第三章 第一节 热力学第一定律-【优化探究】2025-2026学年新教材高中物理选择性必修第三册同步导学案配套PPT课件（粤教版）

第一节　热力学第一定律 第三章　热力学定律 [学习目标]　1.掌握内能的概念,知道分子动能和分子势能的影响因素。2.知道做功和热传递是改变物体内能的两种方式,明确两种方式的区别。3.理解热力学第一定律,并能运用热力学第一定律分析和解决相关问题。 课时作业 巩固提升 要点1　物体的内能 要点2　改变物体内能的两种方式 要点3　热力学第一定律及其应用 内容索引 要点1　物体的内能 一 4 梳理 必备知识 自主学习 1.分子势能 (1)概念:由于分子间存在相互作用力,分子间具有由它们的　　　　决定的势能。  (2)两分子间的势能与分子间距离的关系如图所示(取无穷远处分子间势能为零)。 相对位置 ①当r>r0时,分子力表现为　　　　,若r增大,需克服引力做功,分子势能　　　　。  ②当r<r0时,分子力表现为　　　　,若r减小,需克服斥力做功,分子势能　　　　。  ③当r=r0时,即分子间距离等于平衡距离时,分子间的作用力为零,分子势能　　　　。  引力　 增大　 斥力　 增大　 最小 2.分子动能:物体内部的分子由于做　　　　而具有分子动能。  3.内能:物体中所有分子的　　　　和　 　　　的总和,叫作物体的内能。  (1)宏观上,物体的内能由物体的物质的量、温度和体积共同决定,同时受物态变化的影响。 (2)微观上,物体的内能由物体所含的分子总数、分子的平均动能和分子势能决定。 热运动 动能　 分子势能 [思考与讨论] 比较1 g 100 ℃水的内能和1 g 100 ℃水蒸气的内能。 (1)这两者的平均动能哪个大? (2)1 g 100 ℃的水变成100 ℃的水蒸气,分子势能怎么变化? (3)两者谁的内能大? (4)影响内能的因素有哪些? 提示:(1)一样大。 (2)在1 g 100 ℃的水变成100 ℃的水蒸气的过程中,分子间距增大,要克服分子间的引力做功,分子势能增大。 (3)1 g 100 ℃水蒸气的内能大。 (4)物体所含物质的多少、温度和体积。 1.分子势能 (1)分子力、分子势能与分子间距离的关系 归纳 关键能力 合作探究 分子间距离 r=r0 r>r0,r增大 r<r0,r减小 分子力 等于零 表现为引力 表现为斥力 分子力做功   分子力做负功 分子力做负功 分子势能 最小 随分子间距离的增大而增大 随分子间距离的减小而增大 分子势能与分子间距离的关系图像如图所示。 (2)分子势能的特点 由分子间的相对位置决定,随分子间距离的变化而变化。分子势能是标量,正、负表示的是大小,具体的值与零势能点的选取有关。 (3)分子势能的影响因素 ①宏观上:分子势能跟物体的体积有关。 ②微观上:分子势能跟分子间距离r有关,分子势能与r的关系不是单调变化的。 2.物体的内能 (1)决定物体内能的因素 ①从宏观上看:物体内能的大小由物体的物质的量、温度和体积三个因素决定。 ②从微观上看:物体内能的大小由组成物体的分子总数、分子热运动的平均动能和分子间的距离三个因素决定。 (2)物态变化对内能的影响 一些物质在物态发生变化时,如冰的熔化、水在沸腾时变为水蒸气,温度不变。此过程中分子的平均动能不变,由于分子间的距离变化,分子势能变化,所以物体的内能变化。 (3)内能与热量的区别 内能是一个状态量,一个物体在不同的状态下有不同的内能;而热量是一个过程量,它表示由于热传递而引起的内能变化过程中转移的能量,即内能的改变量。如果没有热传递,就无所谓热量,但此时物体仍有一定的内能。因此,我们不能说物体在某温度时具有多少热量。 (4)内能与机械能的区别和联系 项目 内能 机械能 对应的运动形式 微观分子的热运动 宏观物体的机械运动 能量常见形式 分子动能、分子势能 物体的动能、重力势能和弹性势能 能量存在的原因 由物体内大量分子的热运动和分子间相对位置决定 物体做机械运动、被举高或发生形变 项目 内能 机械能 影响因素 物质的量、物体的温度和体积 物体的质量、机械运动的速度、离地高度(或相对于零势能面的高度)和弹性形变程度 是否为零 永远不等于零 一定条件下可以等于零 联系 在一定条件下可以相互转化 [例1]　(多选)如图所示,甲分子固定在坐标原点O,乙分子位于x轴上,甲分子对乙分子的作用力与两分子间的距离的关系如图中曲线所示。F>0为斥力,F<0为引力。a、b、c、d为x轴上四个特定的位置。现把乙分子从a处由静止释放,则(　　) A.