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【金版新学案】2013-2014学年高中物理同步配套辅导与检测（粤教版，选修3-3）：第三章第二节热力学第一定律（38张ppt）

上传时间: 2014-08-17

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第二节　热力学第一定律

热力学基础

1．理解热力学第一定律的内容和数学表达式，并能进行简单计算．

2．会用热力学第一定律分析、解释有关物理问题．

夏天取一瓶与室温相同的啤酒，用开瓶盖的起子将瓶盖迅速打开，你手上就会觉得有一股比室温稍低的冷气冒出，随之还有一些泡沫向外涌．这里冒出的气为什么温度会比室温低呢？

1．热力学第一定律内容：如果物体与外界之间同时发生____和________的过程，那么，物体内能的增加量ΔU等于外界对物体所做的功W与物体从外界吸收的热量Q之和．

2．热力学第一定律表达式： ___________.

做功　热传递

ΔU＝Q＋W

热力学第一定律

如果物体与外界之间同时存在做功和热传递的过程，那么，物体内能的增加量ΔU等于外界对物体所做的功W与物体从外界吸收的热量Q之和叫做热力学第一定律.

热力学第一定律不仅反映了做功和热传递对改变物体内能是等效的，而且给出了内能的变化量和功、热量之间的定量关系．其表达式ΔU＝ Q＋W是标量式，三个物理量的单位统一为国际单位制中的焦耳(J)．

几种特殊情况：

①绝热过程，则Q＝0，ΔU＝W，外界对物体做的功等于物体内能的增加量.

②不做功，则W＝0，ΔU＝Q，物体吸收的热量等于物体内能的增加量；

③始末状态内能不变，则ΔU＝0，Q＋W＝0或W＝－Q，外界对物体做的功等于物体放出的热量．

(双选）如图，一绝热容器被隔板K 隔成a 、 b两部分．已知a内有一定量的稀薄气体，b内为真空，抽开隔板K后a内气体进入b，最终达到平衡状态．在此过程中(　　)

A．气体对外界做功，内能减少

B．气体不做功，内能不变

C．气体压强变小，温度降低

D．气体压强变小，温度不变

解析：绝热容器的稀薄气体与外界没有热传递，Q＝0，稀薄气体向真空扩散没有做功，W ＝0.根据热力学第一定律稀薄气体的内能不变，则温度不变，A、C错误，B正确．稀薄气体扩散体积增大，压强必然减小，D正确．

答案：BD

1．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

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气体做功(或气体对外界做功)，气体从外界吸热(或向外界放热)两种因素有关，物体吸收热量，但有可能同时对外做功，故内能有可能不变甚至减小，故A错，同理，物体对外做功的同时有可能吸热，故内能不一定减小，B错；若物体吸收的热量与对外做功相等，则内能不变，C正确．而放热与对外做功是使物体内能减小，所以D错．

答案：C

热力学第一定律的应用

热力学第一定律是功、热量跟内能的变化的定量关系．

表达式ΔU＝ Q＋W也适用于物体对外做功、向外放热和内能减小的情况：

① Q为正——物体吸热；Q为负——物体放热；

②W为正——外界对物体做功；W为负——物体对外界做功；

③ΔU为正——物体内能增大；ΔU为负——物体内能减小．

一定质量的气体，在被压缩的过程中外界对气体做功300 J，但这一过程中气体的内能减少了300 J，问气体在此过程中是吸热还是放热？吸收(或放出)多少热量？

解析：由题意知，W＝300 J，ΔU＝－ 300 J

根据热力学第一定律：ΔU＝ Q＋W

可得：Q＝ΔU－W＝－300 J－300 J＝－600 J

Q为负值表示气体放热，因此气体放出600 J的热量．

2．如图是密闭的气缸，外力推动活塞P压缩气体，对缸内气体做功800 J，同时气体向外界放热200 J，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

解析：由热力学第一定律，ΔU＝ Q＋W＝－200 J＋800 J＝600 J，内能增加600 J，则温度一定升高，A正确．

答案：A

1．（双选）一定质量的理想气体，如果体积膨胀，同时吸收热量，下列关于该气体内能变化的说法中正确的是(　　)

A．如果气体对外做的功大于吸收的热量，气体内能将减少

B．如果气体对外做的功小于吸收的热量，气体内能将减少

C．如果气体对外做的功等于吸收的热量，气体内能将不变

D．如果气体对外做的功等于吸收的热量，气体内能可能改变

解析：体积膨胀，则气体的压力一定对外做功，W＜0，吸收热量Q＞0，所以气体内能的变化要比较二者的大小关系，由ΔU＝W ＋Q可知A、C正确．

答案： AC

2．下图为某种椅子与其升降部分的结构示意图，M、N两筒间密闭了一定质量的气体，M可沿N的内壁上下滑动，设筒内气体不与外界发生热交换，在M向下滑动的过程中(　　)

A．外界对气体做功，气体内能增大

B．外界对气体做功，气体内能减小

C．气体对外界做功，气体内能增大

D．气体对外界做功，气体内能减小

解析：由热力学第一定律ΔU＝Q＋W，Q＝0，W>0，ΔU>0.

