第3章 热力学定律
第1节 热力学第一定律
[教材链接] 1.做功 热传递
2.(1)增加 等于 减少 等于 (2)增加 等于 减少 等于
3.(1)所做的功W 吸收的热量Q (2)Q+W (3)①正 负 ②正 负 ③正 负
4.(1)对外做功 (2)热力学第一定律
[物理观念] 做功 热传递
例1 C [解析] 活塞对密闭的理想气体做正功,容器及活塞绝热,由功和内能的关系知,理想气体内能增大,温度T升高,根据=C,可得体积V减小,压强p增大,故C正确.
例2 B [解析] 因为外界对气体做功,W取正值,即W=8×104 J;气体内能减少,ΔU取负值,即ΔU=-1.2×105 J;根据热力学第一定律ΔU=W+Q,可知Q=ΔU-W=-1.2×105 J-8×104 J=-2×105 J,B选项正确.
例3 D [解析] 由题意可知甲、乙两气室气体都经历绝热过程,内能的改变取决于做功的情况.对甲室内的气体,在拉杆缓慢向左拉的过程中,活塞左移,压缩气体,外界对甲室内的气体做功,内能增大;对乙室内的气体,活塞左移,气体膨胀,乙室内的气体对外界做功,内能减小,D正确.
随堂巩固
1.B [解析] 在气泡缓慢上升的过程中,气泡外部的压强逐渐减小,气泡膨胀,对外做功,W<0,由于外部恒温,且气泡缓慢上升,故可以认为上升过程中气泡内空气的温度始终等于外界温度,内能不变,即ΔU=0,由热力学第一定律ΔU=W+Q知需从外界吸收热量,且吸收的热量等于气泡对外界所做的功,故B正确.
2.B [解析] 由题意可知,气体先等压变化,到活塞运动到挡板处再发生等容变化,等压变化过程气体对外做功,做功为W=-p0Sx=-1×105×0.04×0.2 J=-800 J,由热力学第一定律可知,封闭气体的内能变化量为ΔU=W+Q=(-800+2000) J=1200 J,故B正确.
3.(1)160 J 增加 (2)见解析
[解析] (1)根据热力学第一定律可知,气缸内封闭气体的内能变化量为ΔU=Q+W=[280+(-120)] J=160 J
即内能增加了160 J
(2)若气体从B状态又返回A状态
则气体的内能变化量为ΔU'=-160 J
根据热力学第一定律可知,气体由B状态返回A状态的过程中有ΔU'=Q'+W'
则W'=ΔU'-Q'=(-160+150) J=-10 J
即气体从B状态返回A状态过程中,对外做功为10 J
但从B状态到A状态,气体体积减少,应该外界对气体做功,显然与实际情况不符,故该问题题设有误,该过程不能发生第3章 热力学定律
第1节 热力学第一定律
学习任务 功、热量与内能 第一类永动机
[教材链接] 阅读教材“功、热量与内能 第一类永动机”相关内容,完成下列填空:
1.改变物体内能的两种方式: 和 .
2.功、热量和内能改变的关系
(1)如果一个物体既不吸热也不放热,那么,当外界对它做功时,物体内能 ,且增加量 外界做的功;当物体对外界做功时,物体内能 ,且减少量 物体做的功.
(2)如果一个物体既不对外界做功,外界也不对它做功,那么当物体从外界吸热时,物体内能 ,其增加量 吸收的热量;当物体向外放热时,物体内能 ,其减少量 放出的热量.
3.热力学第一定律
(1)内容
物体与外界之间同时存在做功和热传递的过程中,物体内能的改变量ΔU等于外界对物体 与物体从外界 之和.
(2)表达式:ΔU=
(3)应用表达式ΔU=W+Q解题时应注意各量的正负:
①ΔU的正负:当物体内能增加时,ΔU为 值,物体内能减小时,ΔU为 值.(均选填“正”或“负”)
②W的正负:当外界对物体做功时,W为 值,物体对外界做功时,W为 值.(均选填“正”或“负”)
③Q的正负:当物体从外界吸热时,Q为 值,物体向外界放热时,Q为 值.(均选填“正”或“负”)
4.第一类永动机
(1)概念:不消耗任何能量而能永远 的机器.
(2)原因:设想能量能够无中生有地创造出来,违背了 .
[物理观念] 观察图中回答,钻木取火是通过什么方式改变木头的内能 用天然气烧水时,又是通过什么方式改变水的内能
例1 [2024·福州一中月考] 如图所示,一定质量的理想气体密封在绝热(即与外界不发生热交换)容器中,容器内装有一可以活动的绝热活塞.今对活塞施以一竖直向下的压力F,使活塞缓慢向下移动一段距离后,气体的体积减小.若忽略活塞与容器壁间的摩擦,则被密封的气体 ( )
A.温度升高,压强增大,内能减少
B.温度降低,压强增大,内能减少
C.温度升高,压强增大,内能增加
D.温度降低,压强减小,内能增加
[反思感悟]
例2 [2024·甘肃兰州期末] 一定质量的气体在某一过程中,外界对气体做了8×104 J的功,气体的内能减少了1.2×105 J,则下列各式正确的是 ( )
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=1.2×105 J,Q=2×104 J
D.W=-8×104 J,ΔU=-1.2×105 J,Q=-4×104 J
[反思感悟]
例3 如图所示,活塞将气缸分成甲、乙两气室,气缸、活塞(连同拉杆)是绝热的,且不漏气.以U甲、U乙分别表示甲、乙两气室中气体的内能,则在将拉杆缓慢向左拉的过程中 ( )
A.U甲不变,U乙减小
B.U甲不变,U乙增大
C.U甲增大,U乙不变
D.U甲增大,U乙减小
[反思感悟]
【要点总结】
1.ΔU=W的适用条件是绝热过程.在绝热过程中,外界对系统做功,系统的内能增加;系统对外做功,系统的内能减少.
2.功和内能的联系:
(1)功是过程量,内能是状态量;
(2)做功改变物体内能的过程是其他形式的能(如机械能)与内能相互转化的过程;
(3)在绝热过程中,做功一定能引起内能变化;
(4)物体的内能大,并不意味着做功多,只有在绝热过程中,内能变化较大才对应着做功较多.
