[學(xué)習(xí)目標(biāo)] 1.理解熱力學(xué)第一定律，并能運(yùn)用熱力學(xué)第一定律分析和解決相關(guān)問(wèn)題(重點(diǎn))。2.理解并會(huì)運(yùn)用能量守恒定律解決實(shí)際問(wèn)題(難點(diǎn))。3.知道什么是第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)及其不可能制成的原因。
一、熱力學(xué)第一定律
汽缸內(nèi)有一定質(zhì)量的氣體，壓縮氣體的同時(shí)給汽缸加熱。那么，氣體內(nèi)能的變化會(huì)比單一方式(做功或傳熱)更明顯。這是為什么呢？
答案 給汽缸加熱，即向汽缸內(nèi)傳熱，汽缸內(nèi)氣體的內(nèi)能會(huì)增加，壓縮氣體，外界對(duì)氣體做功，也會(huì)使汽缸內(nèi)氣體的內(nèi)能增加，所以?xún)煞N方式同時(shí)作用時(shí)，氣體內(nèi)能的變化比單一方式更明顯。
1．改變內(nèi)能的兩種方式：做功與傳熱。兩者對(duì)改變系統(tǒng)的內(nèi)能是等價(jià)的。
2．熱力學(xué)第一定律：一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)能變化量等于外界向它傳遞的熱量與外界對(duì)它所做的功的和。
3．熱力學(xué)第一定律的表達(dá)式：ΔU＝Q＋W。
4．熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用：
(1)ΔU的正負(fù)：當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)能增加時(shí)，ΔU取正值，當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)能減小時(shí)，ΔU取負(fù)值。(均選填“正”或“負(fù)”)
(2)W的正負(fù)：外界對(duì)系統(tǒng)做功時(shí)，W取正值；系統(tǒng)對(duì)外界做功時(shí)，W取負(fù)值。(均選填“正”或“負(fù)”)
(3)Q的正負(fù)：外界對(duì)系統(tǒng)傳遞熱量時(shí)，Q取正值；系統(tǒng)向外界傳遞熱量時(shí)，Q取負(fù)值。(均選填“正”或“負(fù)”)
如圖，在汽缸內(nèi)活塞左邊封閉著一定質(zhì)量的空氣，壓強(qiáng)與大氣壓相同。把汽缸和活塞固定，使汽缸內(nèi)空氣升高一定的溫度，空氣吸收的熱量為Q1。如果讓活塞可以自由滑動(dòng)(活塞與汽缸間無(wú)摩擦、不漏氣)，也使汽缸內(nèi)空氣溫度升高相同溫度，其吸收的熱量為Q2。Q1和Q2哪個(gè)大些？為什么？
答案 活塞與汽缸都固定不動(dòng)時(shí)，氣體的體積不變，沒(méi)有做功過(guò)程發(fā)生，氣體吸收的熱量Q1全部用于增加氣體的內(nèi)能即為ΔU＝Q1，如果活塞可以自由滑動(dòng)，溫度升高，氣體膨脹，會(huì)推動(dòng)活塞向外運(yùn)動(dòng)，對(duì)外做功，當(dāng)氣體升高相同溫度時(shí)，氣體內(nèi)能的增加量與前一個(gè)過(guò)程是相同的，也是Q1，根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q1＝W＋Q2，由于WQ1。
例1 (2022·舟曲高二期末)一定質(zhì)量的氣體在某一過(guò)程中，外界對(duì)氣體做了8×104 J的功，氣體的內(nèi)能減少了1.2×105 J，則下列各式正確的是( )
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
答案 B
