沪教版高中物理选修1-2 2.2热力学第一定律_学案1

热力学第一定律
【学习目标】
1．掌握热力学第一定律及其公式表达，会用表达式分析和计算问题。
2．了解第一类永动机不可能制成的原因。
【学习重难点】
1．改变内能的两种形式
2．热力学第一定律相关计算
【学习过程】
1．热力学第一定律
（1）热力学第一定律表示的是功、热量跟内能之间的定量关系。
（2）表达式为 ： 。
（3）W、Q、ΔU正负号确定。
①W：外界对物体做功，W取正值；物体对外界做功，W取 值。
②Q：物体吸热，Q取正值；物体放热。Q取 值。
③ΔU：物体内能增加，ΔU取正值；物体内能减少，ΔU取 值。
2．永动机不可能制成
人们把设想中的不消耗任何能量却可以源源不断地对外做功的机器叫做永动机，能量守恒定律的发现使人们认识到：任何一部机器，只能使能量从一种形式转化为另一种形式，而不能无中生有地制造能量，因此第一类永动机是不可能造成的。
【问题探究】
1．热力学第一定律的几种典型应用：
（1）若过程是绝热的，即Q＝0，则W=ΔU，外界对物体做的功等于物体内能的增梅
（2）若过程中不做功。即W＝0，则Q＝ΔU，物体吸收的热量等于物体内能的增加。
（3）若过程的始末物体的内能不变，即，ΔU=0，则W+Q＝0，外界对物体做的功等于物体放出的热量，或者物体对外界做的功等于物体吸收的热量。
例题探究
例1 气体膨胀对外做功100J，同时从外界吸收了120 J的热量。它的内能的变化可能是（ ）
A．减小20J B．增大20J
C．减小220J D．增大220J
【解析】研究对象为气体。依符号规则，对外做功W＝－100J，吸收热量Q＝＋120J，由热力学第一定律有
＞0，说明气体的内能增加。故选项B正确。
(说明)（1）要明确研究的对象是哪个物体或者说是哪个热力学系统。
（2）应用热力学第一定律计算时，要依照符号规则代入数据。 对结果的正、负，也同样依照符号规则来解释其意义。
例2 关于物体内能的变化，以下说法中正确的是 ( )
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
(解析)根据热力学第一定律知，物体内能的变化与外界对气体做功(或气体对外界做功)、气体从外界吸热(或向外界放热)两种因素有关。物体吸收热量，但有可能同时对外做功，故内能有可能不变甚至减小，故选项A错。同理，物体对外做功的同时有可能吸热，故内能不一定减小，选项B错。若物体吸收的热量与对外做功相等，内能不变，选项C正确。而放热与对外做功均使物体内能减小，选项D错。故本题的正确答案为C．
【达标检测】
1．关于物体内能的变化情况，下列说法中正确的是 ( )
A．吸热的物体，其内能一定增加 B．体积膨胀的物体，其内能一定减少
C．放热的物体，其内能也可能增加 D．绝热压缩的物体，其内能一定增加
2．当物体的温度没有改变时，下列说法中比较确切的是( )
A．物体一定没有吸热 B．物体的内能有可能改变
C．物体的内能一定没有改变 D．物体与外界可能有热交换
3．气缸中的气体膨胀时推动活塞向外运动，若气体对活塞做的功是6×103J，气体的内能减少了8×103J，则在此过程中气体_____热，吸收或放出的热量是_______J。
4．100℃的水完全变成100℃的水蒸气的过程中( )
A．水分子的平均动能增加
B．水分子的势能增加
C．水所增加的内能小于所吸收的热量
D．水所增加的内能等于所吸收的热量
5．有上下摆动且高度越来越低的滚摆，则下列关于能量的说法正确的有( )
A．滚摆的机械能守恒
B．能量正在消失
C．只有动能和势能的相互转化
D．减少的机械能转化为内能，但总能量守恒
6．关于物体的内能变化，以下说法中正确的是( )
A．物体吸收热量，内能一定增加
B．物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变
C．物体对外做功，内能一定减小
D．物体放出热量，同时对外做功，内能可能不变
7．用步枪射出一颗质量为10－2kg的子弹，设火药在燃烧时产生0.75kcal的热量，且有30％转变为子弹动能，则子弹出口的速度是多少？(J=4.2×103J／kcal)
8．汽车关闭发动机后，沿斜坡匀速下滑的过程中( )
A．汽车的机械能守恒
B．汽车的动能和势能相互转化
C．汽车的机械能转化为内能，总能量减少
D．机械能转化为内能，总能量守恒
9．永动机是不可能制成的，这是因为永动机( )
A．不符合机械能守恒定律
B．违背了能的转化和守恒定律
C．做功产生的热不符合热功当量
D．找不到合适的材料和合理的设计方案
10．下列各物体在历经历的过程中，内能增加的有( )
A．在光滑斜面上由静止释放而滑下的物体
B．水平飞行并射穿木块的子弹
C．在绝热的条件下被压缩的气体
D．在光滑水平面上运动的两个小球，碰撞后以共同的连度运动。
11．质量为M的小车，以速度在光滑水平面上匀速行驶，在小车上方有一质量为m的木块，轻轻落在车上，其速度可忽略，由于木块和车间有摩擦，而使木块滑行一段距离后与车保持相对静止，求木块在车上滑行中产生的热量？
12．质量为2kg的木块置于光滑水平桌面上，质量为10g的铅弹从水平方向射入木块后，与木块一起向前运动，落地点与桌子边缘的水平距离是0.4m，在入射过程中内能增加量的60％被铅弹吸收，使铅弹的温度升高了92．6oC，已知铅的比热是130.2J/(kg·oC)，求桌面的高度。