第11讲 热力学第一定律【帮课堂】2021-2022学年高二物理同步精品讲义（人教版2019选择性必修第三册）

第11讲 热力学第一定律 ( 目标导航 ) 课程标准 课标解读 知道热力学第一定律 理解热力学第一定律，并会运用于分析和计算 ( 知识精讲 ) 知识点 热力学第一定律 1．改变内能的两种方式：做功与传热．两者对改变系统的内能是等价的。 2．热力学第一定律：一个热力学系统的内能变化量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和。 3．热力学第一定律的表达式：ΔU＝Q＋W。 4．热力学第一定律的应用： (1)W的正负：外界对系统做功时，W取正值；系统对外界做功时，W取负值．(均选填“正”或“负”)； (2)Q的正负：外界对系统传递的热量Q取正值；系统向外界传递的热量Q取负值．(均选填“正”或“负”)。 【知识拓展】 1．对公式ΔU＝Q＋W符号的规定 符号 W Q ΔU ＋ 体积减小，外界对热力学系统做功 热力学系统吸收热量 内能增加 － 体积增大，热力学系统对外界做功 热力学系统放出热量 内能减少 2.气体状态变化的几种特殊情况 (1)绝热过程：Q＝0，则ΔU＝W，系统内能的增加(或减少)量等于外界对系统(或物体对外界)做的功； (2)等容过程：W＝0，则ΔU＝Q，物体内能的增加量(或减少量)等于系统从外界吸收(或系统向外界放出)的热量； (3)等温过程：始末状态一定质量理想气体的内能不变，即ΔU＝0，则W＝－Q(或Q＝－W)，外界对系统做的功等于系统放出的热量(或系统吸收的热量等于系统对外界做的功)。 3．判断气体是否做功的方法 一般情况下看气体的体积是否变化： ①若气体体积增大，表明气体对外界做功，W<0； ②若气体体积减小，表明外界对气体做功，W>0。 4．应用热力学第一定律解题的一般步骤： (1)根据符号法则写出各已知量(W、Q、ΔU)的正负； (2)根据方程ΔU＝W＋Q求出未知量； (3)再根据未知量结果的正负来确定吸放热情况、做功情况或内能变化情况。 【即学即练1】如图所示，绝热容器中间用隔板隔开，左侧装有理想气体，右侧为真空。现将隔板抽掉，使左侧理想气体自由膨胀直至达到平衡，已知气体自由膨胀过程中不对外界做功，则在此过程中（　　） A．气体温度降低，内能减少 B．气体温度不变，内能不变 C．气体温度升高，内能增加 D．气体内能一定不变，但温度可能改变 【答案】B 【解析】由热力学第一定律，有 依题意 解得 即气体内能不变，对理想气体而言，气体温度也不变。故ACD错误；B正确。 故选B。 【即学即练2】对于分子动理论和物体内能的理解，下列说法正确的是（　　） A．温度高的物体内能一定大，分子平均动能一定大 B．外界对物体做功，物体内能一定增加 C．温度越高，布朗运动越显著 D．当分子间的距离增大时，分子间作用力就一直减小 【答案】C 【解析】A．内能是分子势能与分子动能之和；温度高的物体分子热运动的平均动能大，但内能不一定大，故A错误； B．根据热力学第一定律 可知外界对物体做功，物体内能不一定增加，故B错误； C．布朗运动是小微粒受到的液体分子的撞击的不平衡产生的，液体的温度越高，液体分子热运动的平均动能越大，碰撞的不平衡性越明显，布朗运动越显著，故C正确； D．当时，分子力表现为斥力，随着分子之间距离的增大，分子间的作用力减小，当时，分子力表现为引力，随着分子之间距离的增大，故D错误。 故选C。 ( 能力拓展 ) 考法 热力学第一定律 【典例1】一定质理的理想气体变化图像如图所示，气体从1→2→3的过程对外做的功为，从外界吸收的热量为，气体内能的变化量为；气体从1→4→3的过程对外做的功为，从外界吸收的热量为，气体内能的变化量为，则它们之间的关系正确的是（　　） A．，， B．，， C．，， D．，， 【答案】C 【解析】本题考查热力学第一定律。初态和末态温度相同，因此两个热力学过程内能变化相同；在图像中，图线与横轴所围面积表示气体对外界做功的多少，故 根据热力学第一定律 可得 C正确。 故选C。 ( 分层提分 ) 题组A 基础过关练 1．恒温的水池中，有一气泡缓慢上升，在此过程中，气泡的体积会逐渐增大，不考虑气泡内气体分子势能的变化，下列说法中正确的是（　　） A．气泡内的气体对外界做功 B．气泡内的气体内能增加 C．气泡内的气体与外界没有热传递 D．气泡内气体分子的平均动能减小 【答案】A 【解析】气泡体积增大，对外做功，由于温度不变，因此分子平均动能不变，气体的内能不变，根据 可知，气体吸收热量，故A正确，BCD错误。 故选A。 2．下列关于能量转化的现象的说法中，正确的是（　　） A．用太阳灶烧水是太阳能转化为电能 B．电灯发光是电能转化为光能 C．核电站发电是电能转化为内能 D．生石灰放入盛有凉水的烧杯里，水温升高是动能转化为内能 【答案】B 【解析】A．