第3章 第2节 热力学第一定律（Word教参）-【状元桥·优质课堂】2021-2022学年新教材高中物理选择性必修第三册（人教版2019）

第2节　热力学第一定律 1.知道做功与传热在改变系统内能上是等价的，知道热力学第一定律及其符号法则. 物理观念 2.理解热力学第一定律的公式并能进行相关的分析与计算. 科学思维 知识点一　热力学第一定律 1．改变内能的两种方式：做功与__传热__. (1)联系：两者在改变系统内能方面是__等价__的，一定数量的功与确定数量的__热__相对应． (2)区别：做功是内能与其他形式能量的相互__转化__，而传热只是不同物体(或一个物体的不同部分)之间内能的__转移__. 2．热力学第一定律 (1)内容：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． (2)表达式：ΔU＝__Q＋W__. 提醒：(1)当做功和传热同时发生时，物体的内能可能增加，也可能减小，还可能保持不变；(2)物体内能发生变化可能是由做功引起的，也可能是由传热引起的，还可能是两者共同作用的结果． 知识点二　热力学第一定律的应用 1．符号法则 (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．(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．(选填“正”或“负”) (3)ΔU的正负：系统内能增加，ΔU为__正__值；系统内能减少，ΔU为__负__值．(选填“正”或“负”) 2．三种特殊情况 (1)若过程是__绝热__的，则Q＝0，W＝ΔU，外界对物体做的功等于物体内能的增加． (2)若过程为单纯的__传热__过程，即W＝0，则Q＝ΔU，物体吸收的热量等于物体内能的增加． (3)若过程始末状态物体的__内能__不变，即ΔU＝0，则W＋Q＝0或W＝－Q，外界对物体做的功等于物体放出的热量． 提醒：热力学第一定律是将绝热过程(Q＝0)和单纯的传热过程(W＝0)中内能改变的定量表达推广到一般情况，即既有做功又有传热的过程，其中ΔU表示内能改变的数量，W表示做功的数量，Q表示外界与物体间传递的热量． 1．判断下列说法的正误． (1)外界对系统做功，系统的内能一定增加．(　　) (2)热力学系统对外界做功时，W取负值，吸收热量时Q取正值．(　　) (3)系统内能减少，一定是系统对外界做了功．(　　) (4)物体放出热量，同时对外做功，内能可能不变．(　　) (5)物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变．(　　) (6)系统从外界吸收热量5 J，内能可能减少5 J．(　　) 答案 (1)×　(2)√　(3)×　(4)×　(5)√　(6)√ 2．气象探测气球内充有常温常压的氦气，从地面上升至某高空的过程中，气球内氦气的压强随外部气压减小而逐渐减小，其温度因启动加热装置而保持不变，高空气温为－7.0 ℃，球内氦气可视为理想气体．试探究：若在此高空，关闭加热装置后： (1)氦气对外界做功还是外界对氦气做功？ (2)氦气吸热还是放热？ 提示：(1)在此高空，高度不变，氦气压强一定，关闭加热装置后其温度降低，根据＝C可知，氦气体积减小，外界对氦气做功． (2)在此高空，ΔU＜0，W＞0，根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知，Q＜0，即氦气对外放热． 考点一　对热力学第一定律的理解 【例题1】 如图所示是封闭的汽缸，内部封闭有一定质量的理想气体．外力推动活塞P压缩气体，对汽缸内气体做功800 J，同时气体向外界放热200 J，则汽缸内气体的(　　) A．温度升高，内能增加600 J B．温度升高，内能减少200 J C．温度降低，内能增加600 J D．温度降低，内能减少200 J 思维导引：根据热力学第一定律判断气体内能的变化情况，进而判断气体温度升降． 答案　A 解析　由热力学第一定律ΔU＝W＋Q得ΔU＝800 J＋(－200 J)＝600 J，一定质量的理想气体的内能大小只与温度有关，ΔU＝600 J>0，故温度一定升高，选项A正确． 公式ΔU＝W＋Q中符号的规定 符号 Q W ΔU ＋ 物体吸收热量 外界对物体做功 内能增加 － 物体放出热量 物体对外界做功 内能减少 【变式1】 一定质量的理想气体在某一过程中，外界对气体做了8×104 J的功，气体的内能减少了1.2×105 J，则下列各式中正确的是(　　) 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 答案　B 解析　由公式ΔU＝W＋Q中的符号规定可知，外界对气体做功W取正，气体内能减少，ΔU取负，代入热力学第一定律表