十二、熱學(xué)（3）
【課題】熱力學(xué)定律 能量守恒定律
【目標(biāo)】
1.理解熱力學(xué)第一定律，會(huì)進(jìn)行簡單計(jì)算；
2.理解能量守恒定律，理解第一類永動(dòng)機(jī)不可制成的原理；
3.理解熱力學(xué)第二定律兩種不同表述的等價(jià)性，理解第二類永動(dòng)機(jī)不可制成的原理。
【導(dǎo)入】
一、改變內(nèi)能的兩種方式
1、做功：是其它形式的能與內(nèi)能相互轉(zhuǎn)化的過程．內(nèi)能的改變可以用做功的數(shù)值來量度．
2、熱傳遞：是物體間內(nèi)能轉(zhuǎn)移的過程，或者是同一物體內(nèi)部中內(nèi)能的轉(zhuǎn)移．內(nèi)能的改變是用傳遞的熱量來量度．熱傳遞是發(fā)生在溫度不同的兩物體之間，熱量從高溫物體向低溫物體傳遞。
熱傳遞有三種方式：熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流和熱輻射．
3、做功和熱傳遞在改變物體的內(nèi)能上是等效的，但有本質(zhì)區(qū)別。
二、熱力學(xué)第一定律
1、內(nèi)容：如果物體跟外界同時(shí)發(fā)生做功和熱傳遞，那么物體內(nèi)能的增加?U等于外界對(duì)物體所做的功加上物體從外界吸收的熱量Q，公式為?U＝W＋Q。
注意：?U、 W、Q均可取正、負(fù)，具體是：
內(nèi)能增加?U取正值，減少取負(fù)值；
外界對(duì)物體做功，W取正值，物體對(duì)外界做功取負(fù)值；
物體吸熱Q取正值，放熱取負(fù)值．
2、能量守恒定律：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)化為別的形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中其總量不變。能量守恒定律是自然界普遍適用的規(guī)律，不同形式的能可以相互轉(zhuǎn)化。
3、第一類永動(dòng)機(jī)（不消耗能源的機(jī)械）不可能造成
三．能源、環(huán)境
1、常規(guī)能源：人們把煤、石油、天然氣叫做常規(guī)能源。但是，○1常規(guī)能源有限，○2常規(guī)能源帶來的環(huán)境問題：溫室效應(yīng)、酸雨、光化學(xué)煙霧、污染等．
2、新能源的開發(fā) ①流動(dòng)的空氣??風(fēng)能 ②水的流動(dòng)---水能 ③太陽能 ④沼氣 ⑤核能
【導(dǎo)研】
[例1]（1）如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置，把沾有乙醚的一小塊棉花放在厚玻璃筒內(nèi)底部，當(dāng)很快向下壓活塞時(shí)，由于被壓縮的氣體驟然變熱，溫度升高達(dá)到乙醚的燃點(diǎn)，使浸有乙醚的棉花燃燒起來，此實(shí)驗(yàn)的目的是要說明對(duì)物體（ ）
A．做功可以增加物體的熱量
B．做功可以改變物體的內(nèi)能
C．做功一定會(huì)升高物體的溫度
D．做功一定會(huì)增加物體的內(nèi)能
（2）在輪胎爆炸這一短暫過程中，關(guān)于輪胎內(nèi)的氣體，下列敘述正確的是（ ）
A．氣體膨脹，溫度不變 B．氣體膨脹，溫度升高
C．氣體膨脹，溫度下降 D．壓強(qiáng)不變，內(nèi)能增大
[例2]右圖為電冰箱的工作原理圖，壓縮機(jī)工作時(shí)，強(qiáng)迫制冷劑在冰箱內(nèi)外的管道中不斷循環(huán)，那么，下列說法中正確的是（ ）
A．在冰箱內(nèi)的管道中，致冷劑迅速膨脹并吸收熱量
B．在冰箱外的管道中，致冷劑迅速膨脹并放出熱量
C．在冰箱內(nèi)的管道中，致冷劑被劇烈壓縮并吸收熱量
D．在冰箱內(nèi)的管道中，致冷劑被劇烈壓縮并放出熱量
[例3] 下面設(shè)想符合能量守恒定律的是（ ）
A．利用永久磁鐵間的作用力造一臺(tái)永遠(yuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)器
B．做成一條船利用河水的能量逆水航行
C．通過太陽照射飛機(jī)使飛機(jī)起飛
D．不用任何燃料使河水升溫
[例5] 如下圖所示，密閉絕熱的具有一定質(zhì)量的活塞，活塞的上部封閉著氣體，下部為真空，活塞與器壁的摩擦忽略不計(jì)，置于真空中的輕彈簧的一端固定于容器的底部．另一端固定在活塞上，彈簧被壓縮后用繩扎緊，此時(shí)彈簧的彈性勢能為Ep(彈簧處于自然長度時(shí)的彈性勢能為零)．現(xiàn)繩突然斷開，彈簧推動(dòng)活塞向上運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過多次往復(fù)運(yùn)動(dòng)后活塞靜止，氣體達(dá)到平衡態(tài)，經(jīng)過此過程 ( )