乙分子由a到b做加速运动,由b到c做减速运动 B.乙分子由a到c做加速运动,到达c时速度最大 C.乙分子由a到b的过程中,两分子间的分子势能一直减小 D.乙分子由b到d的过程中,两分子间的分子势能一直增大 BC [解析]　乙分子由a运动到c的过程,一直受到甲分子的引力作用而做加速运动,到c时速度达到最大,而后受甲分子的斥力做减速运动,A错误,B正确;乙分子由a到b的过程所受引力做正功,分子势能一直减小,C正确;而乙分子从b到d的过程,先是引力做正功,分子势能减小,后来克服斥力做功,分子势能增大,D错误。 名师点评 1.分子力做功是分子势能变化的唯一原因。 2.势能的大小与物体间距离的关系有一个共同的规律。不论是重力势能、弹性势能、电势能,还是分子势能,当它们之间的距离发生变化时,它们之间的相互作用力如果是做正功,势能都要减小;如果是做负功,势能都要增大。 3.分子势能最小与分子势能为零绝不是一回事,分子势能的正、负代表大小,如Ep=-10 J小于Ep=5 J。 [例2]　关于物体的内能,以下说法正确的是(　　) A.不同物体,温度相等,内能也相等 B.所有分子的分子势能增大,物体的内能也增大 C.一定质量的某种物质,即使温度不变,内能也可能发生变化 D.只要两物体的质量、温度、体积相等,两物体的内能一定相等 C [解析]　物体的内能与物体的种类、状态、温度及体积等都有关系,故不同物体,温度相等时,内能也不一定相等,即使两物体的质量、温度、体积均相等,两物体的内能也不一定相等,A、D错误;内能包括分子动能和分子势能,故所有分子的分子势能增大,物体的内能也不一定增大,B错误;一定质量的某种物质,即使温度不变,但分子势能可能变化,故内能也可能发生变化,C正确。 名师点评 比较物体内能的大小和判断内能改变的方法 1.当物体质量m一定时(相同物质的摩尔质量M相等),物体所含分子数n就一定。 2.当物体温度一定时,物体内部分子的平均动能就一定。 3.当物体的体积不变时,物体内部分子间的相对位置就不变,分子势能也不变。 4.当物体发生物态变化时,要吸收或放出热量,使物体的温度或体积发生改变,物体的内能也随之变化。 [针对训练]　1.(多选)两分子间的斥力和引力的合力F与分子间距离r的关系如图中曲线所示,曲线与r轴交点的横坐标为r0。相距很远的两分子在分子力作用下,由静止开始相互接近。若两分子相距无穷远时分子势能为零,下列说法正确的是(　　) A.在r>r0阶段,F做正功,分子动能增加,分子势能减小 B.在r<r0阶段,F做负功,分子动能减小,分子势能也减小 C.在r=r0时,分子势能最小,分子动能最大 D.在r=r0时,分子势能为零 AC 解析:在r>r0阶段,当r减小时F做正功,分子势能减小,分子动能增加,故A正确;在r<r0阶段,当r减小时F做负功,分子势能增加,分子动能减小,故B错误;在r=r0时,分子势能最小,分子动能最大,故C正确;在r=r0时,分子势能最小,但不为零,故D错误。 2.下列说法正确的是(　　) A.物体自由下落时速度增大,所以物体的内能也增大 B.物体的机械能为零时内能也为零 C.物体的体积减小、温度不变时,物体的内能一定减小 D.气体体积增大时气体分子势能一定增大 D 解析:物体自由下落时速度增大,动能增加,但内能是分子热运动平均动能和分子势能之和,与宏观速度无关,故A错误;机械能包括动能和势能,内能包括分子热运动平均动能和分子势能,故物体机械能与内能无关,故B错误;物体温度不变,说明分子热运动平均动能不变,体积减小,分子间平均距离减小,但分子势能不一定减小,故物体的内能不一定减小,如0 ℃的冰化为0 ℃的水,内能增加,故C错误;气体分子间距离一定大于r0,故气体体积增大时,分子力做负功,气体分子势能一定增加,故D正确。 二 要点2　改变物体内能的两种方式 28 1.　　　和　　　是改变物体内能的两种方式,二者对于改变物体的内能来说是　　　　的。  2.热量:热传递过程中物体　　　　变化的量。  梳理 必备知识 自主学习 做功　 热传递　 等效 内能 [思考与讨论] (1)热量和内能是相同的概念吗? (2)热传递是热量从内能多的物体传给内能少的物体吗? 提示:(1)不是。 (2)不是。热传递是热量从高温物体传给低温物体。 1.内能和热量 (1)内能是状态量,由系统的状态决定,状态确定时,系统的内能也随之确定。要使系统的内能发生变化,可以通过热传递和做功两种方式来完成。 (2)热量是过程量,是热传递过程中的特征物理量。