1.(功和内能)一个气泡从恒温水槽的底部缓慢向上浮起(不计气泡内空气分子的势能),则下列说法正确的是 ( )
A.气泡对外做功,内能不变,同时放热
B.气泡对外做功,内能不变,同时吸热
C.气泡内能减少,同时放热
D.气泡内能不变,不吸热也不放热
2.(热力学第一定律)[2024·山东青岛一中月考] 如图所示,内壁光滑的绝热气缸固定在水平面上,其右端由于有挡板,厚度不计的绝热活塞不能离开气缸,气缸内封闭着一定质量的理想气体,活塞距气缸右端的距离为0.2 m.现对封闭气体加热,活塞缓慢移动,一段时间后停止加热,此时封闭气体的压强变为2×105 Pa.已知活塞的横截面积为0.04 m2,外部大气压强为1×105 Pa,加热过程中封闭气体吸收的热量为2000 J,则封闭气体的内能变化量为 ( )
A.400 J
B.1200 J
C.2000 J
D.2800 J
3.(热力学第一定律)如图,内壁光滑的气缸竖直放置在水平桌面上,气缸内封闭一定质量的气体.气体从状态A(活塞在A处)变为状态B(活塞在B处)时,气体吸收热量280 J,并对外做功120 J.
(1)气体的内能改变了多少 是增加还是减少
(2)某同学在上一问的基础上又接着提了后一个问题,说:“有人使气体从上一问的B状态再回到A状态,即回到原来A状态时的体积和温度,气体放出的热量是150 J,那么返回过程中气体对外做的功又是多少 ”请你对后一个问题进行评价.(共38张PPT)
第1节 热力学第一定律
学习任务 功、热量与内能 第一类永动机
备用习题
随堂巩固
学习任务 功、热量与内能 第一类永动机
［教材链接］ 阅读教材“功、热量与内能 第一类永动机”相关内容，完成下列填空：
1.改变物体内能的两种方式：______和________.
做功
热传递
2.功、热量和内能改变的关系
(1) 如果一个物体既不吸热也不放热，那么，当外界对它做功时，物体内能______，且增加量______外界做的功；当物体对外界做功时，物体内能______，且减少量______物体做的功.
增加
等于
减少
等于
(2) 如果一个物体既不对外界做功，外界也不对它做功，那么当物体从外界吸热时，物体内能______，其增加量______吸收的热量；当物体向外放热时，物体内能______，其减少量______放出的热量.
增加
等于
减少
等于
3.热力学第一定律
(1) 内容
物体与外界之间同时存在做功和热传递的过程中，物体内能的改变量等于外界对物体___________与物体从外界_____________之和.
所做的功
吸收的热量
(2) 表达式：_______
(3) 应用表达式解题时应注意各量的正负：
① 的正负：当物体内能增加时，为____值，物体内能减小时，为____值.(均选填“正”或“负”)
② 的正负：当外界对物体做功时，为____值，物体对外界做功时，为____值.(均选填“正”或“负”)
③ 的正负：当物体从外界吸热时，为____值，物体向外界放热时，为____值.(均选填“正”或“负”)
正
负
正
负
正
负
4.第一类永动机
(1) 概念：不消耗任何能量而能永远__________的机器.
(2) 原因：设想能量能够无中生有地创造出来，违背了_________________.
对外做功
热力学第一定律
［物理观念］ 观察图中回答，钻木取火是通过什么方式改变木头的内能？用天然气烧水时，又是通过什么方式改变水的内能？
[答案] 做功; 热传递
例1 [2024·福州一中月考] 如图所示,一定质量的理想气体密封在绝热(即与外界不发生热交换)容器中,容器内装有一可以活动的绝热活塞.今对活塞施以一竖直向下的压力,使活塞缓慢向下移动一段距离后,气体的体积减小.若忽略活塞与容器壁间的摩擦,则被密封的气体( )
A.温度升高,压强增大,内能减少 B.温度降低,压强增大,内能减少
C.温度升高,压强增大,内能增加 D.温度降低,压强减小,内能增加
√
[解析] 活塞对密闭的理想气体做正功,容器及活塞绝热,由功和内能的关系知,理想气体内能增大,温度升高,根据,可得体积减小,压强增大,故C正确.
例2 [2024·甘肃兰州期末] 一定质量的气体在某一过程中，外界对气体做了的功，气体的内能减少了，则下列各式正确的是 ( )
A.，，
B.，，
C.，，
D.，，
√
[解析] 因为外界对气体做功，取正值，即；气体内能减少，取负值，即；根据热力学第一定律，可知，B选项正确.
例3 如图所示，活塞将气缸分成甲、乙两气室，气缸、活塞(连同拉杆)是绝热的，且不漏气.以、分别表示甲、乙两气室中气体的内能，则在将拉杆缓慢向左拉的过程中( )
A.不变，减小 B.不变，增大
C.增大，不变 D.增大，减小
√
[解析] 由题意可知甲、乙两气室气体都经历绝热过程，内能的改变取决于做功的情况.对甲室内的气体，在拉杆缓慢向左拉的过程中，活塞左移，压缩气体，外界对甲室内的气体做功，内能增大；对乙室内的气体，活塞左移，气体膨胀，乙室内的气体对外界做功，内能减小，D正确.
【要点总结】
1.的适用条件是绝热过程.在绝热过程中,外界对系统做功,系统的内能增加;系统对外做功,系统的内能减少.
2.功和内能的联系:
(1)功是过程量,内能是状态量;
(2)做功改变物体内能的过程是其他形式的能(如机械能)与内能相互转化的过程;
(3)在绝热过程中,做功一定能引起内能变化;
(4)物体的内能大,并不意味着做功多,只有在绝热过程中,内能变化较大才对应着做功较多.
1.(多选)关于传热,下列说法正确的是( )
A.传热中,热量一定从含热量多的物体传向含热量少的物体
B.两个物体之间发生传热的条件是它们之间有温度差
C.在传热中,热量一定从内能多的物体传向内能少的物体
D.内能相等的两个物体相互接触时,也可能发生传热
√
√
[解析] 热量的概念只有在涉及能量的传递时才有意义,所以不能说物体含有多少热量,故A错误;物体间发生传热的条件是存在温度差,故B正确;在传热过程中,热量一定从温度高的物体传向温度低的物体,温度高的物体内能不一定多,故C错误,D正确.
2.(多选)某汽车后备箱内安装有撑起箱盖的装置,它主要由气缸和活塞组成.开箱时,密闭于气缸内的压缩气体膨胀,将箱盖顶起,如图所示.在此过程中,若缸内气体与外界无热量交换,忽略气体分子间的相互作用,则缸内气体( )
A.对外做正功,分子的平均动能减小
B.对外做正功,内能增大
C.对外做负功,分子的平均动能增大
D.对外做正功,内能减小
√
√
[解析] 气体膨胀,气体对外做正功,又因为气体与外界无热量交换,由此可知气体内能减小,B错误,D正确;因忽略气体分子间的相互作用,没有分子势能,所以分子平均动能减小,A正确,C错误.