A．Ep全部轉(zhuǎn)換為氣體的內(nèi)能
B．Ep一部分轉(zhuǎn)換為活塞的重力勢能，其余部分仍為彈簧的彈性勢能
C．Ep全部轉(zhuǎn)換為活塞的重力勢能和氣體的內(nèi)能
D．Ep一部分轉(zhuǎn)換為活塞的重力勢能，一部分轉(zhuǎn)換為內(nèi)能，其余部分仍為彈簧的彈性勢能
[例6]（2009學(xué)年第一學(xué)期徐匯區(qū)高三年級(jí)物理期末卷）一定質(zhì)量的理想氣體狀態(tài)變化如圖所示，其中AB段與t軸平行，已知在狀態(tài)A時(shí)氣體的體積為10L，那么變到狀態(tài)B時(shí)氣體的體積為______L，變到狀態(tài)C時(shí)氣體的壓強(qiáng)是0℃時(shí)氣體壓強(qiáng)的______倍。
【導(dǎo)練】
1．下述做法能改善空氣質(zhì)量的是 ( )
A．以煤等燃料作為主要生活燃料
B．利用太陽能、風(fēng)能和氫能等能源替代化石能源
C．鼓勵(lì)私人購買和使用汽車代替公交車
D．限制使用電動(dòng)車
2．對(duì)一定量的氣體，下列說法正確的是 ( )
A、在體積緩慢地不斷增大的過程中，氣體一定對(duì)外界做功
B、在壓強(qiáng)不斷增大的過程中，外界對(duì)氣體一定做功
C、在體積不斷被壓縮的過程中，內(nèi)能一定增加
D、在與外界沒有發(fā)生熱量交換的過程中，內(nèi)能一定不變
3．如圖所示，絕熱氣缸中間用固定栓將可無摩擦移動(dòng)的導(dǎo)熱隔板固定，隔板質(zhì)量不計(jì)，左右兩室分別充有一定量的氫氣和氧氣（視為理想氣體）。初始時(shí)，兩室氣體的溫度相等，氫氣的壓強(qiáng)大于氧氣的壓強(qiáng)，松開固定栓直至系統(tǒng)重新達(dá)到平衡，下列說法中正確的是( )
A．初始時(shí)氫分子的平均動(dòng)能大于氧分子的平均動(dòng)能
B．系統(tǒng)重新達(dá)到平衡時(shí)，氫氣的內(nèi)能比初始時(shí)的小
C．松開固定栓直至系統(tǒng)重新達(dá)到平衡的過程中有熱量從氧氣傳遞到氫氣
D．松開固定栓直至系統(tǒng)重新達(dá)到平衡的過程中，氧氣的內(nèi)能先增大后減小
4．(09上海市崇明縣）如圖所示，一根豎直的彈簧支持著一倒立氣缸的活塞，使氣缸懸空而靜止。設(shè)活塞與缸壁間無摩擦，可以在缸內(nèi)自由移動(dòng)，缸壁導(dǎo)熱性良好使缸內(nèi)氣體的溫度保持與外界大氣溫度相同，則下列結(jié)論中正確的是 （ ）
A．若外界大氣壓增大，則彈簧將壓縮一些；
B．若外界大氣壓增大，則氣缸的上底面距地面的高度將增大；
C．若氣溫升高，則活塞距地面的高度將減小；
D．若氣溫升高，則氣缸的上底面距地面的高度將增大。
5．如下圖所示的導(dǎo)熱汽缸內(nèi)，用活塞封閉一定質(zhì)量的理想氣體，將突然迅速向下壓活塞的過程設(shè)為甲過程，將緩慢地向下壓活塞的過程設(shè)為乙過程．已知甲、乙兩個(gè)過程中氣體初態(tài)和末態(tài)的體積相同，不考慮活塞與汽缸的摩擦及大氣壓的變化．則下列說法正確的是( )
A．兩過程大氣壓力對(duì)活塞做的功一樣多
B．甲過程汽缸內(nèi)氣體末態(tài)內(nèi)能比乙過程氣體末態(tài)內(nèi)能大
C．甲過程中氣體的壓強(qiáng)不斷增大，乙過程中氣體的壓強(qiáng)不變
D．甲過程汽缸內(nèi)每個(gè)分子對(duì)缸壁的沖力增大，乙過程汽缸內(nèi)每個(gè)分子對(duì)缸壁的沖力減小
6．如下圖所示，一定質(zhì)量的理想氣體用不導(dǎo)熱的活塞封閉的內(nèi)壁光滑的絕熱氣缸內(nèi)，氣缸豎直放置，缸內(nèi)安裝一電熱絲，活塞質(zhì)量為m，橫截面積為S，外界大氣壓強(qiáng)為p0，重力加速度為g.開始時(shí)活塞處于靜止?fàn)顟B(tài)，將電熱絲通電給氣體緩慢加熱，測得電熱絲兩端電壓為U，通過的電流為I.經(jīng)過時(shí)間t，活塞緩慢向上移動(dòng)距離L0.求：
(1)氣體對(duì)外所做的功；
(2)氣體內(nèi)能的增量．
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