解析 因?yàn)橥饨鐚?duì)氣體做功，W取正值，即W＝8×104 J；氣體內(nèi)能減少，ΔU取負(fù)值，即ΔU＝－1.2×105 J；根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q，可知Q＝ΔU－W＝－1.2×105 J－8×104 J＝－2×105 J，B選項(xiàng)正確。
例2 一個(gè)氣泡從恒溫水槽的底部緩慢向上浮起(不計(jì)氣泡內(nèi)空氣分子的勢(shì)能)，則下列說(shuō)法正確的是( )
A．氣泡對(duì)外做功，內(nèi)能不變，同時(shí)放熱
B．氣泡對(duì)外做功，內(nèi)能不變，同時(shí)吸熱
C．氣泡內(nèi)能減少，同時(shí)放熱
D．氣泡內(nèi)能不變，不吸熱也不放熱
答案 B
解析 在氣泡緩慢上升的過(guò)程中，氣泡外部的壓強(qiáng)逐漸減小，氣泡膨脹，對(duì)外做功，W0，故需從外界吸收熱量，且吸收的熱量等于對(duì)外界所做的功，故B正確。
判斷氣體是否做功的方法
1．若氣體體積增大，表明氣體對(duì)外界做功，W0。
例3 (2022·濟(jì)南市期中)如圖所示，內(nèi)壁光滑的絕熱汽缸固定在水平面上，其右端由于有擋板，厚度不計(jì)的絕熱活塞不能離開(kāi)汽缸，汽缸內(nèi)封閉著一定質(zhì)量的理想氣體，活塞距汽缸右端的距離為0.2 m。現(xiàn)對(duì)封閉氣體加熱，活塞緩慢移動(dòng)，一段時(shí)間后停止加熱，此時(shí)封閉氣體的壓強(qiáng)變?yōu)?×105 Pa。已知活塞的橫截面積為0.04 m2，外部大氣壓強(qiáng)為1×105 Pa，加熱過(guò)程中封閉氣體吸收的熱量為2 000 J，則封閉氣體的內(nèi)能變化量為( )
A．400 J B．1 200 J
C．2 000 J D．2 800 J
答案 B
解析 由題意可知，氣體先等壓變化，到活塞運(yùn)動(dòng)到擋板處再發(fā)生等容變化，等壓變化過(guò)程氣體對(duì)外做功，做功為W＝－p0Sx＝－1×105×0.04×0.2 J＝－800 J，由熱力學(xué)第一定律可知，封閉氣體的內(nèi)能變化量為ΔU＝W＋Q＝(－800＋2 000) J＝1 200 J，故B正確。
應(yīng)用熱力學(xué)第一定律解題的一般步驟
(1)根據(jù)符號(hào)法則寫(xiě)出各已知量(W、Q、ΔU)的正負(fù)；
(2)根據(jù)ΔU＝W＋Q列方程求出未知量；
(3)再根據(jù)未知量結(jié)果的正負(fù)來(lái)確定吸放熱情況、做功情況或內(nèi)能變化情況。
二、能量守恒定律
1．能量守恒定律
(1)內(nèi)容：能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過(guò)程中，能量的總量保持不變。
(2)兩種表達(dá)
①某種形式的能減少，一定有其他形式的能增加，且減少量和增加量一定相等；
②某個(gè)物體的能量減少，一定存在其他物體的能量增加，且減少量和增加量一定相等。
2．永動(dòng)機(jī)不可能制成
(1)第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)：不需要任何動(dòng)力或燃料，卻能不斷地對(duì)外做功的機(jī)器。
(2)第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)由于違背了能量守恒定律，所以不可能制成。
3．熱力學(xué)第一定律與能量守恒定律的比較
(1)能量守恒定律是各種形式的能相互轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過(guò)程，總能量保持不變，它包括各個(gè)領(lǐng)域，范圍廣泛。
(2)熱力學(xué)第一定律是物體內(nèi)能與其他形式的能之間的相互轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移，是能量守恒定律在熱現(xiàn)象領(lǐng)域內(nèi)的具體體現(xiàn)。
