3-2熱力學(xué)第一定律(人教版2019選擇性必修第三冊(cè))(原卷版)

第2節(jié)熱力學(xué)第一定律【知識(shí)梳理與方法突破】一、熱力學(xué)第一定律1.公式ΔU=Q+W的符號(hào)規(guī)定符號(hào)WQΔU+體積減小，外界對(duì)熱力學(xué)系統(tǒng)做功熱力學(xué)系統(tǒng)吸收熱量?jī)?nèi)能增加-體積增大，熱力學(xué)系統(tǒng)對(duì)外界做功熱力學(xué)系統(tǒng)放出熱量?jī)?nèi)能減少2.熱力學(xué)第一定律的幾種特殊情況（1）若過(guò)程是絕熱的，即Q=0，則W=ΔU，外界對(duì)物體做的功等于物體內(nèi)能的增加量。（2）若過(guò)程中不做功，即W=0，則Q=ΔU，物體吸收的熱量等于物體內(nèi)能的增加量。（3）若過(guò)程中物體的始、末內(nèi)能不變，即ΔU=0，則W+Q=0或W=?Q，外界對(duì)物體做的功等于物體放出的熱量。3.應(yīng)用熱力學(xué)第一定律解題的思路與步驟（1）首先應(yīng)明確研究對(duì)象是哪個(gè)物體或者是哪個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)。（2）分別列出物體(或系統(tǒng))吸收或放出的熱量；外界對(duì)物體(或系統(tǒng))所做的功或物體(或系統(tǒng))對(duì)外所做的功。（3）根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU=Q+W列出方程進(jìn)行求解。（4）特別注意的就是物理量的正負(fù)號(hào)及其物理意義?！纠?】一定質(zhì)量的氣體在某一過(guò)程中，外界對(duì)氣體做功7.0×104J，氣體內(nèi)能減小1.3×105J，則此過(guò)程（）A．氣體從外界吸收熱量2.0×105J B．氣體向外界釋放熱量2.0×105JC．氣體從外界吸收熱量6.0×104J D．氣體向外界釋放熱量6.0×104J【針對(duì)訓(xùn)練1】如圖所示，活塞將汽缸分成甲、乙兩氣室，汽缸、活塞（連同拉桿）是絕熱的，且不漏氣，以E甲、E乙分別表示甲、乙兩氣室中氣體的內(nèi)能，則在將拉桿緩慢向外拉的過(guò)程中（）A．E甲不變，E乙減小 B．E甲不變，E乙增大C．E甲增大，E乙不變 D．E甲增大，E乙減小二、熱力學(xué)第一定律和氣體實(shí)驗(yàn)定律的綜合應(yīng)用1.對(duì)理想氣體應(yīng)用熱力學(xué)第一定律（1）對(duì)于理想氣體來(lái)說(shuō)，因不考慮分子勢(shì)能，故其內(nèi)能為所有分子動(dòng)能的總和（即等于分子數(shù)與分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能的乘積）。內(nèi)能僅由分子數(shù)與溫度決定，因此對(duì)于一定質(zhì)量的理想氣體來(lái)說(shuō)，內(nèi)能是否變化取決于其溫度是否變化。升溫，ΔU為正;降溫，ΔU為負(fù);溫度不變，ΔU=0。（2）理想氣體是否做功，取決于其體積的變化。若體積變大，則氣體對(duì)外界做功；體積變小，則外界對(duì)氣體做功；體積不變，則做功為零。（3）熱量Q取決于容器是絕熱的還是導(dǎo)熱的，并不是溫度升高吸熱，溫度降低放熱。（4）外界對(duì)理想氣體做功或理想氣體對(duì)外界做功時(shí)，若恒壓膨脹，即壓強(qiáng)不變時(shí)，功的計(jì)算公式為W=pΔV(p為理想氣體的壓強(qiáng)、ΔV為理想氣體體積的變化量）。2.理想氣體與熱力學(xué)第一定律綜合問(wèn)題的解法【例2】如圖是一定質(zhì)量理想氣體狀態(tài)變化的圖像，圖中，平行于橫軸，由圖像可知（）A．過(guò)程氣體壓強(qiáng)不變B．過(guò)程氣體內(nèi)能不變C．過(guò)程氣體密度不變D．過(guò)程氣體對(duì)外做功【針對(duì)訓(xùn)練2】如圖所示，一定質(zhì)量的理想氣體，從狀態(tài)經(jīng)絕熱過(guò)程，等容過(guò)程，等溫過(guò)程，又回到狀態(tài)，則（）A．過(guò)程氣體體積增大，內(nèi)能減小B．過(guò)程內(nèi)能增加，可能外界對(duì)氣體做了功C．氣體在狀態(tài)的溫度高于在狀態(tài)的溫度D．為等溫變化，內(nèi)能不變，所以此過(guò)程氣體既不吸熱也不放熱【鞏固提升】1．金屬筒內(nèi)裝有與外界溫度相同的壓縮空氣，打開(kāi)筒的開(kāi)關(guān)，筒內(nèi)高壓空氣迅速向外逸出，待筒內(nèi)外壓強(qiáng)相等時(shí)，立即關(guān)閉開(kāi)關(guān)。在外界保持恒溫的條件下，經(jīng)過(guò)一段較長(zhǎng)時(shí)間后，再次打開(kāi)開(kāi)關(guān)，這時(shí)出現(xiàn)的現(xiàn)象是（）A．筒外空氣流向筒內(nèi)B．筒內(nèi)空氣流向筒外C．筒內(nèi)外有空氣變換，處于動(dòng)態(tài)平衡，筒內(nèi)空氣質(zhì)量不變D．筒內(nèi)外無(wú)空氣交換2．帶有活塞的汽缸內(nèi)封閉一定量的理想氣體。氣體開(kāi)始處于狀態(tài)；然后經(jīng)過(guò)過(guò)程到達(dá)狀態(tài)或經(jīng)過(guò)過(guò)程到達(dá)狀態(tài)，、狀態(tài)溫度相同，如圖所示。設(shè)氣體在狀態(tài)和狀態(tài)的壓強(qiáng)分別為和，在過(guò)程和中吸收的熱量分別為和，則（

