江蘇省漣水縣第一中學高中物理 10.3熱力學第一定律 能量守恒定律 10.6能源和可持續(xù)發(fā)展導學案（無答案）新人教版選修3-3

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1、10.3熱力學第一定律　能量守恒定律 10. 6能源和可持續(xù)發(fā)展 【 課前自主學習】 一、熱力學第一定律 1.熱力學第一定律：⑴內(nèi)容：一個熱力學系統(tǒng)內(nèi)能增量等于外界向它傳遞的 與外界對它 的和． ⑵表達式： .（ ΔU表示內(nèi)能改變的數(shù)量，W表示做功的數(shù)量，Q表示外界與物體間傳遞的熱量．） ⑶對公式ΔU、Q、W符號的規(guī)定 W Q ΔU 符號 外界對物體做功 物體吸收熱量 內(nèi)能增加 正號 物體對外界做功 物體放出熱量 內(nèi)能減少 負號 ⑷一般情況下外界對物體特別是氣體做功與否，需看物體的體積是否變化． ①若物體體

2、積增大，表明物體對外界做功，W 0. ②若物體體積變小，表明外界對物體做功，W 0. 二、能量守恒定律 1.內(nèi)容：能量既不會憑空 ，也不會憑空 ，它只能從一種形式 為另一種形式，或者從一個物體 到別的物體，在轉化或轉移的過程中，能量的總量保持不變，這就是能量守恒定律． 2.意義⑴各種物理現(xiàn)象可以用能量守恒定律聯(lián)系在一起 ⑵不同形式的能可以相互轉化： 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 ． ②某個物體的能量減少，一定存在其他物體的能量增加，且減少量和增加量一定 ． ③ 各

3、種形式的能在轉化和轉移過程中總能量守恒無需任何條件，而某種或幾種形式的能的守恒是有條件的．例如，物體的機械能守恒，必須是只有 做功． ⑶第一類永動機：不消耗或少消耗能量卻能源源不斷地對外做功的機器 ①研究結果：無一例外地歸于失?。诓豢赡苤瞥稍颍哼`背 定律． 三、能源和可持續(xù)發(fā)展 .1.常規(guī)能源：煤、石油、天然氣． 2.大量消耗常規(guī)能源造成的危害①空氣質量惡化，危害生態(tài)環(huán)境．②大氣污染最突出的影響是：溫室效應和酸雨． 3.開發(fā)新能源 ①化石能源的短缺和利用常規(guī)能源帶來的環(huán)境污染，使得新能源的開發(fā)成為當務之急． ②新能源：

4、 【 課堂互動探究】 一、熱力學第一定律的理解和應用 【問題導思】 1． 氣體吸收熱量，內(nèi)能一定增加嗎？ 2． 對氣體做功，同時氣體放出熱量，內(nèi)能一定減少嗎？ 3．公式ΔU＝W＋Q中各物理量的符號是怎樣規(guī)定的？ 【例1】一定質量的氣體，在從一個狀態(tài)變化到另一個狀態(tài)的過程中，吸收熱量280 J，并對外做功120 J，試問： (1)這些氣體的內(nèi)能發(fā)生了怎樣的變化？ (2)如果這些氣體又返回原來的狀態(tài)，并放出了240 J熱量，那么在返回的過程中是氣體對外界做功，還是外界對氣體做功？做多少功？ 二、能量守恒定律的理解和應用 【問題導思】 1． 能量守恒需要條件嗎？

5、2． 能量守恒定律對分析物理現(xiàn)象有什么意義？ 3. 有一種所謂“全自動”機械手表，既不需要上發(fā)條，也不用任何電源，卻能不停地走下去．這是不是一種永動機？如果不是，維持表針走動的能量是從哪兒來的？ 【例2】如圖所示，活塞將一定質量的氣體封閉在直立圓筒形導熱的汽缸中，活塞上堆放細沙，活塞處于靜止，現(xiàn)逐漸取走細沙，使活塞緩慢上升，直到細沙全部取走．若活塞與汽缸之間的摩擦可忽略，則在此過程中(　　) A．氣體對外做功，氣體溫度可能不變 B．氣體對外做功，內(nèi)能一定減少 C．氣體壓強可能增大，內(nèi)能可能不變 D．氣體從外界吸熱，內(nèi)能一定增加 　 【例3】如圖所示，絕熱的容器內(nèi)密閉一定質量