3.对内能的理解,下列说法正确的是( )
A.系统的内能是由系统的状态决定的
B.做功可以改变系统的内能,但是单纯地对系统传热不能改变系统的内能
C.不计分子势能,质量和温度相同的氢气和氧气具有相同的内能
D.1 g 100 ℃水的内能大于1 g 100 ℃水蒸气的内能
√
[解析] 系统的内能是一个只依赖于系统自身状态的物理量,所以内能是由系统的状态决定的,故A正确;做功和传热都可以改变系统的内能,故B错误;质量和温度相同的氢气和氧气的分子平均动能相同,但它们的物质的量不同,内能不同,故C错误;在1 g 100 ℃的水变成100 ℃水蒸气的过程中,分子间距离变大,要克服分子间的引力做功,分子势能增大,所以1 g 100 ℃水的内能小于1 g 100 ℃水蒸气的内能,故D错误.
4.有一个小气泡从水池底缓慢地上升,气泡跟水不发生热传递,而气泡内气体体积不断增大.在气泡上升过程中( )
A.由于气泡克服重力做功,故它的内能减少
B.由于重力和浮力的合力对气泡做功,故它的内能增加
C.由于气泡内气体膨胀做功,故它的内能增加
D.由于气泡内气体膨胀做功,故它的内能减少
[解析] 合外力对气泡做功,改变气泡机械能的大小,选项A、B错误.气泡内气体膨胀对外做功,内能减少,选项C错误,选项D正确.
√
5.关于温度、内能和热量的说法中,正确的是( )
A.物体吸收热量时内能增加,温度一定升高
B.在汽油机的压缩冲程中,机械能转化为内能
C.用锯条锯木板,锯条从木板吸收了热量,锯条的温度升高
D.人们不敢大口喝热气腾腾的汤,是因为汤含有的热量较多
√
[解析] 晶体熔化过程中,吸热内能增加但温度不变,故A错误;汽油机在压缩冲程中把机械能转化为内能,使汽油和空气混合物的内能增加,温度升高,故B正确;用锯条锯木板,摩擦生热,机械能转化成内能,锯条的温度升高,是通过做功的方式增加了锯条和木板的内能,故C错误;热量是过程量,只能说吸收或放出多少热量,不能说含有多少热量,故D错误.
6.一定质量的理想气体从某一状态开始,经过一系列变化后又回到开始的状态,用W1表示外界对气体做的功,W2表示气体对外界做的功,Q1表示气体吸收的热量,Q2表示气体放出的热量,则在整个过程中一定有( )
A.Q1-Q2=W2-W1
B.Q1=Q2
C.W1=W2
D.Q1>Q2
√
[解析] 理想气体的初态和末态相同,则理想气体的内能变化为零.由热力学第一定律得ΔU=W总+Q总=(W1-W2)+(Q1-Q2)=0,所以W2-W1=Q1-Q2,选项A正确.
7. (多选)景颇族的祖先发明的点火器如图所示,用牛角做套筒,木制推杆前端粘着艾绒,猛推推杆,艾绒即可点燃.对筒内封闭的气体,在此压缩过程中,下列说法中正确的是有( )
A.气体温度升高,压强变大
B.气体温度不变,压强变大
C.外界对气体做正功,气体内能增加
D.气体对外界做正功,气体内能减少
√
√
[解析] 由于套筒内封闭着一定质量的气体,当猛推推杆时推杆迅速压缩气体,外界对气体做正功.由于这一过程进行得很快,可以看成是一个近似的绝热过程,即整个系统来不及向外界传递热量,由公式ΔU=W+Q,在瞬间Q=0、W>0,所以内能增加,则温度升高,气体体积减小,压强增大,故选A、C.
.
8. (多选)一定质量的理想气体,经过一个压缩过程后,体积减小为原来的一半,这个过程可以是等温的、绝热的或等压的过程,如图所示,在这三个过程中( )
A.绝热过程不做功
B.a、b、c、d中d的温度最高
C.等压过程内能减小
D.等温过程要吸热
√
√
[解析] 由p-V图像知a→b是等压过程,a→c过程压强与体积乘积为一个定值2pV,即a→c是等温过程,则a→d是绝热过程.p-V图像中面积表示气体做功,由图像知Wab9.气体温度计结构如图所示.玻璃测温泡A内充有理想气体,通过细玻璃管B和水银压强计相连.开始时A处于冰水混合物中,左管C中水银面在O点处,右管D中水银面高出O点h1=14 cm,后将A放入待测恒温槽中,上下移动D,使C中水银面仍在O点处,测得D中水银面高出O点h2=44 cm(已知外界大气压为标准大气压,标准大气压相当于76 cm高水银柱产生的压强).
1)恒温槽的温度为 ;
(2)此过程A中的气体内能 (选填“增大”或“减小”),气体不对外做功,气体将 (选填“吸热”或“放热”).
364.2 K
增大
吸热
[解析] (1)设恒温槽的温度为T2,由题意知T1=273.15 K,A内气体发生等容变化,根据查理定律得=,p1=p0+,p2=p0+,联立并代入数据得T2=364.2 K.
(2)此过程中A内气体温度升高,则内能增大,体积不变,则W=0,气体将吸热.
10.一定质量的理想气体从状态A经状态B变化到状态C,其p-图像如图所示,求该过程中气体吸收的热量Q.
[答案]
[解析] A→B过程,外界对气体做的功
W1=p(VA-VB)
B→C过程,W2=0
根据热力学第一定律得ΔU=(W1+W2)+Q
状态A和状态C的温度相等,ΔU=0
代入数据解得Q=2×105 J
1.(功和内能)一个气泡从恒温水槽的底部缓慢向上浮起(不计气泡内空气分子的势能)，则下列说法正确的是( )
A.气泡对外做功，内能不变，同时放热
B.气泡对外做功，内能不变，同时吸热
C.气泡内能减少，同时放热
D.气泡内能不变，不吸热也不放热
√
[解析] 在气泡缓慢上升的过程中，气泡外部的压强逐渐减小，气泡膨胀，对外做功，，由于外部恒温，且气泡缓慢上升，故可以认为上升过程中气泡内空气的温度始终等于外界温度，内能不变，即，由热力学第一定律知需从外界吸收热量，且吸收的热量等于气泡对外界所做的功，故B正确.
