江蘇省漣水縣第一中學(xué)高中物理 10.3熱力學(xué)第一定律 能量守恒定律 10.6能源和可持續(xù)發(fā)展導(dǎo)學(xué)案(無(wú)答案)新人教版選修3-3

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1、10.3熱力學(xué)第一定律 能量守恒定律 10. 6能源和可持續(xù)發(fā)展 【 課前自主學(xué)習(xí)】 一、熱力學(xué)第一定律 1.熱力學(xué)第一定律:⑴內(nèi)容:一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)內(nèi)能增量等于外界向它傳遞的 與外界對(duì)它 的和. ⑵表達(dá)式: .( ΔU表示內(nèi)能改變的數(shù)量,W表示做功的數(shù)量,Q表示外界與物體間傳遞的熱量.) ⑶對(duì)公式ΔU、Q、W符號(hào)的規(guī)定 W Q ΔU 符號(hào) 外界對(duì)物體做功 物體吸收熱量 內(nèi)能增加 正號(hào) 物體對(duì)外界做功 物體放出熱量 內(nèi)能減少 負(fù)號(hào) ⑷一般情況下外界對(duì)物體特別是氣體做功與否,需看物體的體積是否變化. ①若物體體

2、積增大,表明物體對(duì)外界做功,W 0. ②若物體體積變小,表明外界對(duì)物體做功,W 0. 二、能量守恒定律 1.內(nèi)容:能量既不會(huì)憑空 ,也不會(huì)憑空 ,它只能從一種形式 為另一種形式,或者從一個(gè)物體 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.意義⑴各種物理現(xiàn)象可以用能量守恒定律聯(lián)系在一起 ⑵不同形式的能可以相互轉(zhuǎn)化: ① 某種形式的能減少,一定有其他形式的能增加,且減少量和增加量一定 . ②某個(gè)物體的能量減少,一定存在其他物體的能量增加,且減少量和增加量一定 . ③ 各

3、種形式的能在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過(guò)程中總能量守恒無(wú)需任何條件,而某種或幾種形式的能的守恒是有條件的.例如,物體的機(jī)械能守恒,必須是只有 做功. ⑶第一類永動(dòng)機(jī):不消耗或少消耗能量卻能源源不斷地對(duì)外做功的機(jī)器 ①研究結(jié)果:無(wú)一例外地歸于失?。诓豢赡苤瞥稍颍哼`背 定律. 三、能源和可持續(xù)發(fā)展 .1.常規(guī)能源:煤、石油、天然氣. 2.大量消耗常規(guī)能源造成的危害①空氣質(zhì)量惡化,危害生態(tài)環(huán)境.②大氣污染最突出的影響是:溫室效應(yīng)和酸雨. 3.開(kāi)發(fā)新能源 ①化石能源的短缺和利用常規(guī)能源帶來(lái)的環(huán)境污染,使得新能源的開(kāi)發(fā)成為當(dāng)務(wù)之急. ②新能源:

4、 【 課堂互動(dòng)探究】 一、熱力學(xué)第一定律的理解和應(yīng)用 【問(wèn)題導(dǎo)思】 1. 氣體吸收熱量,內(nèi)能一定增加嗎? 2. 對(duì)氣體做功,同時(shí)氣體放出熱量,內(nèi)能一定減少嗎? 3.公式ΔU=W+Q中各物理量的符號(hào)是怎樣規(guī)定的? 【例1】一定質(zhì)量的氣體,在從一個(gè)狀態(tài)變化到另一個(gè)狀態(tài)的過(guò)程中,吸收熱量280 J,并對(duì)外做功120 J,試問(wèn): (1)這些氣體的內(nèi)能發(fā)生了怎樣的變化? (2)如果這些氣體又返回原來(lái)的狀態(tài),并放出了240 J熱量,那么在返回的過(guò)程中是氣體對(duì)外界做功,還是外界對(duì)氣體做功?做多少功? 二、能量守恒定律的理解和應(yīng)用 【問(wèn)題導(dǎo)思】 1. 能量守恒需要條件嗎?

