3.2热力学第一定律.docx

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1、第2节热力学第一定律【知识梳理与方法突破】一、热力学第一定律4U=Q+W的符号规定ri .WQAU+体积减小，外界对热力学系统做功热力学系统吸收热量内能增加体积增大，热力学系统对外界做功热力学系统放出热量内能减少(1)若过程是绝热的，即Q = 0,则勿= 4U,外界对物体做的功等于物体内能的增加量。(2)若过程中不做功，即0 = 0,则Q = 4U,物体吸收的热量等于物体内能的增加量。(3)若过程中物体的始、末内能不变，即/U = 0,则 + Q = 0或勿= -Q,外界对物体做的功等于物体 放出的热量。(1)首先应明确研究对象是哪个物体或者是哪个热力学系统。(2)分别列出物体(或系统)吸收或

2、放出的热量；外界对物体(或系统)所做的功或物体(或系统)对外所做的功。(3)根据热力学第一定律4U = Q + W列出方程进行求解。(4)特别注意的就是物理量的正负号及其物理意义。【例1】一定质量的气体在某一过程中，外界对气体做功7.0xl04J,气体内能减小1.3x10%则此过程()A.气体从外界吸收热量2.0x105JB.气体向外界释放热量2.0xl05JC.气体从外界吸收热量6.0x104JD.气体向外界释放热量6.0xl04J【答案】B【分析】由题目中外界对气体做功7.0xl04j,气体内能减小1.3X105J可知，本题考查气体的内能与做功和 热传递的关系，根据热力学第一定律分析即可。

3、【详解】由热力学第一定律U = W + Q得到。= AU W = -L3xl()57.0x104 =_2.0x1()5j即气体向外界释放2.0x1()5j的热量，故B正确。故选B。【针对训练1】如图所示，活塞将汽缸分成甲、乙两气室，汽缸、活塞(连同拉杆)是绝热的，且不漏气，以E尹、E乙分别表示甲、乙两气室中气体的内能，则在将拉杆缓慢向外拉的过程中()A.后卬不变，E乙减小B.E甲不变,E乙增大C. E甲增大,乙不变D.E用增大,乙减小【答案】D【分析】本题解题的关键是明确甲、乙两气室气体都经历绝热过程，内能的改变取决于做功的情况。【详解】对甲室内的气体，在拉杆缓慢向外拉的过程中，活塞左移，压缩

4、气体，外界对甲室气体做功，其 内能应增大；对乙室内的气体，活塞左移，气体膨胀，气体对外界做功，内能减小，选项D正确。故选Do二、热力学第一定律和气体实验定律的综合应用（1）对于理想气体来说，因不考虑分子势能，故其内能为所有分子动能的总和（即等于分子数与分子热运 动的平均动能的乘积）。内能仅由分子数与温度决定，因此对于一定质量的理想气体来说，内能是否变化 取决于其温度是否变化。升温，AU为正;降温，4U为负;温度不变，AU = 0.（2）理想气体是否做功，取决于其体积的变化。若体积变大，则气体对外界做功；体积变小，则外界对气 体做功；体积不变，则做功为零。（3）热量Q取决于容器是绝热的还是导热的

5、，并不是温度升高吸热，温度降低放热。（4）外界对理想气体做功或理想气体对外界做功时，若恒压膨胀，即压强不变时，功的计算公式为0= p/，（p为理想气体的压强、4,为理想气体体积的变化量）。【例2】如图是一定质量理想气体状态变化的V-T图像，图中cd, ad平行于横轴，由图像可知（）A. 过程气体压强不变B. fc过程气体内能不变C. c fd过程气体密度不变D. d-过程气体对外做功【答案】B【详解】A.在丁图像中，过坐标原点的直线为等压变化，必不过坐标原点，故不是等压变化，A错误;B.由题图可知，灰为等温变化，温度不变，故内能不变，故B正确；C.。到d为等压变化，由。到体积减小，由于质量不变

6、，故密度增大，故C错误；D. d-。过程为等容变化，气体对外不做功，故D错误。故选：Bo【针对训练2】如图所示，一定质量的理想气体，从状态A经绝热过程4-3,等容过程BfC,等温过程 Cf A,又回到状态A,贝IJ （）A. Af8过程气体体积增大，内能减小B. Bf C过程内能增加，可能外界对气体做了功C.气体在3状态的温度高于在A状态的温度D. Cf A为等温变化，内能不变，所以此过程气体既不吸热也不放热【答案】A【详解】A. Af 5为绝热过程，气体压强减小，体积膨胀，气体对外做功，不发生热量交换，由热力学第 一定律可知，气体内能减小，故A正确；B. BfC过程气体等容升压，由年为恒量可

