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1、§11.5 熱力學(xué)定律與能量守恒
一、熱力學(xué)第一定律
1.物體內(nèi)能的改變
(1) 做功是其他形式的能與內(nèi)能的相互轉(zhuǎn)化過(guò)程,內(nèi)能的改變量可用做功的數(shù)值來(lái)量度.
(2) 熱傳遞是物體間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移過(guò)程,內(nèi)能轉(zhuǎn)移量用熱量來(lái)量度.
2.熱力學(xué)第一定律
(1)內(nèi)容:一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)能增量等于外界向它傳遞的熱量與外界對(duì)它所做的功的和.
符號(hào)
W
Q
AU
+
外界對(duì)物體做功
物體吸收熱量
內(nèi)能增加
-
物體對(duì)外界做功
物體放出熱量
內(nèi)能減少
(2)表達(dá)式:AU= .
對(duì)公式AU=Q +W符號(hào)的規(guī) 定:
幾種特殊情況
(1)若過(guò)程是絕熱的,則Q = 0,
W=
2、AU,外界對(duì)物體做的功等于物體內(nèi)能的增加量.
⑵若過(guò)程中不做功,即W=0,則Q = AU,物體吸收的熱量等于物體內(nèi)能的增加量.
⑶若過(guò)程的始末狀態(tài)物體的內(nèi)能不變,即AU=0,則W+ Q = 0或W=- Q.外界對(duì)物體做的 功等于物體放出的熱量.
【思考】用活塞壓縮汽缸里的空氣,對(duì)空氣做了 900 J的功,同時(shí)汽缸向外散熱210 J,汽 缸里空氣的內(nèi)能改變了多少?
【例 1】 在溫度均勻的液體中,一個(gè)小氣泡由液體的底層緩慢地升到液面,上升過(guò)程中氣泡 的體積不斷地增大,如將泡內(nèi)氣體看作理想氣體,則氣泡在浮起的過(guò)程中 ( )
A. 放出熱量 B.吸收熱量
C.不吸熱也不放熱 D.無(wú)法判斷
3、
跟蹤訓(xùn)練1 若一氣泡從湖底上升到湖面的過(guò)程中溫度保持不變,若將氣泡內(nèi)的氣體視為理想
氣體,氣泡從湖底上升到湖面的過(guò)程中,對(duì)外界做了 0.6 J的功,則此過(guò)程中的氣泡 (填
“吸收”或“放出”)的熱量是 J.氣泡到達(dá)湖面后,溫度上升的過(guò)程中,又對(duì)外界
做了 0.1 J的功,同時(shí)吸收了 0.3 J的熱量,則此過(guò)程中,氣泡內(nèi)氣體內(nèi)能增加了 J.
【例2】(2010?江蘇單科?12A)( 1)在將空氣壓縮裝入氣瓶的過(guò)程中,溫度保持不變,外界做了
24 kJ 的功.現(xiàn)潛水員背著該氣瓶緩慢地潛入海底,若在此過(guò)程中,瓶中空氣的質(zhì)量保持不
變,且放出了 5 kJ的熱量.在上述兩個(gè)過(guò)程中,空氣的
4、內(nèi)能共減小 kJ,空氣
(選填“吸收”或“放出” )的總熱量為 kJ.
⑵已知潛水員在岸上和海底吸入空氣的密度分別為1.3 kg/m3和2.1 kg/m3,空氣的摩爾質(zhì)量 為0.029 kg/mol,阿伏加德羅常數(shù)NA =6.02 X 1023 mol-1.若潛水員呼吸一次吸入2 L空氣,
A
試估算潛水員在海底比在岸上每呼吸一次多吸入空氣的分子數(shù).(結(jié)果保留一位有效數(shù)字)
二、能量守恒定律
(1) 內(nèi)容: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)化為另一種形式, 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(guò)程中,能量的總量保持不變,這就是能 量守恒定律.
(2
5、) 任何違背能量守恒定律的過(guò)程都是不可能的,不消耗能量而對(duì)外做功的第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)是 不可能制成的.
【跟蹤訓(xùn)練】
1 、有以下說(shuō)法,其中正確的是
A. 氣體的溫度越高,分子的平均動(dòng)能越大
B. 即使氣體的溫度很高,仍有一些分子的運(yùn)動(dòng)速率是非常小的
C. 對(duì)物體做功不可能使物體的溫度升高
D. 如果氣體分子間的相互作用力小到可以忽略不計(jì),則氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)
E. —個(gè)由不導(dǎo)熱的器壁做成的容器,被不導(dǎo)熱的隔板分成甲、乙兩室.甲 室中裝有一定質(zhì)量的溫度為 T 的氣體,乙室為真空,如圖4所示.提起隔 板,讓甲室中的氣體進(jìn)入乙室.若甲室中的氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān),則 提起隔板后當(dāng)氣體重
6、新達(dá)到平衡時(shí),其溫度仍為 T.
