1、第1节热力学第一定律1.了解热力学第一定律(重点)2.会用UWQ解决一些简单问题(重点难点)3知道第一类永动机不可能制成一、热力学第一定律及其应用1改变物体内能的两种方式：做功和热传递2物体内能的改变(1)如果物体与外界无热传递，若外界对物体做功，则物体的内能增加；若物体对外做功，物体的内能减少(2)如果物体既不对外做功，外界也不对物体做功，则物体吸收热量时，它的内能增加；物体放出热量时，它的内能减少3热力学第一定律(1)内容：物体内能的增加量U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)表达式：UWQ(3)符号规则：物体从外界吸热时Q为正值，即Q0，物体向外界放热时Q为负值，即
2、Q0，物体对外界做功时W为负值，即W0，物体的内能减少时U为负值，即U0.(4)意义：一个物体内能增加，必定有其他物体对它做功，或向它传递热量与此同时，对此物体做功或向它传热的其他物体要减少等量的能量，而系统的总能量保持不变在一切涉及热现象的宏观过程中，能量可以发生转移或转化，在转移或转化过程中总能量守恒(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功()提示：(1)(2)(3)(4)二、第一类永动机1概念：不消耗任何能量而能永远对外做功的机器2结果：171
3、8世纪，人们提出了许多永动机设计方案，但都以失败而告终3原因：设想能量能够无中生有地创造出来，违背了热力学第一定律4启示：人类利用和改造自然时，必须遵循自然规律有一种所谓“全自动”机械手表，既不需要上发条，也不用任何电源，却能不停地走下去这是不是一种永动机？如果不是，维持表针走动的能量是从哪儿来的？提示：这不是永动机是通过手臂的摆动获得能量改变物体内能的两种方式的比较1绝热过程：物体只由于外界对它做功而与外界交换能量，它不从外界吸热，也不向外界放热，这样的过程叫做绝热过程2功和内能变化的关系：当物体从某一状态经过绝热过程达到另一状态时，内能的增加量U就等于外界对物体所做的功W，用公式表示为：U
4、U2U1W.在绝热过程中，外界对物体做功，物体的内能增加，外界对物体做多少功，物体的内能就增加多少；物体对外界做功，物体的内能减少，物体对外界做多少功，物体的内能就减少多少物体在绝热过程中，外界对物体所做的功仅由过程的始、末两个状态决定，不依赖于做功的具体过程和方式，这一点与在力学中重力做的功仅由物体的起点和终点两个位置决定，而与物体的运动路径无关相类似3热传递和内能变化的关系热传递是相互接触的两个物体(或同一物体的不同部分之间)，由于温度不同，会自发地将热量从高温物体传到低温物体的过程(或从同一物体的高温部分传到低温部分)，热传递的条件是两物体或同一物体的不同部分之间存在温度差热传递也可以改
5、变物体的内能物体吸收了热量，分子热运动变得剧烈，分子平均动能就增加，物体的内能增大，反之物体的内能就减少在只有热传递的情况下，系统由状态1到达状态2，内能增量为UU2U1，吸收的热量即UQ，也就是说：物体吸收热量，内能增加，物体放出放量，内能减少，并且内能的变化量等于物体吸收或放出的热量(1)内能是状态量，一个物体在不同的状态下可以有不同的内能(2)热量是过程量，它表示由于热传递而引起的变化过程中传递的能量下列说法正确的是()A物体放出热量，其内能一定减小B物体对外做功，其内能一定减小C物体吸收热量，同时对外做功，其内能可能增加D物体放出热量，同时对外做功，其内能可能不变解析根据热力学第一定律