6、的氣體(不考慮分子間的作用力)，用電阻絲緩慢對其加熱時，絕熱活塞無摩擦地上升，下列說法正確的是(　　) A．單位時間內(nèi)氣體分子對活塞碰撞的次數(shù)減少 B．電流對氣體做功，氣體對外做功，氣體內(nèi)能可能減少 C．電流對氣體做功，氣體對外做功，其內(nèi)能可能不變 D．電流對氣體做功一定大于氣體對外做功 【例4】．如圖所示，汽缸內(nèi)封閉一定質量的理想氣體，活塞通過定滑輪與一重物m相連并處于靜止狀態(tài)，此時活塞距缸口的距離h＝0.2 m，活塞面積S＝10 cm2，封閉氣體的壓強p＝5×104 Pa.現(xiàn)通過電熱絲對缸內(nèi)氣體加熱，使活塞緩慢上升直至缸口．在此過程中封閉氣體吸收了Q＝60 J的熱量，假設汽缸

7、壁和活塞都是絕熱的，活塞質量及一切摩擦力不計，則在此過程中氣體內(nèi)能增加了多少？ 【說明】應用熱力學第一定律的幾種情況 1．若氣體發(fā)生絕熱過程，即Q＝0，則ΔU＝W，氣體內(nèi)能的增加量等于外界對氣體做的功． 2．若氣體發(fā)生等容過程，過程中不做功，即W＝0，則ΔU＝Q，氣體內(nèi)能的增加量等于氣體從外界吸收的熱量． 3．若氣體發(fā)生等溫過程，過程的始末狀態(tài)氣體的內(nèi)能不變，即ΔU＝0，則W＝－Q(或Q＝－W)，外界對氣體做的功等于氣體放出的熱量(或氣體吸收的熱量等于氣體對外界做的功)． 4. 若氣體發(fā)生等壓過程， 【 課堂互動探究】 1．(2020·南京高二檢測)關于物體的

8、內(nèi)能及其變化，以下說法正確的是(　　) A．物體的溫度改變時，其內(nèi)能必定改變 B．物體對外做功，其內(nèi)能不一定改變，向物體傳遞熱量，其內(nèi)能也不一定改變 C．物體對外做功，其內(nèi)能必定改變．物體向外傳出一定熱量其內(nèi)能必定改變 D．若物體與外界不發(fā)生熱交換，則物體的內(nèi)能必定不改變 2．一定量的氣體在某一過程中，外界對氣體做了8×104 J的功，氣體的內(nèi)能減少了1.2×105 J，則下列各式中正確的是(　　) 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.

9、2×105 J，Q＝2×104 J D．W＝－8×104 J，ΔU＝1.2×105 J，Q＝－4×104 J 3.一定質量的氣體，從狀態(tài)A變化到另一個狀態(tài)B的過程中，內(nèi)能增加了160 J，則下列關于內(nèi)能變化的可能原因的說法中不可能的是(　　) A．從A到B的絕熱過程中，外界對氣體做功160 J B．從A到B的單純熱傳遞過程中，外界對氣體傳遞了160 J的熱量 C．從A到B過程中吸熱280 J，并對外做功120 J D．從A到B過程中放熱280 J，外界對氣體做功120 J 4. 內(nèi)壁光滑的導熱汽缸豎直浸入在盛有冰水混合物的水槽中，用不計質量的活塞封閉壓強為1.0×105 Pa，體

10、積為2.0×10－3 m3的理想氣體，現(xiàn)在活塞上緩慢倒上沙子，使封閉氣體的體積變?yōu)樵瓉淼囊话耄谏鲜鲞^程中外界對氣體做功145 J，封閉氣體吸收還是放出熱量？熱量是多少？ 【課堂小結】 【課后鞏固提升】 (　　)1．在熱力學第一定律的表達式ΔU＝W＋Q中關于ΔU、W、Q各個物理量的正、負，下列說法中正確的是 A．外界對物體做功時W為正，吸熱時Q為負，內(nèi)能增加時ΔU為正 B．物體對外界做功時W為負，吸熱時Q為正，內(nèi)能增加時ΔU為負 C．物體對外界做功時W為負，吸熱時Q為正，內(nèi)能增加時ΔU為正 D．外界對物體做功時W為負，吸熱時Q為負

11、，內(nèi)能增加時ΔU為負 (　　)2．給旱區(qū)送水的消防車停于水平地面．在緩慢放水過程中，若車胎不漏氣，胎內(nèi)氣體溫度不變，不計分子間勢能，則胎內(nèi)氣體 A．從外界吸熱 B．對外界做負功 C．分子平均動能減小 D．內(nèi)能增加 (　　)3．一定質量的理想氣體在某一過程中，外界對氣體做功7.0×105 J，氣體內(nèi)能減少1.3×106 J，則此過程 A．氣體從外界吸收熱量2.0×106 J B．氣體向外界放出熱量2.0×106 J C．氣體從外界吸收熱量6.0×105 J D．氣體向外界放出熱量6.0×105 J (　　)4．“第一類永動機”是不可能制成的，這是因為它 A