热量只是反映物体在状态变化过程中所转移的能量,是用来衡量物体内能变化的,有过程,才有变化,离开过程,毫无意义。 (3)对某一状态而言,只有“内能”,不存在“热量”和“功”。不能说一个系统中含有多少热量。 归纳 关键能力 合作探究 2.热量与温度 热量是系统内能变化的量度,而温度是系统内大量分子做无规则运动剧烈程度的标志。热传递的前提条件是两个系统之间要有温度差,传递的是热量而不是温度。 3.改变内能的两种方式的比较 比较项目 做功 热传递 内能 变化 外界对物体做功,物体的内能增加;物体对外界做功,物体的内能减少 物体吸收热量,内能增加;物体放出热量,内能减少 比较项目 做功 热传递 物理实质 其他形式的能与内能之间的转化 不同物体间或同一物体不同部分之间内能的转移 联系 做一定量的功和传递相同量的热量在改变内能的效果上是相同的 [例3]　下列说法正确的是(　　) A.热量和功是由过程决定的,而内能是由物体状态决定的 B.外界对物体做功,物体的内能一定增大 C.物体吸收热量,温度一定升高 D.热量总是由内能大的物体传向内能小的物体 A [解析]　热量和功是过程量,内能是状态量,故A选项正确;引起物体内能的变化有做功和热传递两种方式,单就一个方面不足以断定内能的变化,故B选项错误;在晶体熔化和液体沸腾过程中,物体要不断地吸收热量,但物体的温度不变,这时内能的增加主要表现在内部分子势能的增加,故C选项错误;两物体之间热量的传递方向只与它们的温度有关,与它们内能的大小无关,故D选项错误。 [针对训练]　3.(多选)某汽车后备箱内安装有撑起箱盖的装置,它主要由气缸和活塞组成。打开箱盖时,密闭于气缸内的压缩气体膨胀,将箱盖顶起,如图所示。在此过程中,若缸内气体与外界无热量交换,忽略气体分子间的相互作用,则缸内气体(　　) A.对外做正功,分子的平均动能减小 B.对外做正功,内能增大 C.对外做正功,分子的平均动能增大 D.对外做正功,内能减小 AD 解析:气体膨胀,气体对外做正功,又因为气体与外界无热量交换,由此可知气体内能减小,B错误,D正确;因忽略气体分子间的相互作用,没有分子势能,所以分子平均动能减小,A正确,C错误。 三 要点3　热力学第一定律及其应用 39 1.功和内能的关系:若物体不发生　　　　,则外界对物体做的功W等于物体内能的增加量ΔU。  2.热传递和内能的关系:若外界对物体没有　　　　,则物体吸收的热量Q等于物体内能的增加量ΔU。  3.热力学第一定律 如果外界同时对物体做功和进行热传递,则物体内能的增加量ΔU就等于物体吸收的热量Q和外界对物体做的功W之和。表达式为　　　　。  梳理 必备知识 自主学习 热传递 做功 ΔU=W+Q [思考与讨论] 气缸内有一定质量的气体,压缩气体的同时给气缸加热。那么,气体内能的变化会比单一方式(做功或传热)更明显,这是为什么呢? 提示:给气缸加热,即向气缸内传递热量,气缸内气体的内能会增加;压缩气体,外界对气体做功,也会使气缸内气体的内能增加,所以两种方式同时作用时,内能的增加是两种方式内能增加的和,所以气体内能的变化比单一方式更明显。 1.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。(气体向真空膨胀除外) (2)若气体体积减小,表明外界对气体做功,W>0。 归纳 关键能力 合作探究 2.气体状态变化的几种特殊情况 (1)绝热过程:Q=0,则ΔU=W,系统内能的增加量(或减少量)等于外界对系统(或系统对外界)做的功。 (2)等容过程:W=0,则ΔU=Q,系统内能的增加量(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:一定质量理想气体初、末状态的内能不变,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)。 [例4]　(2024·汕头高二期末)如图,肠粉店师傅把一勺刚出炉、热气腾腾的卤汁倒入一小塑料袋中,然后快速打结,袋中密封了一定质量的空气(视为理想气体)。一小段时间后,塑料袋会鼓起来。下列表述正确的是(　　) A.外界对气体做正功 B.气体从袋外吸热 C.相比原来,袋内气体内能减少 D.相比原来,袋内气体压强增大 D [解析]　一小段时间后,塑料袋会鼓起来,可知气体的体积变大,外界对气体做负功,A错误;一小段时间后,热气腾腾的卤汁使得气体温度升高,由于气体的温度高于外界温度,可知气体向袋外放热,B错误;一小段时间后,热气腾腾的卤汁使得气体温度升高,可知相比原来,袋内气体内能增大,C错误;倒入热气腾腾的卤汁前,气体压强等于外界大气压强,一小段时间后,塑料袋会鼓起来,说明气体压强大于外界大气压强,故相比原来,袋内气体压强增大,D正确。 [针对训练]　4.(2024·广东潮州高二期末)如图,内壁光滑的气缸竖直放置在水平桌面上,气缸内封闭一定质量的气体。气体从状态A(活塞在A处)变为状态B(活塞在B处)时,气体吸收热量280 J,气体的内能增加160 J,则下列说法正确的是(　　) A.外界对气体做功120 J B.气体对外界做功120 J C.外界对气体做功440 J D.气体对外界做功440 J B 解析:由题意知Q=280 J,ΔU=160 J,由热力学第一定律可知ΔU=W+Q,解得W=-120 J,即气体对外界做功120 J,故B正确,A、C、D错误。 四 课时作业 巩固提升 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 [A组　基础巩固练] 1.一个气泡从恒温水槽的底部缓慢向上浮起,若不计气泡内空气分子势能的变化,则(　　) A.气泡内空气对外做功,内能不变,同时放热 B.气泡内空气对外做功,内能不变,同时吸热 C.气泡内空气内能减少,同时放热 D.气泡内空气内能不变,不吸热也不放热 B 11 解析:气泡上升过程中,由于水对气泡的压强减小,气泡的体积增大,故气泡内空气对外做功,缓慢上升指有时间发生热传递,可认为气泡内空气温度是不变的,因不计气泡内空气分子势能的变化,内能不变,故需从外界吸收热量,且吸收的热量等于对外界所做的功,故B正确,A、C、D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 11 2.(2024·梅州高二月考)分子势能Ep随分子间距离r变化的图像如图所示,取r趋近于无穷大时Ep为零。若甲分子固定在坐标原点O处,乙分子从r3处由静止释放,下列说法正确的是(　　) A.分子力对乙先做负功后做正功 B.当两个分子相距为r=r1时,乙分子的速度最大 C.当两个分子相距为r=r2时,它们之间的分子力表现为0 D.当两个分子相距为r=r1时,它们之间的分子力表现为引力 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 C 11 解析:r2处是平衡位置,r3处分子力为引力,所以乙分子从r3处由静止释放,分子力先做正功,运动到r2处速度最大,动能最大,分子势能最小,后做负功,动能减小,势能增大,故A、B错误;当两个分子相距为r=r2时,它们之间的分子力为零,故C正确;当两个分子相距为r=r1时,它们之间的分子力表现为斥力,故D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 11 3.如图所示,厚壁容器的一端通过胶塞插进一支灵敏温度计和一根气针,另一端有个用卡子卡住的可移动胶塞。用打气筒慢慢向容器内打气,使容器内的压强增大到一定程度,这时读出温度计示数。打开卡子,胶塞冲出容器口后(　　) A.温度计示数变大,实验表明气体对外 界做功,内能减少 B.温度计示数变大,实验表明外界对气体做功,内能增加 C.温度计示数变小,实验表明气体对外界做功,内能减少 D.温度计示数变小,实验表明外界对气体做功,内能增加 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 C 11 解析:胶塞冲出容器口后,气体膨胀,对外做功。由于没来得及发生热交换,由W=ΔU可知内能减少,温度降低,即温度计示数变小,故选C。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 11 4.如图所示,直立容器内部有被隔板隔开的A、B两部分气体,A的密度小,B的密度大,抽去隔板,加热气体,使两部分气体均匀混合,设在此过程中气体吸收的热量为Q、气体内能增量为ΔU,则(　　) A.ΔU=Q　　　　　　　　 B.ΔU<Q C.ΔU>Q D.无法比较 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 B 11 解析:两部分气体混合后,因B的密度大,整体重心升高,整体重力做负功,由热力学第一定律ΔU=W+Q得ΔU<Q,故选B。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 11 5.