7、知，气体温度升高，其内能增加，卬=0,故B错误；C. Cf A过程为等温压缩，Ta=Tc,而0,由热力学第一定律可知，4 为放热过程，故D错误。故选：Ao【巩固提升】1.金属筒内装有与外界温度相同的压缩空气，打开筒的开关，筒内高压空气迅速向外逸出，待筒内外压强 相等时，立即关闭开关。在外界保持恒温的条件下，经过一段较长时间后，再次打开开关，这时出现的现 象是（）A.筒外空气流向筒内B.筒内空气流向筒外C.筒内外有空气变换，处于动态平衡，筒内空气质量不变D.筒内外无空气交换【答案】B【详解】因高压空气急剧外逸时，气体没有时间充分与外界发生热交换，可近似看成绝热膨胀过程。气体 对外做功，内能减小，

8、所以关闭开关时，筒内气体温度较外界低，再经过较长时间后，筒内外气体温度相 同。对筒内剩余气体分析，属于等容升温过程，其压强要变大，大于外界气压，所以再打开开关时，筒内 气体要流向筒外。故选Bo2.带有活塞的汽缸内封闭一定量的理想气体。气体开始处于状态。；然后经过过程必到达状态8或经过过 程。到达状态C, b、C状态温度相同，如图所示。设气体在状态匕和状态。的压强分别为外和Pc，在过程 必和。中吸收的热量分别为2必和以，则oA. Ph pc, Qab Qac B. ph QacC. pb Pc, Qab pc, Qab Qac【答案】B【详解】根据理想气体状态方程半=c,整理可得V = 所以斜率

9、越大，压强越小，即8点的压强小于C点;由热力学第一定律AU = W + Q,经过过程必到达状态6或经过过程。到达状态c, b、。状态温度相同， 所以AU相等，又因经过过程必到达状态或 体积增大，对外做功，W为负值，而经过过程碇到达状态 体积不变，对外不做功，W为零，所以必过程吸收的热量多。故选Bo3.如图所示，带有活塞的气缸中封闭着一定质量的气体（不计气体的分子势能和重力势能），已知气缸和 活塞都是绝热的，将一个热敏电阻置于气缸中，热敏电阻与气缸外的多用电表的欧姆挡连接，气缸固定不 动，缸内活塞可以自由移动且不漏气.今在活塞上端悬挂一桶沙，细沙从小桶下边的小孔中缓慢流出，在此 过程中（）A.气

10、体的内能减小B.气体分子的平均动能不变C.气缸内壁单位时间内单位面积上受到的压力增大D.多用电表的指针逐渐向左偏转【答案】C【详解】AB.细沙漏出后推动活塞下移，对气体做正功，由于绝热，根据热力学第一定律知，气体内能增大, 温度升高，分子平均动能增大，故AB错误；C.体积减小，且平均动能增大，所以气缸内壁单位时间内单位面积上受到的压力增大，故C正确；D.温度升高，热敏电阻的阻值减小，欧姆表的指针逐渐向右偏转，故D错误。故选C。4 .在图所示的两端开口的U形管中，盛有同种液体，并用管闩K将液体隔成左、右两部分，左边液面比 右边液面高。现打开管闩K,从打开管闩到两边液面第一次平齐的过程中，液体向外

11、放热为。，内能变化量为，动能变化量为八线；大气对液体做功为叱，重力做功为区,液体克服阻力做功为明，由功能关系 可得：叱二。吗暝=八七暝=。=。叱一。二 A。，其中，正确的是（）A.B.C.D.【答案】B【详解】由动能定理可知卬2 -吗+叱=八线其中* =X%-/嗥=。可知正确。由热力学第一定律AU=W +。得。=暝-。可知正确，错误。故B正确，ACD错误。故选Bo5 .如图是某研究小组为了探究“鱼膘的作用”所制作的装置。具体制作方法如下：在大号“可乐瓶”中注入半 瓶水，在一个小气球中放入几枚硬币并充入少量空气（忽略气体的分子势能），将其装入可乐瓶中。通过 在水中放盐改变水的密度后，使气球恰好悬