F. 對(duì)于一定量的氣體,當(dāng)其溫度降低時(shí),速率大的分子數(shù)目減少,速率小的分子數(shù)目增加
2、對(duì)一定質(zhì)量的氣體,下列說(shuō)法正確的是 ( )
A. 在體積不斷增大的過(guò)程中,氣體一定對(duì)外界(外界不為真空)做功
B. 在壓強(qiáng)不斷增大的過(guò)程中,外界一定對(duì)氣體做功
C. 在體積不斷被壓縮的過(guò)程中,內(nèi)能一定增加
D. 在與外界沒(méi)有發(fā)生熱量交換的過(guò)程中,內(nèi)能一定不變
3、如圖 1 所示,絕熱容器中間用隔板隔開(kāi),左側(cè)裝有氣體 右側(cè)為真空,現(xiàn)將隔板抽掉,讓左側(cè)氣體自由膨脹到右
側(cè)直至平衡,在此過(guò)程中 ( )
A. 氣體對(duì)外界做功,溫度降低,內(nèi)能減少 B?氣體對(duì)外界做功,
7、溫度不變,內(nèi)能不變
C?氣體不做功,溫度不變,內(nèi)能不變 D?氣體不做功,溫度不變,內(nèi)能減少
4、密閉有空氣的薄塑料瓶因降溫而變扁,此過(guò)程中瓶?jī)?nèi)空氣(不計(jì)分子勢(shì)能)( )
A.內(nèi)能增大,放出熱量 B.內(nèi)能減小,吸收熱量
C.內(nèi)能增大,對(duì)外界做功 D.內(nèi)能減小,外界對(duì)其做功
5、固定的水平汽缸內(nèi)由活塞 B 封閉著一定量的理想氣體,氣體分子之 間的相互作用力可以忽略.假設(shè)汽缸壁的導(dǎo)熱性能很好,環(huán)境的溫度保 持不變.若用外力 F 將活塞 B 緩慢地向右拉動(dòng),如圖 2 所示,則在拉
動(dòng)活塞的過(guò)程中,關(guān)于汽缸內(nèi)氣體的下列結(jié)論,其中正確的是 ( )
A.氣體對(duì)外做功,氣體內(nèi)能不變 B.氣體對(duì)外
8、做功,氣體內(nèi)能減小
C?外界對(duì)氣體做功,氣體內(nèi)能不變 D?氣體從外界吸熱,氣體內(nèi)能減小
6、 如圖3所示,A、B兩點(diǎn)表示一定質(zhì)量的某種理想氣體的兩個(gè)狀態(tài),\P 當(dāng)氣體從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B時(shí)( ) ?"
A.體積必然變大 B.有可能經(jīng)過(guò)體積減小的過(guò)程 ?”
C.外界必然對(duì)氣體做正功 D.氣體必然從外界吸熱
7、 根據(jù)熱力學(xué)定律和分子動(dòng)理論可知,下列說(shuō)法正確的是( )
A. 能量耗散說(shuō)明能量不守恒
B. 0 °C的冰融化為0 °C的水時(shí),分子平均動(dòng)能不變
C. 空氣壓縮到一定程度很難再壓縮是因?yàn)榉肿娱g存在斥力的作用
D. 理想氣體狀態(tài)變化時(shí),溫度升高,氣體分子的平均動(dòng)能增大,氣體
9、的壓強(qiáng)可能減小
8、 (1)下列關(guān)于氣體的描述正確的是 ( )
A. 物體的溫度越高,分子熱運(yùn)動(dòng)越劇烈,分子平均動(dòng)能越大
B. 布朗運(yùn)動(dòng)就是液體分子的熱運(yùn)動(dòng)
C. 對(duì)一定質(zhì)量的氣體加熱,其內(nèi)能一定增加 D.分子間的引力和斥力同時(shí)存在
(2)有一傳熱良好的圓柱形汽缸置于水平地面上,并用一光滑的 質(zhì)量為M的活塞密封一定質(zhì)量的理想氣體,活塞面積為S.開(kāi)始 時(shí)汽缸開(kāi)口向上(如圖5甲),已知外界大氣壓強(qiáng)為p0,被封氣 體的體積為V0;求被封氣體的壓強(qiáng).
9、某學(xué)習(xí)小組做了如下實(shí)驗(yàn):先把空的燒瓶放入冰箱冷凍,待冷卻后取出燒
瓶.并迅速把一個(gè)小氣球緊套在燒瓶頸上,封閉了一部分氣體 (視為理想氣 體),然后將燒瓶放進(jìn)盛有熱水的燒杯里,氣球逐漸膨脹起來(lái),如圖 6 所示.在氣球膨脹過(guò)程
中,該密閉氣體組成的系統(tǒng)內(nèi)能 (選填“增
加”、“減少”或“不變”);大氣壓力對(duì)氣體做功為
功(選填“正”、“負(fù)”或“零”).
答案
例題 1、B
跟蹤訓(xùn)練:吸收,0.6, 0.2
例題 2、5,放出,29 3*1022
跟蹤訓(xùn)練:
ABEF A C D A
ABD BD AD (Mg+P0S)/S