在气缸内活塞左边封闭着一定量的气体(不计分子势能),压强、温度均与外界大气相同,如图所示。把气缸和活塞固定,让气缸内的气体升高一定的温度,气体吸收的热量为Q1,内能变化ΔU1。如果让活塞可以自由滑动(活塞与气缸间无摩擦、不漏气),也使气缸内的气体升高相同的温度,其吸收的热量为Q2,内能变化ΔU2,则(　　) A.Q1<Q2,ΔU1=ΔU2 B.Q1<Q2,ΔU1<ΔU2 C.Q1>Q2,ΔU1>ΔU2 D.Q1=Q2,ΔU1=ΔU2 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 A 11 解析:不计分子势能,内能由温度决定,两种情况下气体温度变化情况相同,气体内能变化量相等,即ΔU1=ΔU2=ΔU。第一种情况,气缸与活塞都固定不动,气体体积不变,气体不做功,W1=0;第二种情况,活塞自由移动,气体体积增大,气体对外做功,W2<0。由热力学第一定律ΔU=W+Q可知Q1=ΔU1-W1=ΔU1=ΔU,Q2=ΔU2-W2=ΔU-W2>ΔU,则Q2>Q1,故选A。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 11 6.当两分子间距离为r0时,它们之间的引力和斥力相等。关于分子之间的相互作用,下列说法错误的是(　　) A.当两个分子间的距离等于r0时,分子势能最小 B.在两个分子间的距离由很远逐渐减小到r=r0的过程中,分子间作用力的合力一直在增大 C.在两个分子间的距离由很远逐渐减小到r=r0的过程中,分子间的斥力一直在增大 D.在两个分子间的距离由r=r0逐渐减小的过程中,分子间作用力的合力一直在增大 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 B 11 解析:两分子之间的距离小于r0时,它们之间既有引力又有斥力的作用,而且斥力大于引力,作用力表现为斥力;当两个分子间的距离大于r0时,分子间存在相互作用的引力和斥力,而且斥力小于引力,作用力表现为引力;两个分子间的距离等于r0时,分子力为零。分子之间的距离无论是从r0开始减小,还是从r0开始增大,分子力都做负功,所以当分子之间的距离等于r0时,分子势能最小,故A正确;当分子间距离等于r0时,它们之间引力和斥力的大小相等,方向相反,合力为零,当两个分子间的距离由很远逐渐减小到r=r0的过程中,分子间引力和斥力均增大,分子间作用力的合力先增大后减小,表现为引力,故B错误,C正确;两个分子间的距离由r=r0开始减小的过程中,分子间作用力的合力一直增大,表现为斥力,故D正确。本题选择错误的,故选B。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 11 7.(多选)(2024·中山高二期末)自热锅因其便于加热和方便携带,越来越受到人们的欢迎。自热锅内有一个发热包,遇水发生化学反应而产生大量热量,不需要明火,温度可超过100 ℃,能在15分钟内迅速加热食品。自热锅的盖子上有一个透气孔,如果透气孔堵塞,容易造成小型爆炸。对于这种现象,下列说法正确的是( 　　) A.自热锅爆炸前,锅内气体温度升高 B.自热锅爆炸前,锅内气体内能增加 C.自热锅爆炸时,锅内气体温度降低 D.自热锅爆炸时,锅内气体内能增加 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 ABC 11 解析:自热锅内有一个发热包,遇水发生化学反应而产生大量热量,可知自热锅爆炸前,锅内气体温度升高,锅内气体内能增加,A、B正确;自热锅爆炸时,由于时间极短,锅内气体对外做功,且来不及与外界发生热传递,锅内气体内能减小,锅内气体温度降低,C正确,D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 11 8.给一定质量的温度为0 ℃的水加热,在水的温度由0 ℃上升到4 ℃的过程中,水的体积随着温度的升高反而减小,我们称之为“反常膨胀”。在水反常膨胀的过程中,水分子之间的结构发生变化导致体积减小,所有水分子间的总势能是增大的。由此可知,反常膨胀时,下列说法正确的是 (　　) A.水分子之间的作用力表现为引力,水分子的平均动能增大 B.水分子之间的作用力表现为斥力,水分子的平均动能增大 C.水分子之间的作用力表现为引力,水分子的平均动能不变 D.