2.(热力学第一定律)[2024·山东青岛一中月考] 如图所示，内壁光滑的绝热气缸固定在水平面上，其右端由于有挡板，厚度不计的绝热活塞不能离
A. B. C. D.
开气缸，气缸内封闭着一定质量的理想气体，活塞距气缸右端的距离为.现对封闭气体加热，活塞缓慢移动，一段时间后停止加热，此时封闭气体的压强变为.已知活塞的横截面积为，外部大气压强为，加热过程中封闭气体吸收的热量为，则封闭气体的内能变化量为( )
√
[解析] 由题意可知，气体先等压变化，到活塞运动到挡板处再发生等容变化，等压变化过程气体对外做功，做功为，由热力学第一定律可知，封闭气体的内能变化量为，故B正确.
3.(热力学第一定律)如图，内壁光滑的气缸竖直放置在水平桌面上，气缸内封闭一定质量的气体.气体从状态(活塞在处)变为状态(活塞在处)时，气体吸收热量，并对外做功.
(1) 气体的内能改变了多少？是增加还是减少？
[答案] 增加
[解析] 根据热力学第一定律可知，气缸内封闭气体的内能变化量为
即内能增加了
(2) 某同学在上一问的基础上又接着提了后一个问题，说：“有人使气体从上一问的状态再回到状态，即回到原来状态时的体积和温度，气体放出的热量是，那么返回过程中气体对外做的功又是多少？”请你对后一个问题进行评价.
[答案] 见解析
[解析] 若气体从状态又返回状态
则气体的内能变化量为
根据热力学第一定律可知，气体由状态返回状态的过程中有
则
即气体从状态返回状态过程中，对外做功为
但从状态到状态，气体体积减少，应该外界对气体做功，显然与实际情况不符，故该问题题设有误，该过程不能发生第3章 热力学定律
第1节 热力学第一定律
第2节 能量的转化与守恒
1.C [解析] 根据热力学第一定律ΔU=W+Q,物体内能的变化与做功及热传递两个因素均有关,物体吸收热量,内能不一定增大,因为物体可能同时对外做功,故内能可能不变或减少,A错误,C正确;物体对外做功,可能同时吸收热量,故内能可能不变或增大,B错误;物体放出热量,同时对外做功,内能一定减少,D错误.
2.D [解析] 做功和热传递都可以改变物体的内能,物体的内能增加了20 J,不能确定是通过做功还是传热来实现的,故选项A、B错误;物体的内能包括所有分子热运动的动能和分子势能,内能由分子数、分子平均动能、分子势能三者决定,故选项C错误,D正确.
3.A [解析] 一定质量的理想气体,从某一状态开始,经过一系列变化后又回到开始的状态,说明整个变化过程内能的变化为零,根据热力学第一定律可得ΔU=W1-W2+Q1-Q2=0,可得Q1-Q2=W2-W1,因为没有具体的变化过程,所以无法判断W1与W2的大小关系,也无法判断Q1与Q2的大小关系,A正确,B、C、D错误.
4.不变 放热 外界对气体 升高
[解析] 上下乘客时气缸内气体的体积变化缓慢,气体与外界有充分的热交换,则气体温度不变,内能不变,即ΔU=0;在气体压缩的过程中,外界对气体做正功,即W>0,根据热力学第一定律ΔU=Q+W,可得Q<0,所以气体对外放出热量;剧烈颠簸时气缸内气体的体积变化较快,气体与外界来不及热交换,即Q=0,在气体压缩的过程中,外界对气体做正功,即W>0;根据热力学第一定律ΔU=Q+W,可得ΔU>0,即气体的内能增加,温度升高.
5.D [解析] 不管转轮是顺时针转动还是逆时针转动,在无外力作用下,只能是转动变慢,最终停下来,A、B错误;由能量守恒定律可知,该设计在不消耗能源的情况下不断地对外做功是不可能的,这种设想不可能实现,C错误,D正确.
6.AD [解析] 第一类永动机是不消耗任何能量却能源源不断对外做功的机器,这是人们的美好愿望,但它违背了能量守恒定律,这也是它不可能制成的原因,故A、D正确,B、C错误.
7.AD [解析] 这四个现象中物体运动过程中都受到阻力作用,汽车主要受摩擦阻力,流星、降落伞受空气阻力,条形磁铁下落受磁场阻力,因而物体都克服阻力做功,A正确.四个物体的运动过程中,汽车是动能转化成了内能,流星、降落伞、条形磁铁是重力势能转化成其他形式的能,总之是机械能转化成了其他形式的能,D正确.
8.BD [解析] 气缸整体是绝热的,当移动活塞P时,有外力对系统做功,根据热力学第一定律可知,系统的内能要增加,因此从整体上讲,甲、乙的内能都要增加,但外力并没有直接对甲做功,甲的内能之所以增加是因为吸收了热量,而乙放出热量,所以A、C正确,B、D错误.
9.BC [解析] 由于温度不变,则分子的平均动能不变,又因为是理想气体,所以气体的内能不变,A错误;气球爆裂,说明气球上升的过程中体积增大,单位体积内分子的个数减少,单位时间内撞到单位面积器壁上的分子数减少,B正确;由于气体体积增大,气体对外做功,C正确;气体内能不变,气体对外做功,由热力学第一定律,气体从外界吸收热量,D错误.
10.C [解析] 向外拉活塞,封闭气体的体积变大,分子间的平均距离增大,故A错误;对于一定质量的理想气体,气体的内能和分子平均速率只取决于温度,由题可知,温度不变,则封闭气体的内能不变,封闭气体分子的平均速率也不变,故B错误;根据ΔU=W+Q可知,温度不变,则内能不变,即ΔU=0,用力向外缓慢拉动活塞,则W<0,故Q>0,即气体从外界吸收热量,故C正确;用力向外缓慢拉动活塞过程中,气体对活塞做正功,则活塞对气体做负功,故D错误.
11.保持不变 吸收
[解析] 由于罐内气体(可看成理想气体)温度保持不变,故内能保持不变;随着药液的不断喷出,气体的体积增大,气体对外做功,由于气体内能不变,根据热力学第一定律ΔU=W+Q可知,气体吸收热量.
