：能量既不会凭空 ，也不会凭空 ，它只能从一种形式 为另一种形式，或者从一个物体 到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变，这就是能量守恒定律．
2.意义⑴各种物理现象可以用能量守恒定律联系在一起
⑵不同形式的能可以相互转化：
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 ．
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 ．
③ 各种形式的能在转化和转移过程中总能量守恒无需任何条件，而某种或几种形式的能的守恒是有条件的．例如，物体的机械能守恒，必须是只有 做功．
⑶第一类永动机：不消耗或少消耗能量却能源源不断地对外做功的机器
①研究结果：无一例外地归于失败．②不可能制成原因：违背 定律．
三、能源和可持续发展
.1.常规能源：煤、石油、天然气．
2.大量消耗常规能源造成的危害①空气质量恶化，危害生态环境．②大气污染最突出的影响是：温室效应和酸雨．
3.开发新能源
①化石能源的短缺和利用常规能源带来的环境污染，使得新能源的开发成为当务之急．
②新能源：
【 课堂互动探究】
一、热力学第一定律的理解和应用
【问题导思】
1． 气体吸收热量，内能一定增加吗？
2． 对气体做功，同时气体放出热量，内能一定减少吗？
3．公式ΔU＝W＋Q中各物理量的符号是怎样规定的？

【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？

二、能量守恒定律的理解和应用
【问题导思】
1． 能量守恒需要条件吗？
2． 能量守恒定律对分析物理现象有什么意义？
3. 有一种所谓“全自动”机械手表，既不需要上发条，也不用任何电源，却能不停地走下去．这是不是一种永动机？如果不是，维持表针走动的能量是从哪儿来的？

【例2】如图所示，活塞将一定质量的气体封闭在直立圆筒形导热的汽缸中，活塞上堆放细沙，活塞处于静止，现逐渐取走细沙，使活塞缓慢上升，直到细沙全部取走．若活塞与汽缸之间的摩擦可忽略，则在此过程中(　　)
A．气体对外做功，气体温度可能不变
B．气体对外做功，内能一定减少
C．气体压强可能增大，内能可能不变
D．气体从外界吸热，内能一定增加

【例3】如图所示，绝热的容器内密闭一定质量的气体(不考虑分子间的作用力)，用电阻丝缓慢对其加热时，绝热活塞无摩擦地上升，下列说法正确的是(　　)
A．单位时间内气体分子对活塞碰撞的次数减少
B．电流对气体做功，气体对外做功，气体内能可能减少
C．电流对气体做功，气体对外做功，其内能可能不变
D．电流对气体做功一定大于气体对外做功

【例4】．如图所示，汽缸内封闭一定质量的理想气体，活塞通过定滑轮与一重物m相连并处于静止状态，此时活塞距缸口的距离h＝0.2 m，活塞面积S＝10 cm2，封闭气体的压强p＝5×104 Pa.现通过电热丝对缸内气体加热，使活塞缓慢上升直至缸口．在此过程中封闭气体吸收了Q＝60 J的热量，假设汽缸壁和活塞都是绝热的，活塞质量及一切摩擦力不计，则在此过程中气体内能增加了多少？

【说明】应用热力学第一定律的几种情况
1．若气体发生绝热过程，即Q＝0，则ΔU＝W，气体内能的增加量等于外界对气体做的功．
2．若气体发生等容过程，过程中不做功，即W＝0，则ΔU＝Q，气体内能的增加量等于气体从外界吸收的热量．
3．若气体发生等温过程，过程的始末状态气体的内能不变，即ΔU＝0，则W＝－Q(或Q＝－W)，外界对气体做的功等于气体放出的热量(或气体吸收的热量等于气体对外界做的功)．

【 课堂互动探究】
1．(2013·南京高二检测)关于物体的内能及其变化，以下说法正确的是(　　)
A．物体的温度改变时，其内能必定改变
B．物体对外做功，其内能不一定改变，向物体传递热量，其内能也不一定改变
C．物体对外做功，其内能必定改变．物体向外传出一定热量其内能必定改变
D．若物体与外界不发生热交换，则物体的内能必定不改变
2．一定量的气体在某一过程中，外界对气体做了8×104 J的功，气体的内能减少了1.2×105 J，则下列各式中正确的是(　　)
A．W＝8×104 J，ΔU＝1.2×105 J，Q＝4×104 J
B．W＝8×104 J，ΔU＝－1.2×105 J，Q＝－2×105 J
C．W＝－8×104 J，ΔU＝1.2×105 J，Q＝2×104 J
D．W＝－8×104 J，ΔU＝1.2×105 J，Q＝－4×104 J
3.一定质量的气体，从状态A变化到另一个状态B的过程中，内能增加了160 J，则下列关于内能变化的可能原因的说法中不可能的是(　　)
A．从A到B的绝热过程中，外界对气体做功160 J
B．从A到B的单纯热传递过程中，外界对气体传递了160 J的热量
C．从A到B过程中吸热280 J，并对外做功120 J
D．从A到B过程中放热280 J，外界对气体做功120 J
4. 内壁光滑的导热汽缸竖直浸入在盛有冰水混合物的水槽中，用不计质量的活塞封闭压强为1.0×105 Pa，体积为2.0×10－3 m3的理想气体，现在活塞上缓慢倒上沙子，使封闭气体的体积变为原来的一半．在上述过程中外界对气体做功145 J，封闭气体吸收还是放出热量？热量是多少？