水分子之间的作用力的合力为零,水分子的平均动能增大 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 B 11 解析:在水反常膨胀的过程中,水分子之间的结构发生变化导致体积减小,而所有水分子间的总势能是增大的,可知分子间距离小于r0,水分子之间的作用力表现为斥力;水的温度由0 ℃上升到4 ℃,温度升高,可知水分子的平均动能增大,故A、C、D错误,B正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 11 [B组　综合强化练] 9.(多选)(2024·肇庆高二月考)天然气水合物是20世纪科学考察中发现的一种新的矿产资源。它是水和天然气在高压和低温条件下混合时产生的一种固态物质,外貌极像冰雪或固体酒精,点火即可燃烧,有“可燃冰”“固体瓦斯”之称,开采时只需将固体的“天然气水合物”升温减压就可释放出大量的甲烷气体,可燃冰的形成过程可简化为把甲烷气体压缩到低温的“容器”中,开采时通过升温再把甲烷气体从“容器”中释放出来,甲烷可视为理想气体,以下说法中正确的是(　　) A.在可燃冰开采时甲烷气体对外做功,内能变小 B.在可燃冰开采时甲烷气体对外做功,又从外界吸热,内能变大 C.在可燃冰形成时外界对气体做功,内能变大 D.在可燃冰形成时外界对气体做功,气体又对外放热,内能变小 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 BD 11 解析:由题意可知,可燃冰在开采过程中要对其加热升温,气体体积变大对外做功,同时内能变大,则气体从外界吸热,故A错误,B正确;可燃冰形成条件是低温压缩,所以可燃冰形成过程中外界对气体做功,同时内能减少,则气体对外放热,故C错误,D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 11 10.(2024·广东中山期中)如图所示,内壁光滑的绝热气缸固定在水平面上,由于其右端有挡板,厚度不计的绝热活塞不能离开气缸,气缸内封闭着一定质量的理想气体,活塞距气缸右端的距离为0.2 m。现对封闭气体加热,活塞缓慢移动,一段时间后停止加热,此时封闭气体的压强变为2×105 Pa。已知活塞的横截面积为0.04 m2,外部大气压强为1×105 Pa,加热过程中封闭气体吸收的热量为2 000 J,则封闭气体的内能变化量为(　　) A.400 J B.1 200 J C.2 000 J D.2 800 J 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 B 11 解析:由题意可知,气体先发生等压变化,到活塞运动到挡板处再发生等容变化。等压变化过程中,气体对外做功,则 W=-p0Sx=-1×105×0.04×0.2 J=-800 J 由热力学第一定律可知,封闭气体的内能变化量为 ΔU=W+Q=(-800+2 000)J=1 200 J 故B正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 11 [C组　培优选做练] 11.在一个标准大气压下,水在沸腾时,1 g的水由液态变成同温度的水蒸气,其体积由1.043 cm3变为1 676 cm3。已知水的汽化热(单位质量的某种液体变成气体时所吸收的热量)为2 263.8 J/g,一个标准大气压p=1.013×105 Pa。求: (1)体积膨胀时气体对外界做的功W; (2)气体吸收的热量Q; (3)气体增加的内能ΔU。 答案:(1)169.7 J　(2)2 263.8 J　(3)2 094.1 J 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 解析:取1 g水为研究系统,把大气视为外界。1 g沸腾的水变成同温度的水蒸气需要吸收热量,同时由于体积膨胀,系统要对外做功,所以有ΔU<Q吸。 (1)气体在等压(大气压)下膨胀对外做的功为 W=p(V2-V1)=1.013×105×(1 676-1.043)×10-6 J≈169.7 J。 (2)气体吸收的热量 Q=1×2 263.8 J=2 263.8 J。 (3)根据热力学第一定律得 ΔU=Q-W=2 263.8 J-169.7 J=2 094.1 J。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 $$