12.(1)1.4 m (2)增加4.8 J
[解析] (1)设平衡时活塞距气缸底部的距离为h2,取封闭气体为研究对象,气体发生等压变化,
由盖—吕萨克定律得=
解得h2=1.4 m
(2)在此过程中气体对外做功
W=p0S(h2-h)+mg(h2-h)
由热力学第一定律得ΔU=Q-W
解得ΔU=4.8 J
即气体内能增加4.8 J第3章 热力学定律
第1节 热力学第一定律第2节 能量的转化与守恒
建议用时:40分钟
◆ 知识点一 热力学第一定律
1.关于内能的变化,以下说法正确的是 ( )
A.物体吸收热量,内能一定增大
B.物体对外做功,内能一定减少
C.物体吸收热量,同时对外做功,内能可能不变
D.物体放出热量,同时对外做功,内能可能不变
2.物体的内能增加了20 J,下列说法中正确的是 ( )
A.一定是外界对物体做了20 J的功
B.一定是物体吸收了20 J的热量
C.物体的分子动能一定增加了20 J
D.物体的分子平均动能可能不变
3.[2024·三明期末] 一定质量的理想气体,从某一状态开始,经过一系列变化后又回到开始的状态,用W1表示外界对气体做的功,W2表示气体对外界做的功,Q1表示气体吸收的热量,Q2表示气体放出的热量,则在整个过程中一定有 ( )
A.Q1-Q2=W2-W1 B.Q1=Q2
C.W1=W2 D.Q1>Q2
4.[2024·广东深圳期末] 列车运行的平稳性与车厢的振动密切相关,车厢底部安装的空气弹簧可以有效减震,空气弹簧主要由活塞、气缸及内封的一定质量的气体构成.上下乘客及剧烈颠簸均能引起车厢振动,上下乘客时气缸内气体的体积变化缓慢,气体与外界有充分的热交换,剧烈颠簸时气缸内气体的体积变化较快,气体与外界来不及热交换.若外界环境温度保持不变,气缸内气体视为理想气体,在气体压缩的过程中,当上下乘客时,气体的内能 (选填“增加”“减少”或“不变”),气体从(向)外界 (选填“吸热”或“放热”);剧烈颠簸时, (选填“外界对气体”或“气体对外界”)做功,气体的温度 (选填“升高”“降低”或“不变”).
◆ 知识点二 能量守恒定律 第一类永动机
5.文艺复兴时期,意大利的达·芬奇曾设计过一种转轮,利用隔板的特殊形状,使一边重球滚到另一边距离轮心远些的地方,并认为这样可以使轮子不停地转动,如图所示.下列说法正确的是 ( )
A.该设计可以使转轮在无外力作用下顺时针转动变快
B.该设计可以使转轮在无外力作用下逆时针转动变快
C.该设计可以在不消耗能源的情况下不断地对外做功
D.该设计中使转轮成为永动机的设想是不可能实现的
6.(多选)下列关于第一类永动机的说法正确的是 ( )
A.第一类永动机是不消耗任何能量却能源源不断对外做功的机器
B.随着科技的发展,第一类永动机是可以制成的
C.第一类永动机不可能制成的原因是技术问题
D.第一类永动机不可能制成的原因是违背了能量守恒定律
7.(多选)行驶中的汽车刹车后会滑行一段距离,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.上述不同现象所包含的相同物理过程是 ( )
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
8.(多选)如图所示,固定容器及可动活塞P都是绝热的,中间有一导热的固定隔板B,B的两边分别盛有气体甲和乙,现将活塞P缓慢地向B移动一段距离,已知气体的温度随其内能的增加而升高,则在移动P的过程中,下列说法不正确的是 ( )
A.外力对乙做功,乙的内能增加
B.外力对甲做功,甲的内能增加
C.甲吸收来自乙的热量,从而内能增加
D.甲吸热,乙放热,甲、乙内能总和不变
9.(多选)学校在校庆时,同学们释放了氢气球以渲染会场气氛,气球上升到一定高度时,气球爆裂,假设环境的温度恒定不变,且气体可视为理想气体,则下列说法正确的是 ( )
A.上升过程中气球内气体内能增大
B.上升过程中,单位时间、单位面积上碰撞的分子数减少
C.上升过程中,气球内气体对外做功
D.上升过程中,气球内气体向外界放出热量
10.[2024·厦门期末] 恒温环境中,在导热性能良好的注射器内,用活塞封闭了一定质量的理想气体,用力缓慢向外拉活塞,此过程中 ( )
A.封闭气体分子间的平均距离减小
B.封闭气体分子的平均速率减小
C.封闭气体从外界吸热
D.活塞对封闭气体做正功
11.如图所示为压缩式喷雾器.给储液罐打足气,打开开关就可以让药液喷撒出来.若罐内气体(可看成理想气体)温度保持不变,随着药液的不断喷出,则罐内气体内能 (选填“不断增大”“不断减小”或“保持不变”),气体 (选填“吸收”或“放出”)热量.
12.如图所示,一定质量的理想气体被活塞封闭在可导热的气缸内,活塞可沿气缸无摩擦地滑动.活塞横截面积S=1.0×10-3 m2,质量m=2 kg,气缸竖直放置时,活塞相对于底部的高度h=1.2 m,室温等于27 ℃;现将气缸置于77 ℃的热水中,已知大气压强p0=1.0×105 Pa,g取10 m/s2,求:
(1)平衡时活塞离气缸底部的距离;
(2)此过程中内部气体吸收热量为28.8 J,气体内能的变化量.第2节 能量的转化与守恒
[教材链接] 1.能量守恒 2.焦耳定律
[科学探究] 这不是永动机.手表戴在手腕上,通过手臂的运动,机械手表获得能量,供手表指针走动.若将此手表长时间放置不动,它就会停下来.
例1 D [解析] 根据题意用大拇指压一下打火机上的按钮,压电陶瓷片就会产生10~20 kV的高压,形成火花放电,从而点燃可燃气体.转化前要消耗机械能,转化后得到了电能,即压电陶瓷片完成的能量转化是机械能转化为电能,故选D.
例2 C [解析] 焦耳通过多次实验,最后得到的结论是:在各种不同的绝热过程中,系统状态的改变与做功方式无关,仅与做功数量有关,故选C.
[教材链接] 1.(1)消失 创生 转化 转移 保持不变 (2)普遍联系 统一性
例3 AC [解析] 热平衡的条件是温度相等,热传递的方向是从温度高的物体自发传向温度低的物体;不和外界交换热量,在热传递过程中高温物体放出的热量等于低温物体吸收的热量,故A、C正确,B、D错误.
例4 20.6 ℃
[解析] 依题意,可求得1 h太阳能热水器可以接收的太阳能为
E太阳=1.2×103×2×3600 J=8.64×106 J
水吸收的热量为Q吸=ηE太阳=50%×8.64×106 J=4.32×106 J
则水箱中50 kg水升高的温度为
Δt== ℃≈20.6 ℃
例5 增大 小于
[解析] 乒乓球导热性能良好,故吹热风,乒乓球内部气体温度升高,故球内气体分子的平均动能增大;根据热力学第一定律ΔU=W+Q,气体体积增大,故气体对外界做功,W<0,温度升高,内能增大,故球内气体内能的增加量小于吸收的热量.
随堂巩固
1.AC [解析] 该实验可测定做功和内能变化的关系,故A正确;该实验是绝热过程,没有热传递,水内能改变是由于做功,故C正确;做功表示能量的转化,而热量表示热传递中内能的转移,二者有区别,故B、D错误.