如圖為一種所謂“全自動(dòng)”的機(jī)械手表，既不需要上發(fā)條，也不用任何電源，卻能不停地走下去。這是不是一種永動(dòng)機(jī)？如果不是，維持表針走動(dòng)的能量是從哪兒來(lái)的？
答案 這不是永動(dòng)機(jī)。手表戴在手腕上，通過(guò)手臂的運(yùn)動(dòng)，機(jī)械手表獲得能量，供手表指針走動(dòng)。若將此手表長(zhǎng)時(shí)間放置不動(dòng)，它就會(huì)停下來(lái)。
(1)能量既可以轉(zhuǎn)移又可以轉(zhuǎn)化，故能的總量是可以變化的。( × )
(2)違背能量守恒定律的過(guò)程是不可能發(fā)生的。( √ )
(3)運(yùn)動(dòng)的物體在阻力作用下會(huì)停下來(lái)，說(shuō)明機(jī)械能憑空消失了。( × )
(4)第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)不能制成，因?yàn)樗`背了能量守恒定律。( √ )
例4 (2022·儀征市高二期末)有一種叫作“壓電陶瓷”的電子元件，當(dāng)對(duì)它擠壓或拉伸時(shí)，它的兩端就會(huì)形成一定的電壓，這種現(xiàn)象稱(chēng)為壓電效應(yīng)。一種燃?xì)獯蚧饳C(jī)，就是應(yīng)用了該元件的壓電效應(yīng)制成的。只要用大拇指壓一下打火機(jī)上的按鈕，壓電陶瓷片就會(huì)產(chǎn)生10～20 kV的高壓，形成火花放電，從而點(diǎn)燃可燃?xì)怏w。在上述過(guò)程中，壓電陶瓷片完成的能量轉(zhuǎn)化是( )
A．化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能
B．內(nèi)能轉(zhuǎn)化為電能
C．化學(xué)能轉(zhuǎn)化為光能
D．機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能
答案 D
解析 根據(jù)題意用大拇指壓一下打火機(jī)上的按鈕，壓電陶瓷片就會(huì)產(chǎn)生10～20 kV的高壓，形成火花放電，從而點(diǎn)燃可燃?xì)怏w。轉(zhuǎn)化前要消耗機(jī)械能，轉(zhuǎn)化后得到了電能，即壓電陶瓷片完成的能量轉(zhuǎn)化是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，故選D。
例5 某同學(xué)想要估測(cè)每秒鐘太陽(yáng)輻射到地球表面上的能量，他用一個(gè)橫截面積為S＝3.2 dm2的保溫圓筒，筒內(nèi)裝有質(zhì)量為m＝0.4 kg的水，讓太陽(yáng)光垂直照射t＝3 min，水升高的溫度Δt＝2.2 ℃，已知水的比熱容c＝4.2×103 J/(kg· ℃)，地球半徑為R＝6 400 km，試估算出太陽(yáng)向地球表面輻射能量的功率。(提示：Q＝cmΔt)
答案 8.3×1016 W
解析 太陽(yáng)輻射到水中的能量Q＝cmΔt＝4.2×103×0.4×2.2 J≈3.7×103 J，則太陽(yáng)在3 min內(nèi)向地球表面輻射的能量Q總＝eq \f(Q,S)·πR2＝eq \f(3.7×103,3.2×10－2)×3.14×(6 400×103)2 J≈1.49×1019 J，則輻射功率P＝eq \f(Q總,t)＝eq \f(1.49×1019,3×60) W≈8.3×1016 W。
課時(shí)對(duì)點(diǎn)練
考點(diǎn)一 熱力學(xué)第一定律
1．關(guān)于內(nèi)能的變化，以下說(shuō)法正確的是( )
A．物體吸收熱量，內(nèi)能一定增大
B．物體對(duì)外做功，內(nèi)能一定減少