6、(公式UQW)可知，做功和热传递都可以改变物体的内能，当外界对物体做的功大于物体放出的热量或物体吸收的热量大于物体对外做的功时，物体的内能增加，选项A、B错误，选项C正确；物体放出热量同时对外做功，则QW0，内能减小，选项D错误答案C在墙壁与外界无热传递的封闭房间里，夏天为了降低温度，同时打开电冰箱和电风扇，两电器工作较长时间后，房内的气温将会怎样变化？并说明原因解析：电冰箱是把里面的热量转移到外面，达到降温的效果；电风扇是通过风扇转动，带动空气流动，使身体汗液蒸发起到对人体降温的作用但从总体上，电冰箱、电风扇消耗的电能最后都转化为内能，因而房内温度升高答案：见解析对热力学第一定律的理解1热力
7、学第一定律的研究对象：研究功、热量跟内能的变化之间的定量关系2热力学第一定律的表达式我们知道，做功和热传递都可以改变物体的内能在一般情况下，如果物体跟外界同时发生做功和热传递的过程，那么，外界对物体所做的功W加上物体从外界吸收的热量Q等于物体内能的增量U，即UQW.上式所表示的功、热量跟内能改变之间的关系，叫做热力学第一定律3对于理想气体，常把热力学第一定律与理想气体状态方程结合起来分析其状态变化规律，常见的分析思路如下：(1)利用体积的变化分析做功问题气体体积增大，对外做功；气体体积减小，外界对气体做功(2)利用温度的变化分析理想气体内能的变化一定质量的理想气体的内能仅与温度有关，温度升高，
8、内能增加；温度降低，内能减小(3)利用热力学第一定律判断是吸热还是放热由热力学第一定律UWQ，则QUW，若已知气体的做功情况和内能的变化情况，即可判断气体状态变化是吸热过程还是放热过程应用热力学第一定律解题，一定要弄清热学过程中物理量W、Q、U的正、负号，防止公式UWQ中因符号不清楚而出错 命题视角1用热力学第一定律定性分析密闭有空气的薄塑料瓶因降温而变扁，此过程中瓶内空气(不计分子势能)()A内能减小，外界对其做功B内能减小，吸收热量C内能增大，对外界做功D内能增大，放出热量解析密闭有空气的薄塑料瓶降温说明气体的内能减小，薄塑料瓶变扁说明外界对气体做功；由热力学第一定律可知，气体在变化过程中
9、放出热量，所以选项A正确答案A 命题视角2用热力学第一定律进行定量计算一定质量的气体，在从一个状态变化到另一个状态的过程中，吸收热量280 J，并对外做功120 J，试问：(1)这些气体的内能发生了怎样的变化？(2)如果这些气体又返回原来的状态，并放出了240 J热量，那么在返回的过程中是气体对外界做功，还是外界对气体做功？做功多少？思路点拨根据热力学第一定律进行计算解析(1)由热力学第一定律可得UWQ120 J280 J160 J，即气体内能增加了160 J.(2)由于气体的内能仅与状态有关，所以气体从状态回到状态过程中内能的变化应等于从状态到状态过程中内能的变化，则从状态到状态的内能应减少
10、160 J，即U160 J，又Q240 J根据热力学第一定律得：UWQ所以WUQ160 J(240 J)80 J即外界对气体做功80 J.答案(1)内能增加了160 J(2)外界对气体做功80 J 命题视角3热力学第一定律与理想气体状态方程的综合应用(多选)对于一定质量的理想气体，下列说法正确的是()A加热压缩，温度一定升高，压强一定增大B加热膨胀，温度一定升高，压强一定减小C若温度降低，压强增大，则一定吸收热量D若膨胀过程中压强增大，则一定吸收热量解析对A项：U又p，故A正确对B项：U无法确定，T无法确定，由C知，p变化无法确定，故B错误对C项：V，Q0，吸热，故D正确答案AD【通关练习】1
11、一定量的理想气体在某一过程中，从外界吸收热量2.5104 J，气体对外界做功1.0104 J，则该理想气体的()A温度降低，密度增大B温度降低，密度减小C温度升高，密度增大D温度升高，密度减小解析：选D.由热力学第一定律UWQ得：U1.0104 J2.5104 J1.5104 J，因此气体的内能增大，故温度升高，又因气体对外做功，体积增大，故密度减小2 如图，一定质量的理想气体，由状态a经过ab过程到达状态b或者经过ac过程到达状态c.设气体在状态b和状态c的温度分别为Tb和Tc，在过程ab和ac中吸收的热量分别为Qab和Qac，则()ATbTc，QabQacBTbTc，QabQac DTbT