2.D [解析] 在状态a到状态b的过程中气体体积不变,气体不对外界做功,外界也不对气体做功,选项A错误;在状态a到状态b的过程中气体的体积不变,压强变大,则温度升高,气体的内能增加,选项B错误;在状态b到状态c的过程中气体温度不变,内能不变,体积变大,对外做功,则气体吸热,选项C错误;在状态c到状态a的过程中气体的压强不变,体积减小,则温度降低,选项D正确.
3.(1) (2)吸热,原因见解析
[解析] (1)气体状态参量:T1=(273.15-3) K=270.15 K
T2=(273.15+27) K=300.15 K
p1=p0
p2=p0-15 Pa
V=12 m3
以车内剩余气体为研究对象,由理想气体状态方程得=
得ΔV≈1.2 m3
车内减少的气体质量与启用前车内气体总质量之比=
代入数据解得=
(2)抽气过程剩余气体的温度升高,内能增加,ΔU>0
剩余气体体积增大对外做功,W<0,由热力学第一定律
ΔU=W+Q
可知Q=ΔU-W>0
气体从外界吸收热量.第2节 能量的转化与守恒
学习任务一 能量守恒定律的发现
[教材链接] 阅读教材“能量守恒定律的发现”相关内容,完成下列填空:
1.迈尔的发现:从理论上具体论证了机械能、内能、化学能、电磁能等都可相互转化,随后他提出了物理、化学过程中 的思想.
2.焦耳的研究:通过实验得出了 ,从而给出了电能向内能转化的定量关系,为发现普遍的能量守恒定律打下基础.
3.亥姆霍兹的贡献:系统地阐述了能量守恒原理,从理论上把力学中的能量守恒原理推广到热、光、电、磁、化学反应等过程,揭示了它们之间的统一性,将能量守恒原理与永动机不可能实现联系起来.
[科学探究] 有一种所谓“全自动”机械手表如图所示,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1 [2024·厦门期末] 有一种叫作“压电陶瓷”的电子元件,当对它挤压或拉伸时,它的两端就会形成一定的电压,这种现象称为压电效应.一种燃气打火机,就是应用了该元件的压电效应制成的.只要用大拇指压一下打火机上的按钮,压电陶瓷片就会产生10~20 kV的高压,形成火花放电,从而点燃可燃气体.在上述过程中,压电陶瓷片完成的能量转化是 ( )
A.化学能转化为电能
B.内能转化为电能
C.化学能转化为光能
D.机械能转化为电能
[反思感悟]
例2 [2024·福州一中月考] 如图所示是焦耳研究热与功之间关系的两个典型实验,那么从焦耳的这两个实验中可得出的结论是 ( )
A.系统状态的改变只能通过热传递来实现
B.机械能守恒
C.在各种不同的绝热过程中,系统状态的改变与做功方式无关,仅与做功数量有关
D.在各种不同的绝热过程中,系统状态的改变不仅与做功方式有关,还与做功数量有关
[反思感悟]
学习任务二 能量守恒定律及其应用
[教材链接] 阅读教材“能量守恒定律及其应用”相关内容,完成下列填空:
1.能量守恒定律
(1)内容
能量既不会 ,也不会 ,它只能从一种形式 为其他形式,或者从一个物体 到其他物体,而能量的总值 .
(2)意义
揭示了自然科学各个分支之间的 ,是自然界内在 的第一个有力证据.
2.热力学第一定律与能量守恒定律的比较
(1)能量守恒定律是各种形式的能相互转化或转移的过程,总能量保持不变,它包括各个领域,范围广泛.
(2)热力学第一定律是物体内能与其他形式的能之间的相互转化或转移,是能量守恒定律在热现象领域内的具体体现.
例3 (多选)[2024·三明一中月考] 一铜块和一铁块质量相等,铜块的温度T1比铁块的温度T2高,当它们接触在一起时,如果不和外界交换热量,则 ( )
A.从两者开始接触到热平衡的整个过程中,铜块内能的减少量等于铁块内能的增加量
B.在两者达到热平衡以前的任意一段时间内,铜块内能的减少量不等于铁块内能的增加量
C.在两者达到热平衡以前的任意一段时间内,铜块内能的减少量都等于铁块内能的增加量
D.达到热平衡时,铜块的温度比铁块的低
[反思感悟]
例4 太阳能的光热转化是目前技术最为成熟、应用最广泛的太阳能利用形式,从有关资料获悉,在晴天时,垂直于阳光的地球表面接收到的光辐射为1.2×103 J/(m2·s).如图所示,有一台太阳能热水器,可将接收到的光辐射的50%用来升高水温,如果该热水器接受阳光垂直照射的有效面积始终是2 m2,水的比热容c=4200 J/(kg·℃),晴天晒1 h,其水箱中50 kg水的温度能升高多少摄氏度
例5 [2024·厦门一中月考] 如图所示,小云将瘪了的乒乓球放在电吹风的上方,电吹风向上吹热风,过一会儿乒乓球就鼓了起来.乒乓球导热性能良好且无破损,球内气体可视为理想气体,则此过程中,球内气体分子的平均动能 (选填“增大”“减小”或“不变”),球内气体内能的增加量 (选填“大于”“等于”或“小于”)吸收的热量.
[反思感悟]
【要点总结】
1.气体的状态变化情况可以由图像直接判断或者结合三个气体实验定律和理想气体状态方程进行分析.
2.气体的做功情况、内能变化以及吸、放热关系的分析方法:
(1)利用体积的变化分析做功情况.一般情况下,气体体积增大,气体对外界做功;气体体积减小,外界对气体做功.
(2)利用温度的变化分析理想气体内能的变化.一定质量的理想气体的内能仅与温度有关,温度升高,内能增大;温度降低,内能减小.
(3)若已知气体的做功情况和内能的变化情况,利用热力学第一定律ΔU=W+Q,Q=ΔU-W,可判断气体状态变化是吸热过程还是放热过程.