答案：A

3．给旱区送水的消防车停于水平面，在缓缓放水的过程中，若车胎不漏气，胎内气体温度不变，不计分子势能，则胎内气体(　　)

A．从外界吸热　　　　　　B．对外界做负功

C．分子平均动能减少 D．内能增加

解析：胎内气体经历了一个温度不变，压强减小，体积增大的过程．不计分子势能，温度不变，分子平均动能和内能不变．体积增大气体对外界做正功．根据热力学第一定律知气体一定从外界吸热，A正确．

答案： A

4．（双选）在温度均匀且恒定的水池中，有一小气泡正在缓慢向上浮起，体积逐渐膨胀，在气泡上浮的过程中(　　)

A．气体内能增加 B．气体内能减少

C．气体吸收热量 D．气体放出热量

解析：根据公式ΔU＝Q＋W，由题意，温度不变，分子总动能不变，但由于气泡上升体积增大，故分子总势能增大，所以，气泡上升过程，气体内能增加(ΔU为正值)，A正确．由于气泡上升体积变大，所以气体对外界做功，W为负值．因此，Q为正值，表明气体吸收热量，选项C正确．

答案：AC

5．固定的气缸内由活塞封闭着一定量的理想气体，活塞在拉力F作用下缓慢地向右移动，如图所示．假设气缸壁和活塞都是不导热的材料，在拉动活塞的过程中，则下列说法正确的是(　　)

A．气体对外做功，气体内能减小

B．外力F做正功，气体内能增加

C．气体温度升高、压强减小

D．每个气体分子的动能都减小

解析：气体的体积增大，所以气体对外做功，而气缸壁和活塞都是绝热的，所以气体的内能减小，A正确．

答案：A

6．（双选）如图，水平放置的密封气缸内的气体被一竖直隔板分隔为左右两部分，隔板可在气缸内无摩擦滑动，右侧气体内有一电热丝．气缸壁和隔板均绝热．初始时隔板静止，左右两边气体温度相等．现给电热丝提供一微弱电流，通电一段时间后切断电源．当缸内气体再次达到平衡时，与初始状态相比(　　)

A．右边气体温度升高，左边气体温度不变

B．左右两边气体温度都升高

C．左边气体压强增大

D．右边气体内能的增加量等于电热丝放出的热量

解析：当电热丝通电后，右边的气体温度升高气体膨胀，将隔板向左推，对左边的气体做功，根据热力学第一定律，内能增加，气体的温度升高．根据气体定律左边的气体压强增大，B、C正确；右边气体内能的增加值为电热丝发出的热量减去对左边的气体所做的功，D错．

答案：BC

7.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热Q，气体内能增量为ΔU，则(　　)

A．ΔU＝Q B．ΔU＜Q

C．ΔU＞Q D．无法比较

解析：A、B气体开始的合重心在中线下，混合均匀后重心在中线，所以系统重力势能增大，由能量守恒知，吸收热量一部分增加气体内能，一部分增加重力势能．

答案：B

8．（2012·广东卷）景颇族的祖先发明的点火器如图所示，用牛角做套筒，木制推杆前端粘着艾绒，猛推推杆，艾绒即可点燃，对筒内封闭的气体，在此压缩过程中（）

A.气体温度升高，压强不变

B.气体温度升高，压强变大

C.气体对外界做正功，气体内能增加

D.外界对气体做正功，气体内能减少

解析：筒内封闭气体被压缩过程中，外界对气体做正功.由热力学第一定律ΔU=W+Q知，气体内能增加，温度升高.由理想气体状态方程 C知，气体压强增大.选项A、C、D错误，选项B正确.

答案：B

9．（2012·江苏卷）如图所示，一定质量的理想气体从状态A经等压过程到状态B，此过程中，气体压强p=1.0×105Pa，吸收的热量Q=7.0×102J，求此过程中气体内能的增量.

解析：等压变化，对外做的功W=p（VB-VA），根据热力学第一定律ΔU=Q-W，解得ΔU=5.0×102J. 答案：5.0×102J

10. （2012·山东卷）如图所示，粗细均匀、导热良好、装有适量水银的U型管竖直放置，右端与大气相通，左端封闭气柱长l1=20cm（可视为理想气体），两管中水银面等高.现将右端与一低压舱（未画出）接通，稳定后右管水银面高出左管水银面h=10 cm（环境温度不变，大气压强p0=75cm-Hg）.

（1）求稳定后低压舱内的压强（用“cmHg”作单位）；

（2）此过程中左管内的气体对外界______（填“做正功”、“做负功”或“不做功”），气体将_______（填“吸热”或“放热”）.

解析：（1）设U型管横截面积为S，右端与大气相通时左管中封闭气体压强为p1，右端与一低压舱接通后，左管中封闭气体的压强为p2，气柱长度为l2，稳定后低压舱内的压强为p.左管中封闭气体发生等温变化，根据玻意耳定律得

p1V1=p2V2 ①

p1=p0 ②

p2=p+ph ③

V1=l1S ④

V2=l2S ⑤

由几何关系得

h=2（l2-l1） ⑥

联立①②③④⑤⑥式，代入数据得

p=50cmHg ⑦

（2）由于左管的体积增大，故对外界做正功；由热力学第一定律可知，等温内能不变，对外做功应吸热.  答案：（1）50cmHg（2）做正功吸热

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