5、2. 能量守恒定律對(duì)分析物理現(xiàn)象有什么意義? 3. 有一種所謂“全自動(dòng)”機(jī)械手表,既不需要上發(fā)條,也不用任何電源,卻能不停地走下去.這是不是一種永動(dòng)機(jī)?如果不是,維持表針走動(dòng)的能量是從哪兒來(lái)的? 【例2】如圖所示,活塞將一定質(zhì)量的氣體封閉在直立圓筒形導(dǎo)熱的汽缸中,活塞上堆放細(xì)沙,活塞處于靜止,現(xiàn)逐漸取走細(xì)沙,使活塞緩慢上升,直到細(xì)沙全部取走.若活塞與汽缸之間的摩擦可忽略,則在此過(guò)程中(  ) A.氣體對(duì)外做功,氣體溫度可能不變 B.氣體對(duì)外做功,內(nèi)能一定減少 C.氣體壓強(qiáng)可能增大,內(nèi)能可能不變 D.氣體從外界吸熱,內(nèi)能一定增加   【例3】如圖所示,絕熱的容器內(nèi)密閉一定質(zhì)量

6、的氣體(不考慮分子間的作用力),用電阻絲緩慢對(duì)其加熱時(shí),絕熱活塞無(wú)摩擦地上升,下列說(shuō)法正確的是(  ) A.單位時(shí)間內(nèi)氣體分子對(duì)活塞碰撞的次數(shù)減少 B.電流對(duì)氣體做功,氣體對(duì)外做功,氣體內(nèi)能可能減少 C.電流對(duì)氣體做功,氣體對(duì)外做功,其內(nèi)能可能不變 D.電流對(duì)氣體做功一定大于氣體對(duì)外做功 【例4】.如圖所示,汽缸內(nèi)封閉一定質(zhì)量的理想氣體,活塞通過(guò)定滑輪與一重物m相連并處于靜止?fàn)顟B(tài),此時(shí)活塞距缸口的距離h=0.2 m,活塞面積S=10 cm2,封閉氣體的壓強(qiáng)p=5×104 Pa.現(xiàn)通過(guò)電熱絲對(duì)缸內(nèi)氣體加熱,使活塞緩慢上升直至缸口.在此過(guò)程中封閉氣體吸收了Q=60 J的熱量,假設(shè)汽缸

7、壁和活塞都是絕熱的,活塞質(zhì)量及一切摩擦力不計(jì),則在此過(guò)程中氣體內(nèi)能增加了多少? 【說(shuō)明】應(yīng)用熱力學(xué)第一定律的幾種情況 1.若氣體發(fā)生絕熱過(guò)程,即Q=0,則ΔU=W,氣體內(nèi)能的增加量等于外界對(duì)氣體做的功. 2.若氣體發(fā)生等容過(guò)程,過(guò)程中不做功,即W=0,則ΔU=Q,氣體內(nèi)能的增加量等于氣體從外界吸收的熱量. 3.若氣體發(fā)生等溫過(guò)程,過(guò)程的始末狀態(tài)氣體的內(nèi)能不變,即ΔU=0,則W=-Q(或Q=-W),外界對(duì)氣體做的功等于氣體放出的熱量(或氣體吸收的熱量等于氣體對(duì)外界做的功). 4. 若氣體發(fā)生等壓過(guò)程, 【 課堂互動(dòng)探究】 1.(2020·南京高二檢測(cè))關(guān)于物體的

8、內(nèi)能及其變化,以下說(shuō)法正確的是(  ) A.物體的溫度改變時(shí),其內(nèi)能必定改變 B.物體對(duì)外做功,其內(nèi)能不一定改變,向物體傳遞熱量,其內(nèi)能也不一定改變 C.物體對(duì)外做功,其內(nèi)能必定改變.物體向外傳出一定熱量其內(nèi)能必定改變 D.若物體與外界不發(fā)生熱交換,則物體的內(nèi)能必定不改變 2.一定量的氣體在某一過(guò)程中,外界對(duì)氣體做了8×104 J的功,氣體的內(nèi)能減少了1.2×105 J,則下列各式中正確的是(  ) A.W=8×104 J,ΔU=1.2×105 J,Q=4×104 J B.W=8×104 J,ΔU=-1.2×105 J,Q=-2×105 J C.W=-8×104 J,ΔU=1.