1.(焦耳的实验)(多选)[2024·三明期末] 如图为焦耳实验装置示意图,用绝热性能良好的材料制作容器,重物下落时带动叶片转动,搅拌容器里的水,引起水温升高,关于这个实验,下列说法正确的是 ( )
A.该装置可测定做功和内能变化的关系
B.做功增加了水的热量
C.做功增加了水的内能
D.功和热量是完全等价的,无区别
2.(能量守恒)[2024·广西桂林三中月考] 如图所示,一定质量的理想气体从状态a经过等容、等温、等压三个过程,先后达到状态b、c,再回到状态a.下列说法正确的是 ( )
A.在状态a到状态b的过程中气体对外做功
B.在状态a到状态b的过程中气体的内能减少
C.在状态b到状态c的过程中气体向外界放热
D.在状态c到状态a的过程中气体的温度降低
3.(热力学第一定律与气体实验定律的综合问题)[2024·厦门六中月考] 负压救护车被业内称为“移动的N95口罩”.所谓负压,就是通过负压排风净化装置,使车内气压低于车外,空气在自由流动时只能由车外流向车内,而且负压救护车还能将车内的空气进行无害化处理后排出,避免更多的人感染,在救治和转运传染病患者等特殊疾病患者时可以最大限度地减少医务人员交叉感染的几率.若已知某负压救护车内部空间体积V= 12 m3,启用前车内温度t1=-3 ℃,外界大气压强为p0=1.01×105 Pa,启用后,某时刻监测到车内温度t2=27 ℃、负压为-15 Pa(指车内与外界大气压p0的差值).
(1)试估算负压排风净化系统启用后,负压救护车内部空间减少的气体质量与启用前内部空间气体总质量的比值;
(2)判断在负压排风净化系统启用过程中剩余气体是吸热还是放热,并简述原因.(共36张PPT)
第2节 能量的转化与守恒
学习任务一 能量守恒定律的发现
学习任务二 能量守恒定律及其应用
备用习题
随堂巩固
学习任务一 能量守恒定律的发现
［教材链接］ 阅读教材“能量守恒定律的发现”相关内容，完成下列填空：
1.迈尔的发现：从理论上具体论证了机械能、内能、化学能、电磁能等都可相互转化，随后他提出了物理、化学过程中__________的思想.
2.焦耳的研究：通过实验得出了__________，从而给出了电能向内能转化的定量关系，为发现普遍的能量守恒定律打下基础.
能量守恒
焦耳定律
3.亥姆霍兹的贡献：系统地阐述了能量守恒原理，从理论上把力学中的能量守恒原理推广到热、光、电、磁、化学反应等过程，揭示了它们之间的统一性，将能量守恒原理与永动机不可能实现联系起来.
［科学探究］ 有一种所谓“全自动”机械手表如图所示，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？
[答案] 这不是永动机.手表戴在手腕上，通过手臂的运动，机械手表获得能量，供手表指针走动.若将此手表长时间放置不动，它就会停下来.
例1 [2024·厦门期末] 有一种叫作“压电陶瓷”的电子元件，当对它挤压或拉伸时，它的两端就会形成一定的电压，这种现象称为压电效应.一种燃气打火机，就是应用了该元件的压电效应制成的.只要用大拇指压一下打火机上的按钮，压电陶瓷片就会产生的高压，形成火花放电，从而点燃可燃气体.在上述过程中，压电陶瓷片完成的能量转化是( )
A.化学能转化为电能 B.内能转化为电能
C.化学能转化为光能 D.机械能转化为电能
√
[解析] 根据题意用大拇指压一下打火机上的按钮，压电陶瓷片就会产生的高压，形成火花放电，从而点燃可燃气体.转化前要消耗机械能，转化后得到了电能，即压电陶瓷片完成的能量转化是机械能转化为电能，故选D.
例2 [2024·福州一中月考] 如图所示是焦耳研究热与功之间关系的两个典型实验,那么从焦耳的这两个实验中可得出的结论是( )
A.系统状态的改变只能通过热传递来实现
B.机械能守恒
C.在各种不同的绝热过程中,系统状态的改变与做功方式无关,仅与做功数量有关
D.在各种不同的绝热过程中,系统状态的改变不仅与做功方式有关,还与做功数量有关
[解析] 焦耳通过多次实验,最后得到的结论是:在各种不同的绝热过程中,系统状态的改变与做功方式无关,仅与做功数量有关,故选C.
√
学习任务二 能量守恒定律及其应用
［教材链接］ 阅读教材“能量守恒定律及其应用”相关内容，完成下列填空：
1.能量守恒定律
(1) 内容
能量既不会______，也不会______，它只能从一种形式______为其他形式，或者从一个物体______到其他物体，而能量的总值__________.
消失
创生
转化
转移
保持不变
(2) 意义
揭示了自然科学各个分支之间的__________，是自然界内在________的第一个有力证据.
普遍联系
统一性
2.热力学第一定律与能量守恒定律的比较
(1)能量守恒定律是各种形式的能相互转化或转移的过程，总能量保持不变，它包括各个领域，范围广泛.
(2)热力学第一定律是物体内能与其他形式的能之间的相互转化或转移，是能量守恒定律在热现象领域内的具体体现.
例3 (多选)[2024·三明一中月考] 一铜块和一铁块质量相等,铜块的温度比铁块的温度高,当它们接触在一起时,如果不和外界交换热量,则( )
A.从两者开始接触到热平衡的整个过程中,铜块内能的减少量等于铁块内能的增加量
B.在两者达到热平衡以前的任意一段时间内,铜块内能的减少量不等于铁块内能的增加量
C.在两者达到热平衡以前的任意一段时间内,铜块内能的减少量都等于铁块内能的增加量
D.达到热平衡时,铜块的温度比铁块的低
√
√
[解析] 热平衡的条件是温度相等,热传递的方向是从温度高的物体自发传向温度低的物体;不和外界交换热量,在热传递过程中高温物体放出的热量等于低温物体吸收的热量,故A、C正确,B、D错误.
例4 太阳能的光热转化是目前技术最为成熟、应用最广泛的太阳能利用形式,从有关资料获悉,在晴天时,垂直于阳光的地球表面接收到的光辐射为.如图所示,有一台太阳能热水器,可将接收到的光辐射的用来升高水温,
[答案]
如果该热水器接受阳光垂直照射的有效面积始终是,水的比热容/，晴天晒,其水箱中水的温度能升高多少摄氏度
[解析] 依题意,可求得太阳能热水器可以接收的太阳能为
水吸收的热量为
则水箱中水升高的温度为
例5 [2024·厦门一中月考] 如图所示，小云将瘪了的乒乓球放在电吹风的上方，电吹风向上吹热风，过一会儿乒乓球就鼓了起来.乒乓球导热性能良好且无破损，球内气体可视为理想气体，则此
增大
小于
过程中，球内气体分子的平均动能______(选填“增大”“减小”或“不变”)，球内气体内能的增加量______(选填“大于”“等于”或“小于”)吸收的热量.
[解析] 乒乓球导热性能良好，故吹热风，乒乓球内部气体温度升高，故球内气体分子的平均动能增大；根据热力学第一定律，气体体积增大，故气体对外界做功，，温度升高，内能增大，故球内气体内能的增加量小于吸收的热量.
