3.2 热力学第一定律-新教材高中物理选择性必修第三册【新课程同步训练】学习手册（人教版）

第三章 热力学定律 学 2. 热力学第一定律 体， 比如电冰箱， 故 A 正确； 物体的内能是指物 体内部所有分子的动能和分子势能之和， 由于分子 永不停息地做无规则运动， 所以任何物体都有内 能， 故 B 错误； 热量是过程量， 只有吸、 放热过 程中， 才能比较热量的多少， 故 C 错误； 物体吸 收了热量， 可能用来加快分子的无规则运动， 即表 现在物体的温度升高； 也可能用来改变物体的状态； 比如： 晶体的熔化过程。 所以， 物体吸收了热量， 物体的温度可能升高， 也可能不变， 故 D 错误。 答案： A 题型 4 对改变系统内能的两种方式的理解 例 4 做功和热传递是改变物体内能的两种途径， 下面例子中是通过热传递来改变物体内能的 是 （ ） A. 用打气筒打气， 筒壁变热 B. 手感到冷时， 搓搓手就会觉得暖和些 C. 阳光照射衣服， 衣服的温度升高 D. 擦火柴时， 火柴头上的红磷温度升高到燃点， 火柴燃烧起来 解析： 打气筒打气时气筒壁发热， 即通过做功的方 式改变内能， 故 A 错误； 搓搓手就会觉得暖和些， 是通过做功将体内的化学能转化为内能， 故 B 错 误； 阳光照射衣服是通过热传递的方式改变衣服的 内能； 擦火柴时， 是通过做功使火柴头上的红磷温 度升高， 故 C 正确， D 错误。 答案： C 解决此类问题要知道改变物体内能的方式 有两种： 做功和热传递。 热传递过程是内能的 转移过程， 而做功过程是能量的转化过程。 思路点拨 知 识 梳 理 知识点 1 热力学第一定律 1. 热力学第一定律内容： 一个热力学系统的内能 增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做 的功的和。 2. 表达式： ΔU=W+Q 。 知识点 2 热力学第一定律的应用 在运用热力学第一定律解决问题时， 首先需要 确定研究对象。 对于公式 ΔU＝Q＋W ， 我们可以这 样理解： 外界对系统做功有助于系统内能的增加， 因此， 外界对系统做功时， W 取正值； 而系统对 外界做功时， W 取负值。 同理， 外界对系统传递 热量有助于系统内能的增加， 因此， 外界对系统传 递的热量 Q 取正值； 而系统向外界传递的热量 Q 就取负值。 要 点 突 破 要点 1 热力学第一定律的应用 1. 热力学第一定律内容： 一个热力学系统内能的 增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做 的功的和。 2. 表达式： W+Q=ΔU 。 3. 对公式 ΔU=Q+W 符号的规定： 要点 2 热力学第一定律在理想气体变化 过程中的应用 1． 理想气体的等压过程 如图所示是一定质量气体的等压线， 若气体从 状态 A 变化到状态 B ， 该过程是等压膨胀过程， 符号 W Q ΔU ＋ 外界对物体做功 物体吸收热量 内能增加 － 物体对外界做功 物体放出热量 内能减少 47 学 第三册 （人教版）高中物理选择性必修 V 2 >V 1 ， T 2 >T 1 ， 体积增大， 气 体对外做功， W<0 ， 但理想 气体的内能仅取决于温度 ， 温度升高， 内能增大， ΔU> 0 ， 则由热力学第一定律有 Q＝ΔU－W>0 ， 气体吸收 热量， 吸收的热量一部分用来增加气体的内能， 一 部分转化为对外所做的功。 若气体从状态 B 变化 到状态 A ， 该过程为等压压缩， 应有 W>0 ， ΔU<0 ， Q＝ΔU－W<0 ， 这说明气体放出的热量等于外界对 气体所做的功与气体内能减小量的和。 2． 理想气体的等容过程 等容过程中， 体积 V 不变， W＝0 ， 则由热力 学第一定律有 ΔU＝Q ， 若温度升高时， 气体吸收的 热量全部用来增加气体的内能， 反之， 气体放出的 热量等于气体内能的减少。 3． 理想气体的等温过程 等温过程中内能不变， 即 ΔU＝0 ， 由热力学第 一定律有 W＝－Q ， 若气体等温压缩， 则 W>0 ， Q< 0 ， 气体放出热量， 外界对气体所做的功全部转换 为放出的热量， 若气体等温膨胀， W<0 ， Q>0 ， 气 体吸收热量， 吸收的热量全部用来对外做功。 4. 几种特殊情况 （ 1 ） 绝热过程： 系统与外界没有热传递， Q＝0 ， 则 ΔU=W 。 （ 2 ） 自由膨胀过程： 系统在真空中做自由膨胀时， 对外界不做功， W＝0 ， 则 ΔU=Q 。 （ 3 ） 若系统的始末状态的内能不变 ， 则 ΔU＝0 ， W+Q=0 。 解 题 探 究 题型 对热力学第一定律的理解 例 一定质量的理想气 体， 经过如图所示 的 状 态 变 化 ， 设 状 态 A 的 温 度 为 400 K ， 求： （ 1 ） 状态 C 的温度 T C 为 多少？ （ 2 ） 如果由 A 经 B 到 C 的状态变化的整个过程中， 气体对外做了 400 J 的功