12、c，Qab0，故温度一定升高，故A选项正确课时作业一、单项选择题1关于物体内能的变化情况的说法正确的是()A吸热的物体的内能一定增加B体积膨胀的物体的内能一定减少C外界对物体做功，其内能一定增加D绝热压缩物体，其内能一定增加解析：选D.改变物体内能的途径有两种：做功和热传递在其中一种改变内能的途径不确定的情况下，不能根据另一种改变内能途径的情况判断物体内能的变化2给旱区送水的消防车停于水平地面，在缓慢放水过程中，若车胎不漏气，胎内气体温度不变，不计分子间势能，则胎内气体()A从外界吸热B对外界做负功C分子平均动能减小 D内能增加解析：选A.缓慢放水过程中，胎内气体体积增大、温度不变，由于不计分
13、子势能，内能不变，故分子平均动能不变，选项C、D错误；由体积增大可知气体对外界做正功，或克服外界做功，选项B错误由UWQ知U0，W0，气体从外界吸热，选项A正确故选A.3一定质量的理想气体，从某一状态开始，经过一系列变化后又回到开始的状态，用W1表示外界对气体做的功，W2表示气体对外界做的功，Q1表示气体吸收的热量，Q2表示气体放出的热量，则在整个过程中一定有()AQ1Q2W2W1BQ1Q2CW1W2 DQ1Q2解析：选A.解答本题的切入点是，对一定质量的理想气体，在某一状态下其内能是确定的首先，对一定质量的理想气体，经过一系列的状态变化后又回到原状态，表明整个过程中内能的变化为零，即通过做功
14、和热传递引起的内能变化相互抵消，所以A选项正确4景颇族的祖先发明的点火器如图所示，用牛角做套筒，木质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：选B.气体体积减小，故外界对气体做正功，做功时间短，故可认为无热传递，由UWQ，W0，气体内能增加，温度上升由C可知，温度上升体积减小，压强必增大5.如图所示，在竖直放置的圆柱容器内，用活塞密封一部分气体，活塞质量为m，容器的横截面积为S，活塞与容器壁间无摩擦，平衡时容器内的密闭气体的压强为p，外界大气压
15、恒为p0.当气体从外界吸收热量Q、活塞升高h后再次平衡(可认为气体压强恒为p不变)则在此过程中密闭气体增加的内能等于()AQ BQmghCQmghp0Sh DQmghp0Sh解析：选C.气体前后两个状态用1和2表示，对应内能为U1和U2，当气体从状态1变化到状态2时，能流图如图所示从能流图可以看出：UQWQmghp0Sh.6如图，容器A、B各有一个可以自由移动的轻活塞，活塞下面是水，上面是大气，大气压恒定A、B的底部由带阀门K的管道相连，整个装置与外界绝热原先A中水面比B中的高，打开阀门，使A中的水逐渐向B中流动，最后达到平衡在这个过程中()A大气压对水不做功，水的内能减少B水克服大气压做功，
16、水的内能减少C大气压对水不做功，水的内能不变D大气压对水不做功，水的内能增加解析：选D.打开阀门K，使A中的水逐渐流向B中，最后水面持平，A中水面下降hA，B中水面上升hB，相当于A端SAhA体积的水移到B端，且SAhASBhB，这部分水的重心降低，重力对水做正功，重力势能减小了大气压力做功情况是大气压对A容器中的水做正功，对B容器中的水做负功所以，大气压力对水做的总功为p0SAhAp0SBhB，由于SAhASBhB，所以大气压对水做的总功为零，又由于系统绝热，与外界没有热交换，只有水重力做功，重力势能转化为内能，故选项D正确二、多项选择题7用密封性好、充满气体的塑料袋包裹易碎品，如图所示，充