【要点总结】
1.气体的状态变化情况可以由图像直接判断或者结合三个气体实验定律和理想气体状态方程进行分析.
2.气体的做功情况、内能变化以及吸、放热关系的分析方法:
(1)利用体积的变化分析做功情况.一般情况下,气体体积增大,气体对外界做功;气体体积减小,外界对气体做功.
(2)利用温度的变化分析理想气体内能的变化.一定质量的理想气体的内能仅与温度有关,温度升高,内能增大;温度降低,内能减小.
(3)若已知气体的做功情况和内能的变化情况,利用热力学第一定律,,可判断气体状态变化是吸热过程还是放热过程.
1.能量守恒定律是自然界最基本的规律之一.下列关于能量转化的说法中正确的是( )
A.电饭锅主要将电能转化为内能
B.电风扇主要将机械能转化为内能
C.电动机主要将机械能转化为电能
D.太阳能热水器主要将内能转化为光能
√
[解析] 电饭锅主要是用来发热的,因此,电饭锅工作时,主要是将电能转化为内能,A正确;电风扇工作时,消耗电能,使扇叶转动,得到的是机械能,故电风扇主要是将电能转化为机械能,B错误;电动机工作时,消耗电能,使电动机运转,得到机械能,故电动机主要是将电能转化为机械能,C错误;太阳能热水器是将太阳能转化为内能,D错误.
2.下列说法中正确的是( )
A.自然界的能量的总和是守恒的,所以节约能源是毫无意义的
B.电源是通过静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装置
C.电能转化为其他形式的能,是通过电流做功来实现的
D.能量耗散表明自然界的能量总和在不断减少
√
[解析] 自然界的能量的总和是守恒的,但人类可以利用的能源是有限的,节约能源不仅能使我们长久利用,并且可以减小由于常规能源在使用中带来的污染,节约能源对人类社会的发展有很大的意义,故A错误;电源是通过非静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装置,故B错误;通过电流做功,把电能转化为其他形式的能量,故C正确;能量耗散是针对一个系统(或一个物体)而言的,能量在自然界中是守恒的,故D错误.
3.第一类永动机是不可能制成的,这是因为( )
A.它不符合机械能守恒定律
B.它违背了能量守恒定律
C.它做功产生的热不符合热功当量
D.暂时找不到合理的设计方案和理想材料
√
[解析] 第一类永动机不可能制成的原因是违背了能量守恒定律,故B正确,A、C、D错误.
4.有关能量守恒定律,下列说法正确的是( )
A.能量守恒定律只适用于机械能与内能的相互转化
B.能量守恒定律只适用于能量转化过程
C.“摩擦生热”是创造了热,它不符合能量守恒定律
D.按照能量守恒定律,宇宙中的能量总和永远不会增减
√
[解析] 能量守恒定律适用于自然界中任何形式能的相互转化,A错误;能量守恒定律既适用能量转化过程,又适用于能量的转移过程,B错误;“摩擦生热”是将机械能转化为内能的过程,所以它也是符合能量守恒定律的,C错误;根据能量守恒定律,宇宙中的能量总和不变,D正确.
.
5.如图所示为风力发电机,风力带动叶片转动,叶片再带动转子(磁极)转动,使定子(线圈,不计电阻)中产生感应电流,实现风能向电能的转化.若叶片长为l,设定的额定风速为v,空气的密度为ρ,额定风速下发电机的输出功率为P,则风能转化为电能的效率为( )
A. B.
C. D.
√
[解析] 建立一个“风柱”模型,风柱的横截面积为叶片旋转扫出的面积S=πl2,经过时间t风柱长度x=vt,所形成的风柱体积V=πl2vt,风柱的质量m=ρV=ρπl2vt,根据动能定理,风力在这一段位移做的功W=Ek=mv2=ρπl2vt·v2=ρπl2v3t,风柱的功率 P风==ρπl2v3,风能转化为电能的效率η==,故A正确,B、C、D错误.
1.(焦耳的实验)(多选)[2024·三明期末] 如图为焦耳实验装置示意图,用绝热性能良好的材料制作容器,重物下落时带动叶片转动,搅拌容器里的水,引起水温升高,关于这个实验,下列说法正确的是( )
A.该装置可测定做功和内能变化的关系
B.做功增加了水的热量
C.做功增加了水的内能
D.功和热量是完全等价的,无区别
√
√
[解析] 该实验可测定做功和内能变化的关系,故A正确;该实验是绝热过程,没有热传递,水内能改变是由于做功,故C正确;做功表示能量的转化,而热量表示热传递中内能的转移,二者有区别,故B、D错误.
2.(能量守恒)[2024·广西桂林三中月考] 如图所示,一定质量的理想气体从状态经过等容、等温、等压三个过程,先后达到状态、,再回到状态.下列说法正确的是( )
A.在状态到状态的过程中气体对外做功
B.在状态到状态的过程中气体的内能减少
C.在状态到状态的过程中气体向外界放热
D.在状态到状态的过程中气体的温度降低
√
[解析] 在状态到状态的过程中气体体积不变,气体不对外界做功,外界也不对气体做功,选项A错误;在状态到状态的过程中气体的体积不变,压强变大,则温度升高,气体的内能增加,选项B错误;在状态到状态的过程中气体温
度不变,内能不变,体积变大,对外做功,则气体吸热,选项C错误;在状态到状态的过程中气体的压强不变,体积减小,则温度降低,选项D正确.
3.(热力学第一定律与气体实验定律的综合问题)[2024·厦门六中月考] 负压救护车被业内称为“移动的口罩”.所谓负压,就是通过负压排风净化装置,使车内气压低于车外,空气在自由流动
时只能由车外流向车内,而且负压救护车还能将车内的空气进行无害化处理后排出,避免更多的人感染,在救治和转运传染病患者等特殊疾病患者时可以最大限度地减少医务人员交叉感染的几率.若已知某负压救护车内部空间体积,启用前车内温度,外界大气压强为,启用后,某时刻监测到车内温度、负压为(指车内与外界大气压的差值).
(1) 试估算负压排风净化系统启用后,负压救护车内部空间减少的气体质量与启用前内部空间气体总质量的比值;
[答案]
[解析] 气体状态参量:
以车内剩余气体为研究对象,由理想气体状态方程得
得
车内减少的气体质量与启用前车内气体总质量之比
代入数据解得
(2) 判断在负压排风净化系统启用过程中剩余气体是吸热还是放热,并简述原因.
[答案] 吸热,原因见解析
[解析] 抽气过程剩余气体的温度升高,内能增加,
剩余气体体积增大对外做功,,由热力学第一定律
可知
气体从外界吸收热量.