12、．不符合熱力學第一定律 B．做功產(chǎn)生的熱量太少 C．由于有摩擦、熱損失等因素的存在 D．找不到合適的材料和合理的設計方案 (　　)5.行駛中的汽車制動后滑行一段距離，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；條形磁鐵在下落過程中穿過閉合線圈，線圈中產(chǎn)生電流．上述不同現(xiàn)象中所包含的相同的物理過程是 A．物體克服阻力做功 B．物體的動能轉化為其他形式的能量 C．物體的勢能轉化為其他形式的能量 D．物體的機械能轉化為其他形式的能量 5.在一個標準大氣壓下，水在沸騰時，1 g的水由液態(tài)變成同溫度的水汽，其體積由1.043 cm3變?yōu)? 67

13、6 cm3.已知水的汽化熱為2 263.8 J/g.求：(1)體積膨脹時氣體對外界做的功W；(2)氣體吸收的熱量Q；(3)氣體增加的內(nèi)能ΔU. 6.如圖所示，一個質量為20 kg的絕熱汽缸豎直放置，絕熱活塞的質量為5 kg，處于靜止狀態(tài)時被封閉氣體的高度為50 cm，現(xiàn)在在活塞上方加一15 kg的物體，待穩(wěn)定后，被封閉氣體的高度變?yōu)?0 cm.求在這一過程中氣體的內(nèi)能增加多少？(g取10 m/s2，不考慮活塞的大氣壓力及摩擦阻力) 1．1 g、100 ℃的水與1 g、100 ℃的水蒸氣相比較，下述說法中正確的是(　　) A．分子的平均動能與

14、分子的總動能都相同 B．分子的平均動能相同，分子的總動能不同 C．內(nèi)能相同 D．1g、100 ℃的水的內(nèi)能小于1 g、100 ℃的水蒸氣的內(nèi)能 2.　關于晶體和非晶體，下列說法中正確的是(　　) A．可以根據(jù)各向同性或各向異性來鑒別晶體和非晶體 B．一塊均勻薄片，沿各個方向對它施加拉力，發(fā)現(xiàn)其強度一樣，則此薄片一定是非晶體 C．一個固體球，如果沿其各條直徑方向的導電性不同，則該球一定是單晶體 D．一塊晶體，若其各個方向的導熱性相同，則一定是多晶體 1．下列關于單晶體和多晶體的說法中，正確的是(　　) A．常見的金屬材料都是多晶體 B．只有單晶體才有確定的熔點 C．凡是具

15、有天然的規(guī)則幾何形狀的物體必定是單晶體 D．多晶體不顯示各向異性 3.下列說法中正確的是(　　) A．黃金可以切割加工成任意形狀，所以是非晶體 B．同一種物質只能形成一種晶體 C．單晶體的所有物理性質都是各向異性的 D．玻璃沒有確定的熔點，也沒有規(guī)則的幾何形狀 4.把極細的玻璃管分別插入水中與水銀中，如圖所示，正確表示毛細現(xiàn)象的是(　　) 5.關于液體的表面張力，下列說法正確的是(　　) A．表面張力是液體內(nèi)部各部分之間的相互作用力 B．液體表面層分子的分布比內(nèi)部稀疏，分子力表現(xiàn)為引力 C．不論是水還是水銀，表面張力都會使表面收縮 D．表面張力的方向與液面垂直 6

16、.關于液晶的以下說法正確的是(　　) A．液晶態(tài)的存在只與溫度有關 B．因為液晶在一定條件下發(fā)光，所以可以用來做顯示屏 C．人體的某些組織中存在液晶結構 D．筆記本電腦的彩色顯示器，是因為在液晶中摻入了少量多色性染料，液晶中電場強度不同時，它對不同色光的吸收強度不一樣，所以顯示出各種顏色 7．關于液晶的結構和性質，下列說法正確的是(　　) A．液晶分子空間排列是穩(wěn)定的 B．長絲狀液晶是分層呈旋轉結構排列的，常用于液晶顯示屏 C．螺旋狀液晶是分層呈旋轉結構排列的，可以用來測溫度 D．液晶的化學性質可以隨溫度、所加電壓的變化而變化 8．如圖1所示，ABCD是一厚度均勻的由同一種微粒構成的圓板．AB和CD是互相垂直的兩條直徑，把圓板從圖示位置轉90°后電流表讀數(shù)發(fā)生了變化(兩種情況下都接觸良好)，關于圓板下列說法正確的是(　　) A．圓板是非晶體 B．圓板是多晶體 C．圓板是單晶體 D．圓板具有各向異性 9.一塊密度和厚度都均勻分布的矩形被測樣品，長AB是寬AC的兩倍，如圖所示．若用多用電表沿兩對稱軸O1O1′和O2O2′測其電阻，阻值關系為R1＝2R2，則這塊樣品可能是(　　) A．單晶體 　　 B．多晶體 C．非晶體 　　 D．以上說法全錯