20xx人教版高中物理選修（3-3）第十章 第3講《熱力學(xué)第一定律 能量守恒定律》學(xué)案+練習(xí)-文庫吧
2024-11-08 20:05 本頁面
【正文】 互轉(zhuǎn)化，如 “ 摩擦生熱 ” 機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，“ 電爐取熱 ” 電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能等． 2． 能量守恒定律及意義 各種不同形式的能之間相互轉(zhuǎn)化時保 持總量不變． 意義：一切物理過程都適用，比機(jī)械能守恒定律更普遍，是 19 世紀(jì)自然科學(xué)的三大發(fā)現(xiàn)之一． 3． 第一類永動機(jī)是不可能制成的 (1)不消耗能量能源源不斷地對外做功的機(jī)器，叫第一類永動機(jī)，其前景是誘人的．但因?yàn)榈谝活愑绖訖C(jī)違背了能量守恒定律，所以無一例外地歸于失敗． (2)永動機(jī)給我們的啟示 人類利用和改造自然時，必須遵循自然規(guī)律． 例 2 如圖 10－ 3－ 1 所示，直立容器內(nèi)部被隔板隔開的 A， B兩部分氣體，A的密度小， B的密度大，加熱氣體，并使兩部分氣體混合均勻，設(shè)此過程中氣體吸熱為 Q，氣體內(nèi)能的增量為 ΔU，則 ( ) 圖 10－ 3－ 1 A． ΔU＝ Q B． ΔUQ C． ΔUQ D． 無法比較 答案 B 解析 因 A部分氣體密度小， B部分氣體密度大，以整體氣體為研究對象，開始時，氣體的重心在中線以下，混合均勻后，氣體的重心應(yīng)在中線上，所以有重力做 負(fù)功，使氣體的重力勢能增大，由能量守恒定律可知，吸收的熱量 Q 有一部分增加氣體的重力勢能，另一部分增加內(nèi)能．故正確答案為 B. 例 3 第一類永動機(jī)是不可能制成的，這是因?yàn)榈谝活愑绖訖C(jī) ( ) A．不符合機(jī)械能守恒定律 B．違背了能量轉(zhuǎn)化與守恒定律 C．沒有合理的設(shè)計(jì)方案 D．找不到合適的材料 答案 B 三、氣體實(shí)驗(yàn)定律和熱力學(xué)第一定律的綜 合應(yīng)用 氣體實(shí)驗(yàn)定律和熱力學(xué)第一定律的結(jié)合點(diǎn)是溫度和體積．注意三種特殊過程的特點(diǎn)： 1． 等溫過程： 內(nèi)能不變， ΔU＝ 0 2． 等容過程： 體積不變， W＝ 0 3． 絕熱過程： Q＝ 0 例 4 如圖 10－ 3－ 2 所示，倒懸的導(dǎo)熱汽缸中封閉著一定質(zhì)量的理想氣體，輕質(zhì)活塞可無摩擦地上下移動，活塞的橫截面積為 S，活塞的下面吊著一個重為G 的物體，大氣壓強(qiáng)恒為 p0，起初環(huán)境的熱力學(xué)溫度為 T0時，活塞到汽缸底面的距離為 ，導(dǎo)致活塞緩慢下降，該過程中活塞下降了 ，汽缸中的氣體吸收的熱量為 ： 圖 10－ 3－ 2 (1)汽缸內(nèi)部氣體內(nèi)能的增量 ΔU； (2)最終的環(huán)境溫度 T. 答案 (1)Q－ ＋ (2) 解析 (1)密封氣體的壓強(qiáng) p＝ p0－ (G/S) 密封氣體對外做功 W＝ pS 由熱力學(xué)第一定律 ΔU＝ Q－ W 得 ΔU＝ Q－ ＋ (2)該過程是等壓變化，由蓋 — 呂薩克定律有 LST0＝?L＋ ?ST 解得 T＝ 熱力學(xué)第一定律的理解和應(yīng)用 1．一定量的氣體從外界吸收了 105 J 的熱量，內(nèi)能增加了 105 J. (1)是氣體對外界做了功，還是外界對氣體做了功？做了多少焦耳的功？ (2)如果氣體吸收的熱量仍為 105 J 不變，但是內(nèi)能增加 了 105 J，計(jì)算結(jié)果 W＝－ 105 J，是負(fù)值，怎樣解釋這個結(jié)果？ (3)在熱力學(xué)第一定律 ΔU＝ W＋ Q 中， W， Q 和 ΔU 為正值、負(fù)值各代表什么物理意義？ 答案 見解析 解析 (1)根據(jù) ΔU＝ W＋ Q得 W＝ ΔU－ Q，將 Q＝ 105 J， ΔU＝ 105 J代入式中得： W＝ 105 J0，說明外界對氣體做了 105 J的功． (2)如果吸收的熱量 Q＝ 105 J，內(nèi)能增加了 105 J，即 ΔU＝ 105 J，則 W＝－ 105 J，說明氣體對外界做功． (3)在公式 ΔU＝ W＋ Q中， ΔU0，物體內(nèi)能增加； ΔU0，物體內(nèi)能減少． Q0，物體吸熱； Q0，物體放熱． W0，外界對物體做功； W0，物體對外界做功． 2．關(guān)于內(nèi)能的變化，以下說法正確的是 ( ) A．物體吸收熱量，內(nèi)能一定增大 B．物體對外做功，內(nèi)
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