C．物體吸收熱量，同時(shí)對(duì)外做功，內(nèi)能可能不變
D．物體放出熱量，同時(shí)對(duì)外做功，內(nèi)能可能不變
答案 C
解析 根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q，物體內(nèi)能的變化與做功及傳熱兩個(gè)因素均有關(guān)。物體吸收熱量，內(nèi)能不一定增大，因?yàn)槲矬w可能同時(shí)對(duì)外做功，故內(nèi)能還有可能不變或減少，A錯(cuò)誤，C正確；物體對(duì)外做功，可能同時(shí)吸收熱量，內(nèi)能還有可能不變或增大，B錯(cuò)誤；物體放出熱量，同時(shí)對(duì)外做功，內(nèi)能一定減少，D錯(cuò)誤。
2.(2022·北京市豐臺(tái)區(qū)高二期末)如圖所示，現(xiàn)用活塞壓縮封閉在汽缸內(nèi)的空氣，對(duì)空氣做了90 J的功，同時(shí)空氣向外散熱21 J，關(guān)于汽缸內(nèi)空氣的內(nèi)能變化情況，下列說(shuō)法正確的是( )
A．內(nèi)能增加90 J B．內(nèi)能增加69 J
C．內(nèi)能減小111 J D．內(nèi)能減少21 J
答案 B
解析 根據(jù)題意，由熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W可得，汽缸內(nèi)空氣的內(nèi)能變化為ΔU＝－21 J＋90 J＝69 J，即汽缸內(nèi)空氣的內(nèi)能增加了69 J。故選B。
3．(2022·北京市二中期末)一定質(zhì)量的理想氣體，從某一狀態(tài)開(kāi)始，經(jīng)過(guò)一系列變化后又回到開(kāi)始的狀態(tài)，用W1表示外界對(duì)氣體做的功，W2表示氣體對(duì)外界做的功，Q1表示氣體吸收的熱量，Q2表示氣體放出的熱量，則在整個(gè)過(guò)程中一定有( )
A．Q1－Q2＝W2－W1 B．Q1＝Q2
C．W1＝W2 D．Q1>Q2
答案 A
解析 一定質(zhì)量的理想氣體，從某一狀態(tài)開(kāi)始，經(jīng)過(guò)一系列變化后又回到開(kāi)始的狀態(tài)，說(shuō)明整個(gè)變化過(guò)程內(nèi)能的變化為零，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可得
ΔU＝W1－W2＋Q1－Q2＝0，
可得Q1－Q2＝W2－W1，因?yàn)闆](méi)有具體的變化過(guò)程，所以無(wú)法判斷W1與W2的大小關(guān)系，也無(wú)法判斷Q1與Q2的大小關(guān)系，A正確，B、C、D錯(cuò)誤。
4.(多選)如圖所示為簡(jiǎn)易測(cè)溫裝置，玻璃管中一小段水銀封閉了燒瓶?jī)?nèi)一定質(zhì)量的氣體，當(dāng)溫度升高時(shí)( )
A．瓶?jī)?nèi)氣體的密度增大
B．瓶?jī)?nèi)氣體分子的平均動(dòng)能增加
C．外界對(duì)瓶?jī)?nèi)氣體做正功
D．傳熱使瓶?jī)?nèi)氣體的內(nèi)能增加
答案 BD
解析 由題圖可知，當(dāng)溫度升高時(shí)，燒瓶?jī)?nèi)氣體的變化為等壓膨脹，故瓶?jī)?nèi)氣體的密度減小，氣體分子的平均動(dòng)能增加，瓶?jī)?nèi)氣體對(duì)外做功，選項(xiàng)B正確，A、C錯(cuò)誤；由熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q可知，瓶?jī)?nèi)氣體內(nèi)能增加是由于氣體從外界吸收了熱量，選項(xiàng)D正確。