9、2×105 J,Q=2×104 J D.W=-8×104 J,ΔU=1.2×105 J,Q=-4×104 J 3.一定質(zhì)量的氣體,從狀態(tài)A變化到另一個(gè)狀態(tài)B的過(guò)程中,內(nèi)能增加了160 J,則下列關(guān)于內(nèi)能變化的可能原因的說(shuō)法中不可能的是(  ) A.從A到B的絕熱過(guò)程中,外界對(duì)氣體做功160 J B.從A到B的單純熱傳遞過(guò)程中,外界對(duì)氣體傳遞了160 J的熱量 C.從A到B過(guò)程中吸熱280 J,并對(duì)外做功120 J D.從A到B過(guò)程中放熱280 J,外界對(duì)氣體做功120 J 4. 內(nèi)壁光滑的導(dǎo)熱汽缸豎直浸入在盛有冰水混合物的水槽中,用不計(jì)質(zhì)量的活塞封閉壓強(qiáng)為1.0×105 Pa,體

10、積為2.0×10-3 m3的理想氣體,現(xiàn)在活塞上緩慢倒上沙子,使封閉氣體的體積變?yōu)樵瓉?lái)的一半.在上述過(guò)程中外界對(duì)氣體做功145 J,封閉氣體吸收還是放出熱量?熱量是多少? 【課堂小結(jié)】 【課后鞏固提升】 (  )1.在熱力學(xué)第一定律的表達(dá)式ΔU=W+Q中關(guān)于ΔU、W、Q各個(gè)物理量的正、負(fù),下列說(shuō)法中正確的是 A.外界對(duì)物體做功時(shí)W為正,吸熱時(shí)Q為負(fù),內(nèi)能增加時(shí)ΔU為正 B.物體對(duì)外界做功時(shí)W為負(fù),吸熱時(shí)Q為正,內(nèi)能增加時(shí)ΔU為負(fù) C.物體對(duì)外界做功時(shí)W為負(fù),吸熱時(shí)Q為正,內(nèi)能增加時(shí)ΔU為正 D.外界對(duì)物體做功時(shí)W為負(fù),吸熱時(shí)Q為負(fù)

11、,內(nèi)能增加時(shí)ΔU為負(fù) (  )2.給旱區(qū)送水的消防車停于水平地面.在緩慢放水過(guò)程中,若車胎不漏氣,胎內(nèi)氣體溫度不變,不計(jì)分子間勢(shì)能,則胎內(nèi)氣體 A.從外界吸熱 B.對(duì)外界做負(fù)功 C.分子平均動(dòng)能減小 D.內(nèi)能增加 (  )3.一定質(zhì)量的理想氣體在某一過(guò)程中,外界對(duì)氣體做功7.0×105 J,氣體內(nèi)能減少1.3×106 J,則此過(guò)程 A.氣體從外界吸收熱量2.0×106 J B.氣體向外界放出熱量2.0×106 J C.氣體從外界吸收熱量6.0×105 J D.氣體向外界放出熱量6.0×105 J (  )4.“第一類永動(dòng)機(jī)”是不可能制成的,這是因?yàn)樗? A

12、.不符合熱力學(xué)第一定律 B.做功產(chǎn)生的熱量太少 C.由于有摩擦、熱損失等因素的存在 D.找不到合適的材料和合理的設(shè)計(jì)方案 (  )5.行駛中的汽車制動(dòng)后滑行一段距離,最后停下;流星在夜空中墜落并發(fā)出明亮的火焰;降落傘在空中勻速下降;條形磁鐵在下落過(guò)程中穿過(guò)閉合線圈,線圈中產(chǎn)生電流.上述不同現(xiàn)象中所包含的相同的物理過(guò)程是 A.物體克服阻力做功 B.物體的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量 C.物體的勢(shì)能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量 D.物體的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量 5.在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下,水在沸騰時(shí),1 g的水由液態(tài)變成同溫度的水汽,其體積由1.043 cm3變?yōu)? 67

13、6 cm3.已知水的汽化熱為2 263.8 J/g.求:(1)體積膨脹時(shí)氣體對(duì)外界做的功W;(2)氣體吸收的熱量Q;(3)氣體增加的內(nèi)能ΔU. 6.如圖所示,一個(gè)質(zhì)量為20 kg的絕熱汽缸豎直放置,絕熱活塞的質(zhì)量為5 kg,處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)被封閉氣體的高度為50 cm,現(xiàn)在在活塞上方加一15 kg的物體,待穩(wěn)定后,被封閉氣體的高度變?yōu)?0 cm.求在這一過(guò)程中氣體的內(nèi)能增加多少?(g取10 m/s2,不考慮活塞的大氣壓力及摩擦阻力) 1.1 g、100 ℃的水與1 g、100 ℃的水蒸氣相比較,下述說(shuō)法中正確的是(  ) A.分子的平均動(dòng)能與

