2017-2018學年高中物理 第5章 熱力學定律 第1節(jié) 熱力學第一定律教學案 魯科版選修3-3

1、第1節(jié) 熱力學第一定律 1.做功和熱傳遞是改變內能的兩種方式，物體內能的增加量等于外界對物體做的功與物體從外界吸收的熱量之和，即UQW。2熱力學第一定律表明：在一切涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程中，能量可以發(fā)生轉移或轉化，在轉移或轉化中總能量守恒。3第一類永動機違背熱力學第一定律，是不可能實現(xiàn)的。熱力學第一定律及其應用自讀教材抓基礎1改變物體內能的兩種方式做功和熱傳遞。2功、熱量和內能改變的關系(1)如果物體與外界無熱傳遞，外界對物體做功，物體的內能增加；物體對外做功，物體的內能減少。(2)如果物體既不對外做功，外界也不對物體做功，則物體從外界吸收熱量時，它的內能增加；物體向外放出熱量時，它的內能減少。

2、3熱力學第一定律(1)內容：物體內能的增加量U等于外界對物體所做的功W與物體從外界吸收的熱量Q之和。(2)表達式：UWQ跟隨名師解疑難1對UWQ的理解熱力學第一定律將單純的絕熱過程和單純的熱傳遞過程推廣到一般情況，既有做功又有熱傳遞的過程，其中U表示內能改變的數(shù)量，W表示做功的數(shù)量，Q表示外界與物體間傳遞的熱量。2對公式U、Q、W符號的規(guī)定符號WQU正號外界對物體做功物體吸收熱量內能增加負號物體對外界做功物體放出熱量內能減少3應用熱力學第一定律解題的一般步驟(1)首先選定研究對象是哪個物體或哪個熱力學系統(tǒng)。(2)根據(jù)符號法則寫出各已知量(W、Q、U)的正、負。(3)根據(jù)方程UWQ求出未知量。(

3、4)再根據(jù)未知量結果的正、負來確定吸熱、放熱情況或做功情況。4判斷氣體做功正、負的方法(1)若氣體體積增大，表明氣體對外界做功，W0。5幾種常見的氣體變化過程(1)絕熱過程：過程是絕熱的，則Q0，WU，外界對氣體做的功等于氣體內能的增加。(2)等容過程：在該過程中氣體不做功，即W0，則QU，氣體吸收的熱量等于氣體內能的增加。(3)等溫過程：在過程的始末狀態(tài)，氣體的內能不變，即U0，則WQ0或WQ，表示氣體吸收的熱量全部用來對外做功或外界對氣體所做的功全部轉換為熱量放出。學后自檢(小試身手)下列過程不可能發(fā)生的是()A物體吸收熱量，對外做功，同時內能增加B物體吸收熱量，對外做功，同時內能減少C外

4、界對物體做功，同時物體吸熱，內能減少D外界對物體做功，同時物體放熱，內能增加解析：選C物體吸收熱量Q0, 對外做功W0，由UWQ可知內能U可能增加，也可能減少，故A、B都可能發(fā)生；外界對物體做功W0，同時吸熱Q0，則內能U必增大，故C不可能；外界對物體做功W0，同時放熱Q0，U可能增加，也可能減少，D項可能，故選C。第一類永動機自讀教材抓基礎(1)定義：不用消耗任何能量而能永遠對外做功的機器，稱為第一類永動機。(2)第一類永動機不可能實現(xiàn)的原因是：違背了熱力學第一定律。跟隨名師解疑難(1)永動機模型：1718世紀，人們提出過許多永動機設計方案，有采用“螺旋汲水器”的，有利用輪子的慣性、水的浮力

5、或毛細作用的，也有利用同名磁極之間的排斥作用的等。毫無例外，所有這類設計方案都以失敗告終。(2)永動機的本質：認為能量能夠無中生有地創(chuàng)造出來。(3)熱力學第一定律也被表述為：第一類永動機是不可能實現(xiàn)的。學后自檢(小試身手)第一類永動機是不可能制成的，這是因為()A不符合機械能守恒定律B違背了熱力學第一定律C制造永動機的技術不過關D無法解決機械摩擦問題解析：選B第一類永動機違背了熱力學第一定律，是不可能實現(xiàn)的，選項B正確。 對熱力學第一定律的考查典題例析(1)一定量的氣體從外界吸收了2.6105 J的熱量，內能增加了4.2105 J，是氣體對外界做了功，還是外界對氣體做了功？做了多少功？(2)一

6、定質量的氣體，從外界吸收3.5105 J的熱量，同時氣體對外界做功2.3105 J，則氣體的內能怎樣變化？思路點撥(1)理解熱力學第一定律，做功和熱傳遞兩種方式都可以改變內能。(2)弄清楚發(fā)生的物理過程中U、W、Q的符號。解析：(1)根據(jù)熱力學第一定律表達式中的符號法則，知Q2.6105 J，U4.2105 J。由UWQ，則WUQ4.2105 J2.6105 J1.6105 J，W0，說明是外界對氣體做了功。(2)Q3.5105 J，W2.3105 J，則UQW1.2105 J，U為正值，說明氣體的內能增加1.2105 J。答案：(1)外界對氣體做了功，1.6105 J(2)氣體的內能增加1.

