十二、热学（3）
【课题】热力学定律 能量守恒定律
【目标】
1.理解热力学第一定律，会进行简单计算；
2.理解能量守恒定律，理解第一类永动机不可制成的原理；
3.理解热力学第二定律两种不同表述的等价性，理解第二类永动机不可制成的原理。
【导入】
一、改变内能的两种方式
1、做功：是其它形式的能与内能相互转化的过程．内能的改变可以用做功的数值来量度．
2、热传递：是物体间内能转移的过程，或者是同一物体内部中内能的转移．内能的改变是用传递的热量来量度．热传递是发生在温度不同的两物体之间，热量从高温物体向低温物体传递。
热传递有三种方式：热传导、热对流和热辐射．
3、做功和热传递在改变物体的内能上是等效的，但有本质区别。
二、热力学第一定律
1、内容：如果物体跟外界同时发生做功和热传递，那么物体内能的增加?U等于外界对物体所做的功加上物体从外界吸收的热量Q，公式为?U＝W＋Q。
注意：?U、 W、Q均可取正、负，具体是：
内能增加?U取正值，减少取负值；
外界对物体做功，W取正值，物体对外界做功取负值；
物体吸热Q取正值，放热取负值．
2、能量守恒定律：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为别的形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中其总量不变。能量守恒定律是自然界普遍适用的规律，不同形式的能可以相互转化。
3、第一类永动机（不消耗能源的机械）不可能造成
三．能源、环境
1、常规能源：人们把煤、石油、天然气叫做常规能源。但是，○1常规能源有限，○2常规能源带来的环境问题：温室效应、酸雨、光化学烟雾、污染等．
2、新能源的开发 ①流动的空气??风能 ②水的流动---水能 ③太阳能 ④沼气 ⑤核能
【导研】
[例1]（1）如图所示的实验装置，把沾有乙醚的一小块棉花放在厚玻璃筒内底部，当很快向下压活塞时，由于被压缩的气体骤然变热，温度升高达到乙醚的燃点，使浸有乙醚的棉花燃烧起来，此实验的目的是要说明对物体（ ）
A．做功可以增加物体的热量
B．做功可以改变物体的内能
C．做功一定会升高物体的温度
D．做功一定会增加物体的内能
（2）在轮胎爆炸这一短暂过程中，关于轮胎内的气体，下列叙述正确的是（ ）
A．气体膨胀，温度不变 B．气体膨胀，温度升高
C．气体膨胀，温度下降 D．压强不变，内能增大
[例2]右图为电冰箱的工作原理图，压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环，那么，下列说法中正确的是（ ）
A．在冰箱内的管道中，致冷剂迅速膨胀并吸收热量
B．在冰箱外的管道中，致冷剂迅速膨胀并放出热量
C．在冰箱内的管道中，致冷剂被剧烈压缩并吸收热量
D．在冰箱内的管道中，致冷剂被剧烈压缩并放出热量
[例3] 下面设想符合能量守恒定律的是（ ）
A．利用永久磁铁间的作用力造一台永远转动的机器
B．做成一条船利用河水的能量逆水航行
C．通过太阳照射飞机使飞机起飞
D．不用任何燃料使河水升温
[例5] 如下图所示，密闭绝热的具有一定质量的活塞，活塞的上部封闭着气体，下部为真空，活塞与器壁的摩擦忽略不计，置于真空中的轻弹簧的一端固定于容器的底部．另一端固定在活塞上，弹簧被压缩后用绳扎紧，此时弹簧的弹性势能为Ep(弹簧处于自然长度时的弹性势能为零)．现绳突然断开，弹簧推动活塞向上运动，经过多次往复运动后活塞静止，气体达到平衡态，经过此过程 ( )
A．Ep全部转换为气体的内能
B．Ep一部分转换为活塞的重力势能，其余部分仍为弹簧的弹性势能
C．Ep全部转换为活塞的重力势能和气体的内能
D．Ep一部分转换为活塞的重力势能，一部分转换为内能，其余部分仍为弹簧的弹性势能
[例6]（2009学年第一学期徐汇区高三年级物理期末卷）一定质量的理想气体状态变化如图所示，其中AB段与t轴平行，已知在状态A时气体的体积为10L，那么变到状态B时气体的体积为______L，变到状态C时气体的压强是0℃时气体压强的______倍。
【导练】
1．下述做法能改善空气质量的是 ( )
A．以煤等燃料作为主要生活燃料
B．利用太阳能、风能和氢能等能源替代化石能源
C．鼓励私人购买和使用汽车代替公交车
D．限制使用电动车
2．对一定量的气体，下列说法正确的是 ( )
A、在体积缓慢地不断增大的过程中，气体一定对外界做功
B、在压强不断增大的过程中，外界对气体一定做功
C、在体积不断被压缩的过程中，内能一定增加
D、在与外界没有发生热量交换的过程中，内能一定不变
3．如图所示，绝热气缸中间用固定栓将可无摩擦移动的导热隔板固定，隔板质量不计，左右两室分别充有一定量的氢气和氧气（视为理想气体）。初始时，两室气体的温度相等，氢气的压强大于氧气的压强，松开固定栓直至系统重新达到平衡，下列说法中正确的是( )
A．初始时氢分子的平均动能大于氧分子的平均动能
B．系统重新达到平衡时，氢气的内能比初始时的小
C．松开固定栓直至系统重新达到平衡的过程中有热量从氧气传递到氢气
D．松开固定栓直至系统重新达到平衡的过程中，氧气的内能先增大后减小
4．(09上海市崇明县）如图所示，一根竖直的弹簧支持着一倒立气缸的活塞，使气缸悬空而静止。设活塞与缸壁间无摩擦，可以在缸内自由移动，缸壁导热性良好使缸内气体的温度保持与外界大气温度相同，则下列结论中正确的是 （ ）
A．若外界大气压增大，则弹簧将压缩一些；
B．若外界大气压增大，则气缸的上底面距地面的高度将增大；
C．若气温升高，则活塞距地面的高度将减小；
D．若气温升高，则气缸的上底面距地面的高度将增大。
5．如下图所示的导热汽缸内，用活塞封闭一定质量的理想气体，将突然迅速向下压活塞的过程设为甲过程，将缓慢地向下压活塞的过程设为乙过程．已知甲、乙两个过程中气体初态和末态的体积相同，不考虑活塞与汽缸的摩擦及大气压的变化．则下列说法正确的是( )
A．两过程大气压力对活塞做的功一样多
B．甲过程汽缸内气体末态内能比乙过程气体末态内能大
C．甲过程中气体的压强不断增大，乙过程中气体的压强不变
D．甲过程汽缸内每个分子对缸壁的冲力增大，乙过程汽缸内每个分子对缸壁的冲力减小
6．如下图所示，一定质量的理想气体用不导热的活塞封闭的内壁光滑的绝热气缸内，气缸竖直放置，缸内安装一电热丝，活塞质量为m，横截面积为S，外界大气压强为p0，重力加速度为g.开始时活塞处于静止状态，将电热丝通电给气体缓慢加热，测得电热丝两端电压为U，通过的电流为I.经过时间t，活塞缓慢向上移动距离L0.求：
(1)气体对外所做的功；
(2)气体内能的增量．
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