第3章 2.热力学第一定律(word教参)-【勤径学升】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册同步练测（人教版2019）

2.热力学第一定律 学习目标 1.了解热力学第一定律。 2.能运用热力学第一定律解释自然界中能量的转化、转移问题 [对应学生用书第50页] 一、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价的。 二、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.判断下列说法的正误（正确的画“√”，错误的画“×”）。 （1）外界对系统做功，系统的内能一定增加。 （×） （2）系统内能增加，一定是系统从外界吸收了热量。（×） （3）系统从外界吸收热量5 J，内能可能增加5 J。 （√） （4）系统内能减少，一定是系统对外界做了功。 （×） 2.（多选）对于一定质量的理想气体，下列说法正确的是 （　　） A.在大气中绝热膨胀时，气体内能减少 B.在真空中绝热膨胀时，气体内能不变 C.气体吸收热量，气体的内能一定增加 D.外界对气体做功，气体内能一定增加 解析　当气体绝热时，有Q＝0，而膨胀时，有W＜0，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W，可得ΔU＜0，即气体的内能减小，故A正确；气体在真空中膨胀时因没有对外做功的对象，有W＝0，而绝热过程Q＝0，由ΔU＝Q＋W，可知ΔU＝0，则气体的内能不变，故B正确；气体吸收热量时Q＞0，但不清楚做功情况，则无法判断内能的变化情况，故C错误；外界对气体做功，W＞0，而不知道热传递的情况，则不清楚内能的变化情况，故D错误。 答案　AB [对应学生用书第51页] 要点　对热力学第一定律的理解与应用 　　　如图所示，一定质量的理想气体由a状态变化到b状态，请在图像基础上思考以下问题： （1）在变化过程中是气体对外做功，还是外界对气体做功？ （2）在变化过程中气体吸热，还是向外放热？气体内能增加了，还是减少了？ 提示：（1）由题图可知，气体的变化为等压膨胀，一定是气体对外做功。 （2）由日常经验可知，理想气体在等压膨胀过程中需要从外界吸收热量，由盖－吕萨克定律可知，理想气体在等压膨胀过程中温度升高，内能一定增加。 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。 [例]　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，所以气体的体积膨胀，分子间的距离增大了，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，说明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 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热、放热情况或做功情况。 关于物体内能的变化，以下说法中正确的是 （　　） A.物体吸收热量，内能一定增大 B.物体对外做功，内能一定减小 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 解析　根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，物体内能的变化与外界对物体做功（或物体对外界做功）、物体从外界吸热（或向外界放热）这两种情况有关，物体吸收热量，但有可能同时对外界做功，所以内能有可能不变甚至减小，故A错误；同理，物体对外界做功的同时有可能吸热，所以内能不一定减小，故B错误；若物体吸收的热量与对外做功相等，则内能不变，故C正确；因放热和对外做功都会使物体内能减小，所以内能减小，故D错误。 答案　C [对应学生用书第52页] 1.（对热力学第一定律的理解）（多选）下列过程可能发生的是 （　　） A.物体吸收热量，对外做功，同时内能一直增加 B.物体吸收热量，对外做功，同时内能减少 C.外界对物体做功，同时物体吸热，内能减少 D.外界对物体做功，同时物体放热，内能增加 解析　当物体吸收的热量多于物体对外做的功时，物体的内能就增加，A正确；当物体吸收的热量少于物体对外做的功时，物体的内能就减少，B正确；外界对物体做功，同时物体吸热，则物体的内能必增加，C错误；当物体放出的热量少于外界对物体做的功时，物体的内能增加，D正确。 答案　ABD 2.（用ΔU＝W＋Q进行计算）一定质量的气体在某一过程中，外界对气体做功8.0×104 J，气体内能减少1.2×105 J，传递热量为Q，则下列各式正确的是 （　　） A.W＝8.0×104 J，ΔU＝－1.2×105 J， Q＝4.0×104 J B.W＝8.0×104 J，ΔU＝－1.2×105 J， Q＝－2×105 J C.W＝8.0×104 J，ΔU＝－1.2×105 J，Q＝2×105 J D.W＝8.0×104 J，ΔU＝－1.2×105 J，Q＝－4.0×104 J 解析　外界对气体做功8.0×104 J，记为W＝8.0×104 J，气体内能减少1.2×105 J，记为ΔU＝－1.2×105 J，根据热力学第一定律得，Q＝ΔU－W＝－1.2×105 J－8.0×104 J＝－2.0×105 J，即它向外传递的热量为2.0×105 J，B正确。 答案　B 3.（气体实验定律和热力学第一定律的综合应用）（多选）一定质量的理想气体从状态A经过状态B变化到状态C，其V-T图像如图所示。下列说法正确的有 （　　） A.A→B的过程中，气体对外界做功 B.A→B的过程中，气体放出热量 C.B→C的过程中，气体压强不变 D.A→B→C的过程中，气体内能一直增加 解析　由V-T图像知，从A到B的过程中，气体被等温压缩，外界对气体做正功，气体的内能不变，由热力学第一定律知，气体放出热量，故A错误，B正确；从B到C的过程中气体做等压变化，温度降低，气体内能减少，故C正确，D错误。 答案　BC 学科网（北京）股份有限公司 $$