【课堂小结】

【课后巩固提升】
(　　)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．外界对物体做功时W为正，吸热时Q为负，内能增加时ΔU为正
B．物体对外界做功时W为负，吸热时Q为正，内能增加时ΔU为负
C．物体对外界做功时W为负，吸热时Q为正，内能增加时ΔU为正
D．外界对物体做功时W为负，吸热时Q为负，内能增加时ΔU为负
(　　)2．给旱区送水的消防车停于水平地面．在缓慢放水过程中，若车胎不漏气，胎内气体温度不变，不计分子间势能，则胎内气体
A．从外界吸热 B．对外界做负功
C．分子平均动能减小 D．内能增加
(　　)3．一定质量的理想气体在某一过程中，外界对气体做功7.0×105 J，气体内能减少1.3×106 J，则此过程
A．气体从外界吸收热量2.0×106 J B．气体向外界放出热量2.0×106 J
C．气体从外界吸收热量6.0×105 J D．气体向外界放出热量6.0×105 J
(　　)4．“第一类永动机”是不可能制成的，这是因为它
A．不符合热力学第一定律 B．做功产生的热量太少
C．由于有摩擦、热损失等因素的存在 D．找不到合适的材料和合理的设计方案
(　　)5.行驶中的汽车制动后滑行一段距离，最后停下；流星在夜空中坠落并发出明亮的火焰；降落伞在空中匀速下降；条形磁铁在下落过程中穿过闭合线圈，线圈中产生电流．上述不同现象中所包含的相同的物理过程是
A．物体克服阻力做功
B．物体的动能转化为其他形式的能量
C．物体的势能转化为其他形式的能量
D．物体的机械能转化为其他形式的能量
5.在一个标准大气压下，水在沸腾时，1 g的水由液态变成同温度的水汽，其体积由1.043 cm3变为1 676 cm3.已知水的汽化热为2 263.8 J/g.求：(1)体积膨胀时气体对外界做的功W；(2)气体吸收的热量Q；(3)气体增加的内能ΔU.

6.如图所示，一个质量为20 kg的绝热汽缸竖直放置，绝热活塞的质量为5 kg，处于静止状态时被封闭气体的高度为50 cm，现在在活塞上方加一15 kg的物体，待稳定后，被封闭气体的高度变为40 cm.求在这一过程中气体的内能增加多少？(g取10 m/s2，不考虑活塞的大气压力及摩擦阻力)

1．1 g、100 ℃的水与1 g、100 ℃的水蒸气相比较，下述说法中正确的是(　　)
A．分子的平均动能与分子的总动能都相同
B．分子的平均动能相同，分子的总动能不同
C．内能相同
D．1g、100 ℃的水的内能小于1 g、100 ℃的水蒸气的内能
2.　关于晶体和非晶体，下列说法中正确的是(　　)
A．可以根据各向同性或各向异性来鉴别晶体和非晶体
B．一块均匀薄片，沿各个方向对它施加拉力，发现其强度一样，则此薄片一定是非晶体
C．一个固体球，如果沿其各条直径方向的导电性不同，则该球一定是单晶体
D．一块晶体，若其各个方向的导热性相同，则一定是多晶体
1．下列关于单晶体和多晶体的说法中，正确的是(　　)
A．常见的金属材料都是多晶体
B．只有单晶体才有确定的熔点
C．凡是具有天然的规则几何形状的物体必定是单晶体
D．多晶体不显示各向异性
3.下列说法中正确的是(　　)
A．黄金可以切割加工成任意形状，所以是非晶体
B．同一种物质只能形成一种晶体
C．单晶体的所有物理性质都是各向异性的
D．玻璃没有确定的熔点，也没有规则的几何形状
4.把极细的玻璃管分别插入水中与水银中，如图所示，正确表示毛细现象的是(　　

5.关于液体的表面张力，下列说法正确的是(　　)
A．表面张力是液体内部各部分之间的相互作用力
B．液体表面层分子的分布比内部稀疏，分子力表现为引力
C．不论是水还是水银，表面张力都会使表面收缩
D．表面张力的方向与液面垂直
6.关于液晶的以下说法正确的是(　　)
A．液晶态的存在只与温度有关
B．因为液晶在一定条件下发光，所以可以用来做显示屏
C．人体的某些组织中存在液晶结构
D．笔记本电脑的彩色显示器，是因为在液晶中掺入了少量多色性染料，液晶中电场强度不同时，它对不同色光的吸收强度不一样，所以显示出各种颜色
7．关于液晶的结构和性质，下列说法正确的是(　　)
A．液晶分子空间排列是稳定的
B．长丝状液晶是分层呈旋转结构排列的，常用于液晶显示屏
C．螺旋状液晶是分层呈旋转结构排列的，可以用来测温度
D．液晶的化学性质可以随温度、所加电压的变化而变化

8．如图1所示，ABCD是一厚度均匀的由同一种微粒构成的圆板．AB和CD是互相垂直的两条直径，把圆板从图示位置转90°后电流表读数发生了变化(两种情况下都接触良好)，关于圆板下列说法正确的是(　　)
A．圆板是非晶体
B．圆板是多晶体
C．圆板是单晶体
D．圆板具有各向异性
9.一块密度和厚度都均匀分布的矩形被测样品，长AB是宽AC的两倍，如图所示．若用多用电表沿两对称轴O1O1′和O2O2′测其电阻，阻值关系为R1＝2R2，则这块样品可能是(　　)
A．单晶体 　　 B．多晶体
C．非晶体 　　 D．以上说法全错