5．(2022·廣州市高二期末)列車(chē)運(yùn)行的平穩(wěn)性與車(chē)廂的振動(dòng)密切相關(guān)，車(chē)廂底部安裝的空氣彈簧可以有效減震，空氣彈簧主要由活塞、汽缸及內(nèi)封的一定質(zhì)量的氣體構(gòu)成。上下乘客及劇烈顛簸均能引起車(chē)廂振動(dòng)，上下乘客時(shí)汽缸內(nèi)氣體的體積變化緩慢，氣體與外界有充分的熱交換，劇烈顛簸時(shí)汽缸內(nèi)氣體的體積變化較快，氣體與外界來(lái)不及熱交換。若外界環(huán)境溫度保持不變，汽缸內(nèi)氣體視為理想氣體，在氣體壓縮的過(guò)程中，當(dāng)上下乘客時(shí)，氣體的內(nèi)能________(選填“增加”“減少”或“不變”)，氣體從(向)外界________(選填“吸熱”或“放熱”)；劇烈顛簸時(shí)，________________(選填“外界對(duì)氣體”或“氣體對(duì)外界”)做功，氣體的溫度________(選填“升高”“降低”或“不變”)。
答案 不變 放熱 外界對(duì)氣體 升高
解析 上下乘客時(shí)汽缸內(nèi)氣體的體積變化緩慢，氣體與外界有充分的熱交換，則氣體溫度不變，內(nèi)能不變，即ΔU＝0；
在氣體壓縮的過(guò)程中，外界對(duì)氣體做正功，即W>0，根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W，可得Q0；
根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W，可得ΔU>0，即氣體的內(nèi)能增加，溫度升高。
考點(diǎn)二 能量守恒定律 永動(dòng)機(jī)不可能制成
6．下列說(shuō)法正確的是( )
A．條形磁體下落過(guò)程中穿過(guò)閉合線(xiàn)圈，線(xiàn)圈中產(chǎn)生了感應(yīng)電流，說(shuō)明電能是可以被創(chuàng)造的
B．太陽(yáng)照射到地球上的光能轉(zhuǎn)化成了其他形式的能量，但照射到宇宙空間的能量都消失了
C．“既要馬兒跑，又讓馬兒不吃草”違背了能量守恒定律，因而是不可能的
D．有種“全自動(dòng)”手表，不用上發(fā)條，也不用任何形式的電源，卻能一直走動(dòng)，說(shuō)明能量是可以憑空產(chǎn)生的
答案 C
解析 磁鐵穿過(guò)線(xiàn)圈過(guò)程中是機(jī)械能轉(zhuǎn)化成了電能，故A錯(cuò)誤；太陽(yáng)照射到宇宙空間的能量沒(méi)有消失，故B錯(cuò)誤；馬兒奔跑時(shí)同樣需要消耗能量，故“既要馬兒跑，又讓馬兒不吃草”違背了能量守恒定律，因而是不可能的，故C正確；不用上發(fā)條，也不用任何形式的電源，卻能一直走動(dòng)的“全自動(dòng)”手表是靠手臂的擺動(dòng)提供能量的，它不違背能量守恒定律，故D錯(cuò)誤。
7．(多選)下列關(guān)于第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)的說(shuō)法正確的是( )
A．第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)是不消耗任何能量卻能源源不斷對(duì)外做功的機(jī)器
B．隨著科技的發(fā)展，第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)可以制成
C．第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)不可能制成的原因是技術(shù)問(wèn)題
D．第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)不可能制成的原因是違背了能量守恒定律
答案 AD
解析 第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)是不消耗任何能量卻能源源不斷對(duì)外做功的機(jī)器，這是人們的美好愿望，但它違背了能量守恒定律，這也是它不可能制成的原因，故A、D正確，B、C錯(cuò)誤。