12、浮于水中，并拧紧瓶盖。设初始时瓶中气体、水及外界大气的 温度相同。当用手挤压可乐瓶的上半部分时，下列说法正确的是（）A.快速挤压时，瓶内气体压强变大B.快速挤压时，瓶内气体温度不变C.快速挤压时，瓶内气体体积不变D.缓慢挤压时，瓶内气体温度不变【答案】AD【详解】ABC.快速挤压气体时，外界对气体做功，来不及传热，由W+Q=。内能增大，温度上升，体 积变小，瓶内压强变大，A正确，BC错误；D.缓慢挤压时，温度不变，体积变小，瓶内压强变大，D正确。故选ADo6 .如图所示，某同学将空的薄金属筒开口向下压入水中。设水温均匀且恒定，筒内空气无泄漏，不计气体 分子间相互作用，则被淹没的金属筒在缓慢下降

13、过程中，筒内空气体积减小，下列说法中正确的是（）A.从外界吸热B.向外界放热C.分子势能不变D.内能减小【答案】BC【详解】水温恒定，即空气分子平均动能不变；不计分子间相互作用，即分子势能不变，由此可知空气内 能不变。筒内空气体积减小，说明外界对空气做功，根据热力学第一定律知空气放出热量。故选BCo7 .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， 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 的下列说法中正确的是（ ）A.气体对外做功，气体温度可能不变8 .气体对外做功，内能可能不变C.气体压强可能

14、增大，内能可能不变D.气体从外界吸热，内能一定增加【答案】AB【详解】由于汽缸是导热的，则可以与外界进行热交换，细沙减少时，气体膨胀对外做功，可能由于与外 界进行热交换吸热使内能不变，但压强减小。故c、D错误；A、B正确。故选ABo8.如图所示，绝热的容器内密闭一定质量的气体（不考虑分子间的作用力），用电阻丝缓慢对其加热时，绝热活塞无摩擦地上升，下列说法正确的是（）A.单位时间内气体分子对活塞碰撞的次数减少8 .电流对气体做功，气体对外做功，气体内能可能减少C.电流对气体做功，气体对外做功，其内能一定增加D.电流对气体做的功一定大于气体对外做功【答案】ACD【详解】A.由气体压强的微观解释知温

15、度升高，分子热运动加剧，气体分子对活塞的冲击力增大，而压强 不变，单位时间内对活塞的冲击力不变。因此单位时间内对活塞的碰撞次数减少，A正确；BCD.由题意知，气体压强不变，活塞上升，体积增大，气体对外做功，由（为恒量知，气体温度升高， 内能一定增加，由能量的转化和守恒知，电流对气体做功一定大于气体对外做功，B错误，CD正确。故选ACDo9 .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，图中平行于横坐标轴, 公平行于纵坐标轴，外的延长线过原点，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。到6,气体放热C.从状态，到d,气体对外做功D.从状态b到

16、访气体吸热【答案】BCDd到c,温度不变。理想气体内能不变，但是由于压强减小，所以体积增大，对外做功，要保持内能不变， 一定要吸收热量，故选项A错误；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，就一定要伴 随放热，故选项B正确；Q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，选项C正确；人到状态。是个等容变化过程，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，没有做功，气体内能的增大是因为气体吸热，故选项D正确。故选BCD.10. 一定质量的理想气体的P-V图像如图所示，从状态。经过程I缓慢变化到状态。，

17、再由状态b经过程回 缓慢变化到状态，表示两个过程的图线恰好围成以时为直径的圆。以下判断正确的是（）A.过程I中气体的温度保持不变B.过程团中气体的温度先升高后降低C.过程团中气体向外界释放热量D.过程团中气体吸收的热量大于过程I中气体放出的热量【答案】BD【详解】AB.由理想气体状态方程竿=C可知，八。两状态的温度相同，过程I中，从，到圆上最低点过 程中，压强减小，体积减小，根据理想气体状态方程可知，温度降低，则过程I中气体的温度先降低后升高, 同理可知，过程团中气体温度先升高后降低，故A错误B正确；C.过程团中气体的体积变大，气体对外界做功，即卬。且内能不变，根据热力学第一定律AU = Q + W=O 则。所以气体吸热，故C错误；D.在P-V图像中，图线与横坐标轴围成的面积对应功，过程团气体对外界做的功大于过程I外界对气体 做的功，所以过程团中气体吸收的热量大于过程I中气体放出的热量，故D正确。故选BD。