）A．， B．，C．， D．，3．如圖所示，帶有活塞的氣缸中封閉著一定質(zhì)量的氣體（不計(jì)氣體的分子勢(shì)能和重力勢(shì)能），已知?dú)飧缀突钊际墙^熱的，將一個(gè)熱敏電阻置于氣缸中，熱敏電阻與氣缸外的多用電表的歐姆擋連接，氣缸固定不動(dòng)，缸內(nèi)活塞可以自由移動(dòng)且不漏氣.今在活塞上端懸掛一桶沙，細(xì)沙從小桶下邊的小孔中緩慢流出，在此過(guò)程中（）A．氣體的內(nèi)能減小B．氣體分子的平均動(dòng)能不變C．氣缸內(nèi)壁單位時(shí)間內(nèi)單位面積上受到的壓力增大D．多用電表的指針逐漸向左偏轉(zhuǎn)4．在圖所示的兩端開(kāi)口的“U”形管中，盛有同種液體，并用管閂K將液體隔成左、右兩部分，左邊液面比右邊液面高?，F(xiàn)打開(kāi)管閂K，從打開(kāi)管閂到兩邊液面第一次平齊的過(guò)程中，液體向外放熱為Q，內(nèi)能變化量為，動(dòng)能變化量為；大氣對(duì)液體做功為，重力做功為，液體克服阻力做功為，由功能關(guān)系可得：①②③④，其中，正確的是（）A．①②③ B．①②④ C．②③ D．①③5．如圖是某研究小組為了探究“魚(yú)鰾的作用”所制作的裝置。具體制作方法如下：在大號(hào)“可樂(lè)瓶”中注入半瓶水，在一個(gè)小氣球中放入幾枚硬幣并充入少量空氣（忽略氣體的分子勢(shì)能），將其裝入“可樂(lè)瓶”中。通過(guò)在水中放鹽改變水的密度后，使氣球恰好懸浮于水中，并擰緊瓶蓋。設(shè)初始時(shí)瓶中氣體、水及外界大氣的溫度相同。當(dāng)用手?jǐn)D壓“可樂(lè)瓶”的上半部分時(shí)，下列說(shuō)法正確的是（

）A．快速擠壓時(shí)，瓶?jī)?nèi)氣體壓強(qiáng)變大 B．快速擠壓時(shí)，瓶?jī)?nèi)氣體溫度不變C．快速擠壓時(shí)，瓶?jī)?nèi)氣體體積不變 D．緩慢擠壓時(shí)，瓶?jī)?nèi)氣體溫度不變6．如圖所示，某同學(xué)將空的薄金屬筒開(kāi)口向下壓入水中。設(shè)水溫均勻且恒定，筒內(nèi)空氣無(wú)泄漏，不計(jì)氣體分子間相互作用，則被淹沒(méi)的金屬筒在緩慢下降過(guò)程中，筒內(nèi)空氣體積減小，下列說(shuō)法中正確的是（）A．從外界吸熱 B．向外界放熱C．分子勢(shì)能不變 D．內(nèi)能減小7．如圖所示，活塞將一定質(zhì)量的氣體封閉在直立圓筒形導(dǎo)熱的汽缸中，活塞上堆放細(xì)沙，活塞處于靜止，現(xiàn)逐漸取走細(xì)沙，使活塞緩慢上升，直到細(xì)沙全部取走。若活塞與汽缸之間的摩擦可忽略，則在此過(guò)程中的下列說(shuō)法中正確的是（）A．氣體對(duì)外做功，氣體溫度可能不變B．氣體對(duì)外做功，內(nèi)能可能不變C．氣體壓強(qiáng)可能增大，內(nèi)能可能不變D．氣體從外界吸熱，內(nèi)能一定增加8．如圖所示，絕熱的容器內(nèi)密閉一定質(zhì)量的氣體（不考慮分子間的作用力），用電阻絲緩慢對(duì)其加熱時(shí)，絕熱活塞無(wú)摩擦地上升，下列說(shuō)法正確的是（）A．單位時(shí)間內(nèi)氣體分子對(duì)活塞碰撞的次數(shù)減少B．電流對(duì)氣體做功，氣體對(duì)外做功，氣體內(nèi)能可能減少C．電流對(duì)氣體做功，氣體對(duì)外做功，其內(nèi)能一定增加D．電流對(duì)氣體做的功一定大于氣體對(duì)外做功9．如圖所示，a、b、c、d表示一定質(zhì)量的理想氣體狀態(tài)變化過(guò)程中的四個(gè)狀態(tài)，圖中ad平行于橫坐標(biāo)軸，dc平行于縱坐標(biāo)軸，ab的延長(zhǎng)線過(guò)原點(diǎn)，以下說(shuō)法正確的是（）A．從狀態(tài)d到c，氣體不吸熱也不放熱B．從狀態(tài)c到b，氣體放熱C．從狀態(tài)a到d，氣體對(duì)外做功D．從狀態(tài)b到a，氣體吸熱10．一定質(zhì)量的理想氣體的圖像