8．(多選)行駛中的汽車(chē)剎車(chē)后會(huì)滑行一段距離，最后停下；流星在夜空中墜落并發(fā)出明亮的火焰；降落傘在空中勻速下降；條形磁體在下落過(guò)程中穿過(guò)閉合線(xiàn)圈，線(xiàn)圈中產(chǎn)生電流。上述不同現(xiàn)象所包含的相同物理過(guò)程是( )
A．物體克服阻力做功
B．物體的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量
C．物體的勢(shì)能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量
D．物體的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量
答案 AD
解析 這四個(gè)現(xiàn)象中物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中都受到阻力作用，汽車(chē)主要受摩擦阻力，流星、降落傘受空氣阻力，條形磁體下落受磁場(chǎng)阻力，因而物體都克服阻力做功，A正確。四個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，汽車(chē)是動(dòng)能轉(zhuǎn)化成了內(nèi)能，流星、降落傘、條形磁體是重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化成其他形式的能，總之是機(jī)械能轉(zhuǎn)化成了其他形式的能，D正確。
9.如圖所示，導(dǎo)熱良好的圓筒形汽缸豎直放置在水平地面上，用活塞將一定質(zhì)量的理想氣體封閉在汽缸內(nèi)，活塞上堆放著鐵砂，系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài)?，F(xiàn)緩慢取走鐵砂，忽略活塞與汽缸之間的摩擦，外界環(huán)境溫度不變，則在此過(guò)程中缸內(nèi)氣體( )
A．對(duì)外做功，其內(nèi)能減少
B．溫度不變，與外界無(wú)熱量交換
C．分子碰撞缸壁時(shí)的平均作用力減小
D．分子在單位時(shí)間內(nèi)對(duì)單位面積活塞的碰撞次數(shù)減少
答案 D
解析 緩慢取走鐵砂的過(guò)程中，活塞對(duì)封閉氣體的壓強(qiáng)減小，因溫度不變，由pV＝C知V變大，活塞會(huì)緩慢上升，氣體膨脹對(duì)外做功，W＜0，汽缸導(dǎo)熱良好，缸內(nèi)氣體溫度保持不變，即ΔU＝0，由熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q知Q＞0，即氣體要從外界吸收熱量 ，故A、B錯(cuò)誤；由上面的分析可知缸內(nèi)氣體溫度不變，即氣體分子的平均動(dòng)能不變，所以分子與缸壁碰撞時(shí)的平均作用力不變，故C錯(cuò)誤；因?yàn)楦變?nèi)氣體體積增大，所以缸內(nèi)氣體分子數(shù)密度減小，分子的平均動(dòng)能不變，則在單位時(shí)間內(nèi)氣體分子對(duì)單位面積活塞的碰撞次數(shù)減少，故D正確。
10.(2022·深圳市高二期中)如圖所示，容器A、B各有一個(gè)可以自由移動(dòng)的輕活塞，活塞下面是水，上面是大氣，大氣壓強(qiáng)恒定。A、B的底部由帶有閥門(mén)K的管道相連，整個(gè)裝置與外界絕熱。起初，A中水面比B中的高，打開(kāi)閥門(mén)，使A中的水逐漸流向B中，最后達(dá)到平衡。在這個(gè)過(guò)程中，下列說(shuō)法正確的是( )
A．大氣壓力對(duì)水做功，水的內(nèi)能減小
B．水克服大氣壓力做功，水的內(nèi)能減小
C．大氣壓力對(duì)水不做功，水的內(nèi)能不變
D．大氣壓力對(duì)水不做功，水的內(nèi)能增加
