第5章 第1节 热力学第一定律-2020-2021学年高中物理选修3-3【导学教程】同步辅导（鲁科版）word

第1节　热力学第一定律 知识点一　热力学第一定律及其应用 [自学教材] 1．改变物体内能的两种方式 做功和热传递。 2．功、热量和内能改变的关系 (1)如果物体与外界无热传递，外界对物体做功，物体的内能增加；物体对外做功，物体的内能减少。 (2)如果物体既不对外做功，外界也不对物体做功，则物体从外界吸收热量时，它的内能增加；物体向外放出热量时，它的内能减少。 3．热力学第一定律 (1)内容： 物体内能的增加量ΔU等于外界对物体所做的功W与物体从外界吸收的热量Q之和。 (2)表达式： ΔU＝W＋Q。 [重点诠释] 1．做功和热传递的区别与联系 比较项目 做功 热传递 区别 其他形式的能与内能之间的转化 不同物体间或同一物体不同部分之间内能的转移 联系 做一定量的功或传递一定量的热在改变内能的效果上是相同的 2.对ΔU＝W＋Q的理解 热力学第一定律将单纯的绝热过程和单纯的热传递过程推广到一般情况，既有做功又有热传递的过程，其中ΔU表示内能改变的数量，W表示做功的数量，Q表示外界对物体间传递的热量。 3．对公式ΔU、Q、W符号的规定\ 符号 W Q ΔU 正号 外界对物体做功 物体吸收热量 内能增加 负号 物体对外界做功 物体放出热量 内能减少 [典题强化] 1．某汽车后备箱内安装有撑起箱盖的装置，它主要由汽缸和活塞组成。开箱时，密闭于汽缸内的压缩气体膨胀，将箱盖顶起，如图5－1－1 所示。在此过程中，若缸内气体与外界无热交换，忽略气体分子间相互作用，则缸内气体[来源:学科网] 图5－1－1 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．对外做负功，内能减小 解析　缸内气体膨胀，对外做正功，即W＜0，缸内气体与外界无热交换，即Q＝0，由热力学第一定律W＋Q＝ΔU可知，ΔU＜0，即缸内气体的内能减小，温度降低，分子的平均动能减小，故选项B、C、D错误，选项A正确。 答案　A[来源:Z*xx*k.Com] 知识点二　第一类永动机 [自学教材] (1)不用消耗任何能量而能永远对外做功的机器，称为第一类永动机。 (2)第一类永动机永远不能制造成功的原因是：违背了热力学第一定律。 [重点诠释] (1)永动机模型：17～18世纪，人们提出过许多永动机设计方案，有采用“螺旋汲水器”的，有利用轮子的惯性、水的浮力或毛细作用的，也有利用同名磁极之间的排斥作用的，等等。毫无例外，所有这类设计方案都以失败告终。 (2)永动机的本质：认为能量能够无中生有地创造出来。[来源:学科网] (3)热力学第一定律也被表述为：第一类永动机是不可能实现的。 [典题强化] 2．第一类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．违背了热力学第一定律 C．制造永动机的技术不过关 D．无法解决机械摩擦问题 解析　第一类永动机违背了热力学第一定律，是不可能实现的，选项B正确。 答案　B 考向　热力学第一定律的理解及应用 [例题]　(1)一定量的气体从外界吸收了2.6×105 J的热量，内能增加了4.2×105 J，是气体对外界做了功，还是外界对气体做了功？做了多少功？ (2)一定质量的气体，从外界吸收3.5×105 J的热量，同时气体对外界做功2.3×105 J，则气体的内能怎样变化？ [思路点拨]　解此题的关键是明确热力学第一定律ΔU＝W＋Q中各符号的意义及正、负号的规定。 【解析】　(1)根据热力学第一定律表达式中的符号法则，知Q＝2.6×105 J，ΔU＝4.2×105 J。由ΔU＝W＋Q， 则W＝ΔU－Q＝4.2×105 J－2.6×105 J＝1.6×105 J， W＞0，说明是外界对气体做了功。 (2)Q＝3.5×105 J，W＝－2.3×105 J，则ΔU＝Q＋W＝1.2×105 J，ΔU为正值，说明气体的内能增加1.2×105 J。 【答案】　(1)外界对气体做了功，做了1.6×105 J (2)气体的内能增加1.2×105 J [借题发挥] 应用热力学第一定律解题的思路与步骤 (1)首先应明确研究对象是哪个物体或者是哪个热力学系统。 (2)分别列出物体(或系统)吸收或放出的热量；外界对物体(或系统)所做的功或物体(或系统)对外所做的功。 (3)根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W列出方程进行求解。 (4)特别注意的就是物理量的正负号及其物理意义。[来源:Zxxk.Com] 跟踪演练 　(2018·全国卷Ⅲ)(多选)如图5－1－2所示，一定量的理想气体从状态a变化到状态b，其过程如p－V图中从a到b的直线所示。在此过程中 图5－1－2 A．气体温度一直降低 B．气体内能一直增加 C．气体一直对外做功 D．气体一直从外界吸热 E．气体吸收的热量一直全