江苏省涟水县第一中学高中物理 10.3热力学第一定律 能量守恒定律 10.6能源和可持续发展导学案（无答案）新人教版选修3-3

10.3热力学第一定律能量守恒定律 10. 6能源和可持续发展 【 课前自主学习】一、热力学第一定律1.热力学第一定律：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 的和表达式： .（ U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）对公式U、Q、W符号的规定WQU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若物体体积增大，表明物体对外界做功，W 0.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.意义各种物理现象可以用能量守恒定律联系在一起不同形式的能可以相互转化： 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 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 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研究结果：无一例外地归于失败不可能制成原因：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空气质量恶化，危害生态环境大气污染最突出的影响是：温室效应和酸雨3.开发新能源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UWQ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h0.2 m，活塞面积S10 cm2，封闭气体的压强p5104 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Q60 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Q0，则UW，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W0，则UQ，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U0，则WQ(或QW)，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)4. 若气体发生等压过程，【 课堂互动探究】1(2020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8104 J的功，气体的内能减少了1.2105 J，则下列各式中正确的是()AW8104 J，U1.2105 J，Q4104 JBW8104 J，U1.2105 J，Q2105 JCW8104 J，U1.2105 J，Q2104 JDW8104 J，U1.2105 J，Q4104 J3.一定质量的气体，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 JB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 JD从A到B过程中放热280 J，外界对气体做功120 J4. 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1.0105 Pa，体积为2.0103 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UWQ中关于U、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U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U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U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U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7.0105 J，气体内能减少1.3106 J，则此过程A气体从外界吸收热量2.0106 J B气体向外界放出热量2.0106 JC气体从外界吸收热量6.0105 J D气体向外界放出热量6.0105 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U.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)11 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D1g、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R12R2，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