答案 D
解析 平衡前，A容器中的活塞向下移動(dòng)，設(shè)A中活塞橫截面積為S1，移動(dòng)距離為l1，大氣壓力推動(dòng)A中活塞向下移動(dòng)時(shí)對(duì)水做的功WA＝p0S1l1，平衡前，B容器中的活塞向上移動(dòng)，設(shè)B中活塞橫截面積為S2，移動(dòng)距離為l2，水通過(guò)活塞對(duì)外界做功，WB＝－p0S2l2，由于水的總體積不變，則有S1l1＝S2l2，即A容器中大氣壓力對(duì)水做的功與B容器中水克服大氣壓力做的功相等。在整個(gè)過(guò)程中，大氣壓力對(duì)水做的功是上述兩個(gè)功(正功WA、負(fù)功WB)的代數(shù)和，即WA＋WB＝p0S1l1－p0S2l2＝0，選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤。大氣壓力對(duì)水不做功，同時(shí)整個(gè)裝置與外界絕熱，沒(méi)有熱交換，但是水從容器A流向容器B的過(guò)程中，水的重心下降，水的重力做正功，水的重力勢(shì)能減小，根據(jù)能量守恒定律，減少的水的勢(shì)能轉(zhuǎn)化為水的內(nèi)能，水的內(nèi)能增加，選項(xiàng)C錯(cuò)誤，D正確。
11.(2022·揚(yáng)州市高二月考)如圖所示，內(nèi)壁光滑的絕熱汽缸豎直固定在水平面上，用質(zhì)量為m的絕熱活塞把缸內(nèi)空氣分成兩部分。兩部分中封閉有相同質(zhì)量和溫度的同種理想氣體，活塞用銷(xiāo)釘K固定，已知P部分的氣體體積小于Q部分的氣體體積，拔掉銷(xiāo)釘活塞能上、下自由移動(dòng)?，F(xiàn)拔掉銷(xiāo)釘，活塞移動(dòng)一小段距離后再將其固定。下列說(shuō)法正確的是( )
A．活塞上升
B．P部分氣體溫度不變
C．兩部分氣體內(nèi)能之和不變
D．兩部分氣體內(nèi)能之和增大
答案 D
解析 根據(jù)熱學(xué)知識(shí)可知P部分氣體壓強(qiáng)較大，又活塞受到豎直向下的重力，所以拔掉銷(xiāo)釘后，活塞下降，根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W，由于汽缸和活塞都是絕熱的，可知Q為零，兩部分氣體既不吸熱也不放熱。P部分氣體對(duì)Q部分氣體做功，因此P部分氣體內(nèi)能減小，溫度降低，Q部分氣體內(nèi)能增加，溫度升高；活塞下移，活塞的重力勢(shì)能減小，根據(jù)能量守恒定律可知活塞重力勢(shì)能的減少量等于P、Q兩部分氣體內(nèi)能之和的增加量，兩部分氣體的內(nèi)能之和增大，故D正確，A、B、C錯(cuò)誤。
12.如圖所示，一定質(zhì)量的理想氣體被活塞封閉在可導(dǎo)熱的汽缸內(nèi)，活塞可沿汽缸無(wú)摩擦地滑動(dòng)?；钊麢M截面積S＝1.0×10－3 m2，質(zhì)量m＝2 kg，汽缸豎直放置時(shí)，活塞相對(duì)于底部的高度為h＝1.2 m，室溫等于27 ℃；現(xiàn)將汽缸置于77 ℃的熱水中，已知大氣壓強(qiáng)p0＝1.0×105 Pa，取g＝10 m/s2，求：
(1)平衡時(shí)活塞離汽缸底部的距離；
(2)此過(guò)程中內(nèi)部氣體吸收熱量28.8 J，氣體內(nèi)能的變化量。
答案 (1)1.4 m (2)增加4.8 J
解析 (1)設(shè)平衡時(shí)活塞距汽缸底部的距離為h2，取封閉氣體為研究對(duì)象，氣體發(fā)生等壓變化，由蓋—呂薩克定律得eq \f(hS,T1)＝eq \f(h2S,T2)
解得h2＝1.4 m
(2)在此過(guò)程中氣體對(duì)外做功
W＝p0S(h2－h(huán))＋mg(h2－h(huán))
由熱力學(xué)第一定律得ΔU＝Q－W
解得ΔU＝4.8 J
氣體內(nèi)能增加4.8 J。

