第3章 2 热力学第一定律（教师用书word）-2022-2023学年新教材高中物理选择性必修第三册【精讲精练】人教版

2　热力学第一定律 [学业要求] 1．了解热力学第一定律。 2．会用ΔU＝W＋Q解决一些简单问题。 热力学定律 1．改变内能的两种方式 做功与__热传递__，两者在改变系统内能方面是__等效的__。 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)数学表达式：ΔU＝__Q＋W__。 1．下列说法正确的是(　　) A．外界对系统做功，系统的内能一定增加 B．系统内能增加，一定是系统从外界吸收了热量 C．系统从外界吸收热量5 J，内能可能增加5 J D．系统内能减少，一定是系统对外界做了功 答案　C 2．疫情期间，某班级用于消毒的喷壶示意图如图所示。闭合阀门K，向下压压杆A可向瓶内储气室充气，多次充气后按下按柄B打开阀门K，消毒液会自动经导管从喷嘴处喷出。储气室内气体可视为理想气体，充气和喷液过程中温度保持不变，则下列说法正确的是(　　) A．充气过程中，储气室内气体分子数增多且分子运动剧烈程度增加 B．充气过程中，储气室内气体分子平均动能变大 C．充气过程中，储气室内气体内能不变 D．喷液过程中，储气室内气体吸收热量，对外界做功 解析　充气过程中，储气室内气体增加，则分子数增多，因温度不变，则分子运动剧烈程度不变，选项A错误；充气过程中，因温度不变，则储气室内气体分子平均动能不变，选项B错误；充气过程中，温度不变，但储气室内气体分子数增多，所以储气室内气体内能增大，C错误；喷液过程中，温度不变，内能不变，但由于气体膨胀，气体对外做功，所以要吸收热量，D正确。 答案　D 知识点一　对热力学第一定律的理解与应用 1．对公式ΔU＝Q＋W中ΔU、Q、W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 2.几种特殊情况 (1)若过程是绝热的，即Q＝0，则ΔU＝W，物体内能的增加量等于外界对物体做的功。 (2)若过程中不做功，即W＝0，则ΔU＝Q，物体内能的增加量等于物体从外界吸收的热量。 (3)若过程的始末状态物体的内能不变，即ΔU＝0，则W＝－Q(或Q＝－W)，外界对物体做的功等于物体放出的热量(或物体吸收的热量等于物体对外界做的功)。 3．判断是否做功的方法 一般情况下外界对物体做功与否，需看物体的体积是否变化。 (1)若物体体积增大，表明物体对外界做功，W<0； (2)若物体体积减小，表明外界对物体做功，W>0。 　 (2022·山东卷)如图所示，内壁光滑的绝热汽缸内用绝热活塞封闭一定质量的理想气体，初始时汽缸开口向上放置，活塞处于静止状态，将汽缸缓慢转动90°过程中，缸内气体(　　) A．内能增加，外界对气体做正功 B．内能减小，所有分子热运动速率都减小 C．温度降低，速率大的分子数占总分子数比例减少 D．温度升高，速率大的分子数占总分子数比例增加 [解析]　初始时汽缸开口向上，活塞处于平衡状态，汽缸内外气体对活塞的压力差与活塞的重力平衡，则有(p1－p0)s＝mg，汽缸在缓慢转动的过程中，汽缸内外气体对活塞的压力差大于重力沿汽缸壁的分力，故汽缸内气体缓慢地将活塞往外推，最后汽缸水平，缸内气压等于大气压。汽缸、活塞都是绝热的，故缸内气体与外界没有发生热传递，汽缸内气体压强作用将活塞往外推，气体对外做功，根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W得：气体内能减小，故缸内理想气体的温度降低，分子热运动的平均速率减小，并不是所有分子热运动的速率都减小，AB错误；气体内能减小，缸内理想气体的温度降低，分子热运动的平均速率减小，故速率大的分子数占总分子数的比例减小，C正确，D错误。 [答案]　C 　一定质量的气体从外界吸收了4.2×105 J的热量，同时气体对外做了6×105 J的功，问： (1)物体的内能是增加还是减少？变化量是多少？ (2)分子势能是增加还是减少？ (3)分子的平均动能是增加还是减少？ [解析]　(1)气体从外界吸热，故Q＝4.2×105 J，气体对外做功，故W＝－6×105 J，由热力学第一定律有ΔU＝W＋Q＝(－6×105 J)＋(4.2×105 J)＝－1.8×105 J。ΔU为负，说明气体的内能减少了，所以气体内能减少了1.8×105 J。 (2)因为气体对外做功，气体的体积膨胀，分子间的距离增大了，所以分子力做负功，气体分子势能增加。 (3)因为气体内能减少，同时气体分子势能增加，所以气体分子的平均动能一定减少。 [答案]　(1)减少　1.8×105 J　(2)增加　 (3)减少 ●总结提升 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