3.2热力学第一定律 学案-2022-2023学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册

班级 姓名 学号 3.2热力学第一定律 预习新课： 1.改变内能的两种方法：做功与 。两者在改变系统内能方面是 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 与外界对它 的和。 (2)数学表达式：ΔU＝ 。 3.热力学第一定律的应用 (1).由ΔU＝U2－U1知，当系统内能增加时，ΔU取 ，内能减少时，ΔU取 。 (2)外界对系统做功时，W取 ；而系统对外界做功时，W取 。 (3)外界向系统传递的热量Q取 ；而系统向外界传递的热量Q就取 。 (4)定律的表达式ΔU＝Q＋W是标量式, 应用时各量的单位应统一为国际单位焦耳。 4.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 ，W<0。(2)若物体体积减小，表明 ，W>0。 5.几种特殊情况 (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)若过程中不做功，即W＝0，则Q＝ΔU，物体吸收的热量等于物体内能的增加。 (3)若过程的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。 随堂练习 1、 对热力学第一定律的理解 例1.如图是封闭的汽缸，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 [针对训练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。 (1)是气体对外界做了功，还是外界对气体做了功？做了多少焦耳的功？ (2)如果气体吸收的热量仍为2.6×105 J不变，但是内能增加了1.6×105 J，计算结果W＝－1.0×105 J，是负值，怎样解释这个结果？ (3)在热力学第一定律ΔU＝Q＋W中，W、Q和ΔU的正值、负值各代表什么物理意义？ 二、热力学第一定律的应用 例2.如图所示，一个质量为20 kg的绝热汽缸竖直放置，绝热活塞的质量为5 kg，处于静止状态时被封闭气体的高度为50 cm，现在在活塞上方加一个质量为15 kg的物体。待稳定后，被封闭气体的高度变为40 cm，若大气压对气体做功为12 J，求在这一过程中气体的内能变化了多少？(g取10 m/s2，不考虑摩擦力) [针对训练2] 空气压缩机在一次压缩中，活塞对空气做了2×105 J的功，同时空气的内能增加了1.5×105 J，这一过程中空气向外界传递的热量是多少？ 课后巩固 1.(热力学第一定律的理解)关于内能的变化，以下说法正确的是(　　) A.物体吸收热量，内能一定增大 B.物体对外做功，内能一定减少 C.物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变 D.物体放出热量，同时对外做功，内能可能不变 2.一定质量的理想气体，从某一状态开始经过一系列改变后又回到开始状态，用W1表示外界对气体做功，W2表示气体对外界做功，Q1表示气体吸收的热量，Q2表示气体放出的热量，则整个过程一定有(　　) A.Q1－Q2＝W2－W1 B.Q1＝Q2 C.W2＝W1 D.Q1>Q2 3.(热力学第一定律的理解)固定不动的水平汽缸内由活塞B封闭着一定量的理想气体，气体分子之间的相互作用可以忽略。假设汽缸的导热性能很好，环境的温度保持不变。若用外力F将活塞B缓慢地向右拉动，如图所示，则在拉动活塞的过程中，关于汽缸内气体的下列结论，其中正确的是(　　) A.气体对外做功，气体内能减小 B.气体对外做功，气体内能不变 C.外界对气体做功，气体内能不变 D.气体向外界放热，气体内能不变 4.(多选)如图所示，活塞将一定质量的气体封闭在直立圆筒形导热的汽缸中，活塞上堆放细沙，活塞处于静止状态，现逐渐取走细沙，使活塞缓慢上升，直到细沙全部取走。若活塞与汽缸之间的摩擦可忽略，则在此过程中(　　) A.气体对外做功，气体温度可能不变 B.气体对外做功，内能一定减少 C.气体压强减小，内能可能不变 D.气体从外界吸热，内能一定增加 5.(热力学第一定律的应用)(多选)如图所示，水平放置的密封汽缸内的气体被一竖直隔板分隔为左右两部分，隔板可在汽缸内无