17、气袋四周被挤压时，假设袋内气体与外界无热交换，则袋内气体()A体积减小，内能增大B体积减小，压强减小C对外界做负功，内能增大D对外界做正功，压强减小解析：选AC.实际气体在温度不太低、压强不太大时可看作理想气体充气袋被挤压，气体体积减小，外界对气体做正功，则W0，即气体对外界做负功，由于袋内气体与外界无热交换，即Q0，根据热力学第一定律UWQ知，内能增大，温度升高，选项A、C正确；根据理想气体状态方程C可判断压强一定增大，选项B、D错误8 实验室内，某同学用导热性能良好的汽缸和活塞将一定质量的理想气体封闭在汽缸内(活塞与汽缸壁之间无摩擦)，待活塞静止后，再用一个装有与室温温度相同的水的小滴管贴
18、近活塞，将滴管内的水缓慢滴注在活塞上方，如图所示在此过程中，若大气压强与室内的温度均保持不变，则下列说法正确的是()A单位时间内，缸内气体分子对活塞撞击的次数保持不变B汽缸内气体的内能不变C外界对缸内气体做的功等于缸内气体向外界释放的热量D外界对缸内气体做的功等于缸内气体增加的内能解析：选BC.此过程是等温变化，即内能不变，根据热力学第一定律可知外界对缸内气体做的功等于缸内气体向外界释放的热量，故B、C正确、D错误；此过程压强增大体积缩小，由压强的微观含义可知A错误9下列关于第一类永动机的说法正确的是()A第一类永动机是不消耗任何能量却能源源不断地对外做功的机器B第一类永动机不能制成的原因是违
19、背了热力学第一定律C第一类永动机不能制成的原因是技术问题D第一类永动机不能制成的原因是违背了能量守恒定律解析：选AD.第一类永动机是不消耗任何能量却能源源不断对外做功的机器，这是人们的美好愿望，但它违背了能量守恒定律这也是它不能制成的原因故A、D两项正确，B、C两项错误10.如图所示，a、b、c、d表示一定质量的理想气体状态变化过程中的四个状态，图中ad平行于横坐标轴，cd平行于纵坐标轴，ab的延长线过原点以下说法正确的是()A从状态d到c，气体不吸热也不放热B从状态c到b，气体放热C从状态a到d，气体对外做功D从状态b到a，气体吸热解析：选BCD.从状态d到c，温度不变，理想气体内能不变，但
20、是由于压强减小，所以体积增大，对外做功，还要保持内能不变，一定要吸收热量，故A错误气体从状态c到状态b是一个降压、降温过程，同时体积减小，外界对气体做功，而气体的内能还要减小(降温)，就一定要伴随放热的过程，故B正确气体从状态a到状态d是一个等压、升温的过程，同时体积增大，所以气体要对外做功，故C正确气体从状态b到状态a是一个等容变化过程，随压强的增大，气体的温度升高，内能增大，而在这个过程中气体的体积没有变化，就没有做功，气体内能的增大是因为气体吸热的结果，故D正确三、非选择题11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p1.0105 Pa，吸收的热量Q7.
21、0102 J，求此过程中气体内能的增量解析：等压变化，对外做的功Wp(VBVA)根据热力学第一定律UQW，解得U5.0102 J.答案：5.0102 J12.爆米花酥脆可口、老少皆宜，是许多人喜爱的休闲零食，如图为高压爆米花的装置原理图，玉米在铁质的密闭容器内被加热，封闭气体被加热成高温高压气体，当打开容器盖后，“嘭”的一声气体迅速膨胀，压强急剧减小，玉米粒就“爆炸”成了爆米花设当地温度为t127 ，大气压为p0，已知密闭容器打开前的气体压强达到4p0.试分析：(1)容器内的气体看作理想气体，求容器内气体的温度(2)假定在一次打开的过程中，容器内气体膨胀对外界做功15 kJ，并向外释放了20 kJ的热量，容器内原有气体的内能如何变化？变化了多少？解析：(1)根据查理定律：p1p0，T1300 K，p24p0.整理得：T21 200 K，t2927 .(2)由热力学第一定律UQW得U20 kJ15 kJ35 kJ，故内能减少35 kJ.答案：(1)927 (2)减少35 kJ