相關(guān)學(xué)案

高中物理人教版 (2019)選擇性必修 第三冊(cè)5 液體精品導(dǎo)學(xué)案：

這是一份高中物理人教版 (2019)選擇性必修 第三冊(cè)5 液體精品導(dǎo)學(xué)案，共11頁(yè)。

人教版 (2019)選擇性必修 第三冊(cè)4 固體優(yōu)秀導(dǎo)學(xué)案及答案：

這是一份人教版 (2019)選擇性必修 第三冊(cè)4 固體優(yōu)秀導(dǎo)學(xué)案及答案，共9頁(yè)。

人教版 (2019)選擇性必修 第三冊(cè)2 氣體的等溫變化優(yōu)質(zhì)學(xué)案設(shè)計(jì)：

這是一份人教版 (2019)選擇性必修 第三冊(cè)2 氣體的等溫變化優(yōu)質(zhì)學(xué)案設(shè)計(jì)，共11頁(yè)。

英語(yǔ)朗讀寶

相關(guān)學(xué)案 更多

物理選擇性必修 第三冊(cè)第二章 氣體、固體和液體1 溫度和溫標(biāo)優(yōu)質(zhì)導(dǎo)學(xué)案及答案

物理選擇性必修 第三冊(cè)第二章 氣體、固體和液體1 溫度和溫標(biāo)優(yōu)質(zhì)導(dǎo)學(xué)案及答案
高中物理人教版 (2019)選擇性必修 第三冊(cè)2 熱力學(xué)第一定律導(dǎo)學(xué)案

高中物理人教版 (2019)選擇性必修 第三冊(cè)2 熱力學(xué)第一定律導(dǎo)學(xué)案
人教版 (2019)選擇性必修 第三冊(cè)2 熱力學(xué)第一定律導(dǎo)學(xué)案

人教版 (2019)選擇性必修 第三冊(cè)2 熱力學(xué)第一定律導(dǎo)學(xué)案
選擇性必修 第三冊(cè)第三章 熱力學(xué)定律2 熱力學(xué)第一定律學(xué)案

選擇性必修 第三冊(cè)第三章 熱力學(xué)定律2 熱力學(xué)第一定律學(xué)案
資料下載及使用幫助
版權(quán)申訴
版權(quán)申訴
若您為此資料的原創(chuàng)作者，認(rèn)為該資料內(nèi)容侵犯了您的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，請(qǐng)掃碼添加我們的相關(guān)工作人員，我們盡可能的保護(hù)您的合法權(quán)益。
入駐教習(xí)網(wǎng)，可獲得資源免費(fèi)推廣曝光，還可獲得多重現(xiàn)金獎(jiǎng)勵(lì)，申請(qǐng) 精品資源制作， 工作室入駐。
版權(quán)申訴二維碼
高中物理人教版 (2019)選擇性必修 第三冊(cè)電子課本

2 熱力學(xué)第一定律

版本： 人教版 (2019)

年級(jí)： 選擇性必修 第三冊(cè)

切換課文
  • 課件
  • 教案
  • 試卷
  • 學(xué)案
  • 更多
所有DOC左下方推薦
歡迎來(lái)到教習(xí)網(wǎng)
  • 900萬(wàn)優(yōu)選資源，讓備課更輕松
  • 600萬(wàn)優(yōu)選試題，支持自由組卷
  • 高質(zhì)量可編輯，日均更新2000+
  • 百萬(wàn)教師選擇，專(zhuān)業(yè)更值得信賴(lài)
微信掃碼注冊(cè)
qrcode
二維碼已過(guò)期
刷新

微信掃碼，快速注冊(cè)

手機(jī)號(hào)注冊(cè)
手機(jī)號(hào)碼

手機(jī)號(hào)格式錯(cuò)誤

手機(jī)驗(yàn)證碼 獲取驗(yàn)證碼

手機(jī)驗(yàn)證碼已經(jīng)成功發(fā)送，5分鐘內(nèi)有效

設(shè)置密碼

6-20個(gè)字符，數(shù)字、字母或符號(hào)

注冊(cè)即視為同意教習(xí)網(wǎng)「注冊(cè)協(xié)議」及「隱私條款」
QQ注冊(cè)
手機(jī)號(hào)注冊(cè)
微信注冊(cè)

注冊(cè)成功

返回
頂部