14、分子的總動(dòng)能都相同 B.分子的平均動(dòng)能相同,分子的總動(dòng)能不同 C.內(nèi)能相同 D.1g、100 ℃的水的內(nèi)能小于1 g、100 ℃的水蒸氣的內(nèi)能 2. 關(guān)于晶體和非晶體,下列說(shuō)法中正確的是(  ) A.可以根據(jù)各向同性或各向異性來(lái)鑒別晶體和非晶體 B.一塊均勻薄片,沿各個(gè)方向?qū)λ┘永Γl(fā)現(xiàn)其強(qiáng)度一樣,則此薄片一定是非晶體 C.一個(gè)固體球,如果沿其各條直徑方向的導(dǎo)電性不同,則該球一定是單晶體 D.一塊晶體,若其各個(gè)方向的導(dǎo)熱性相同,則一定是多晶體 1.下列關(guān)于單晶體和多晶體的說(shuō)法中,正確的是(  ) A.常見(jiàn)的金屬材料都是多晶體 B.只有單晶體才有確定的熔點(diǎn) C.凡是具

15、有天然的規(guī)則幾何形狀的物體必定是單晶體 D.多晶體不顯示各向異性 3.下列說(shuō)法中正確的是(  ) A.黃金可以切割加工成任意形狀,所以是非晶體 B.同一種物質(zhì)只能形成一種晶體 C.單晶體的所有物理性質(zhì)都是各向異性的 D.玻璃沒(méi)有確定的熔點(diǎn),也沒(méi)有規(guī)則的幾何形狀 4.把極細(xì)的玻璃管分別插入水中與水銀中,如圖所示,正確表示毛細(xì)現(xiàn)象的是(  ) 5.關(guān)于液體的表面張力,下列說(shuō)法正確的是(  ) A.表面張力是液體內(nèi)部各部分之間的相互作用力 B.液體表面層分子的分布比內(nèi)部稀疏,分子力表現(xiàn)為引力 C.不論是水還是水銀,表面張力都會(huì)使表面收縮 D.表面張力的方向與液面垂直 6

16、.關(guān)于液晶的以下說(shuō)法正確的是(  ) A.液晶態(tài)的存在只與溫度有關(guān) B.因?yàn)橐壕г谝欢l件下發(fā)光,所以可以用來(lái)做顯示屏 C.人體的某些組織中存在液晶結(jié)構(gòu) D.筆記本電腦的彩色顯示器,是因?yàn)樵谝壕е袚饺肓松倭慷嗌匀玖?,液晶中電?chǎng)強(qiáng)度不同時(shí),它對(duì)不同色光的吸收強(qiáng)度不一樣,所以顯示出各種顏色 7.關(guān)于液晶的結(jié)構(gòu)和性質(zhì),下列說(shuō)法正確的是(  ) A.液晶分子空間排列是穩(wěn)定的 B.長(zhǎng)絲狀液晶是分層呈旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)排列的,常用于液晶顯示屏 C.螺旋狀液晶是分層呈旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)排列的,可以用來(lái)測(cè)溫度 D.液晶的化學(xué)性質(zhì)可以隨溫度、所加電壓的變化而變化 8.如圖1所示,ABCD是一厚度均勻的由同一種微粒構(gòu)成的圓板.AB和CD是互相垂直的兩條直徑,把圓板從圖示位置轉(zhuǎn)90°后電流表讀數(shù)發(fā)生了變化(兩種情況下都接觸良好),關(guān)于圓板下列說(shuō)法正確的是(  ) A.圓板是非晶體 B.圓板是多晶體 C.圓板是單晶體 D.圓板具有各向異性 9.一塊密度和厚度都均勻分布的矩形被測(cè)樣品,長(zhǎng)AB是寬AC的兩倍,如圖所示.若用多用電表沿兩對(duì)稱軸O1O1′和O2O2′測(cè)其電阻,阻值關(guān)系為R1=2R2,則這塊樣品可能是(  ) A.單晶體    B.多晶體 C.非晶體    D.以上說(shuō)法全錯(cuò)

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