7、2105 J探規(guī)尋律氣體狀態(tài)變化與物理量對應方法(1)絕熱過程：氣體與外界沒有熱傳遞。(2)導熱良好：氣體與外界有熱交換，且與外界溫度保持相同。(3)體積減小，外界對氣體做功；體積增大(不是對真空膨脹)，氣體對外界做功。(4)溫度升高理想氣體的內能增加，溫度降低理想氣體的內能減少。跟蹤演練(廣東高考)景頗族祖先發(fā)明的點火器如圖511所示，用牛角做套筒，木制推桿前端粘著艾絨，猛推推桿，艾絨即可點燃，對筒內封閉的氣體，在此壓縮過程中()圖511A氣體溫度升高，壓強不變B氣體溫度升高，壓強變大C氣體對外界做正功，氣體內能增加D外界對氣體做正功，氣體內能減少解析：選B壓縮氣體時，外界對氣體做功，內能增

8、加，溫度升高，體積變小，壓強增大，所以只有B正確。課堂雙基落實 1.下列關于做功和熱傳遞說法中正確的是()A做功和熱傳遞的實質是相同的B做功和熱傳遞在改變物體內能上是等效的C做功和熱傳遞是對同一過程的兩種說法D做功和熱傳遞是不可能同時發(fā)生的解析：選B做功和熱傳遞在改變物體內能上是等效的，但本質不同，做功是將其他形式的能轉化為內能或將內能轉化為其他形式的能量；熱傳遞是將一個物體的內能傳遞給另一個物體或將內能從物體的一部分傳遞給另一部分，且做功和熱傳遞可同時進行，故正確選項為B。2(多選)某物體溫度升高了，這說明()A該物體一定吸收了熱量B該物體可能放出了熱量C外界對物體可能做了功D物體可能吸收了

9、熱量解析：選BCD由UQW來分析，物體溫度升高了，一定有物體的內能增加，U0，要滿足U0可能有多種情況：W0，Q0；W0，Q0；W0，Q0；W0，Q|Q|；W0，Q|W|。由否定選A；與選項B一致，與選項C一致；與選項D一致，故選項B、C、D正確。3(多選)(廣東高考)用密封性好、充滿氣體的塑料袋包裹易碎品，如圖512所示。充氣袋四周被擠壓時，假設袋內氣體與外界無熱交換，則袋內氣體()圖512A體積減小，內能增大B體積減小，壓強減小C對外界做負功，內能增大D對外界做正功，壓強減小解析：選AC擠壓充氣袋，氣體的體積減小，充氣袋中氣體的壓強增大，外界對氣體做正功，氣體對外界做負功，由于袋內氣體與外

10、界沒有熱交換，根據(jù)熱力學第一定律可知，氣體內能增大，A、C項正確，B、D項錯誤。 4一定質量的氣體從外界吸收了4.2105 J的熱量，同時氣體對外做了6105 J的功，問：(1)氣體的內能是增加還是減少？變化量是多少？(2)分子勢能是增加還是減少？(3)分子的平均動能是增加還是減少？解析：(1)氣體從外界吸熱為：Q4.2105 J外界對氣體做功為W6105 J由熱力學第一定律：UWQ6105 J4.2105 J1.8105 JU為負，說明氣體的內能減少了。所以，氣體內能減少了1.8105 J。(2)因為氣體對外做功，所以氣體的體積膨脹，分子間的距離增大了，分子力做負功，氣體分子勢能增加了。(3

11、)因為氣體內能減少，同時氣體分子勢能增加，說明氣體分子的平均動能一定減少了。答案：(1)減少1.8105 J(2)增加(3)減少課下綜合檢測一、選擇題 1.關于物體內能的變化，以下說法正確的是()A物體吸收熱量，內能一定增大B物體對外做功，內能一定減小C物體吸收熱量，同時對外做功，內能可能不變D物體放出熱量，同時對外做功，內能可能不變解析：選C根據(jù)熱力學第一定律UWQ，物體的內能的變化與外界對物體做功(或物體對外界做功)、物體從外界吸熱(或向外界放熱)這兩個因素有關。物體吸收熱量，但有可能同時對外做功，故內能有可能不變甚至減小，故A不正確；同理，物體對外做功的同時有可能吸熱，故內能不一定減小，

12、B項不正確；若物體吸收的熱量與對外做的功大小相等，則內能不變，故C項正確；因放熱和對外做功都會使物體內能減小，故D項不正確，故正確選項為C。2(多選)下列關于第一類永動機的說法正確的是()A第一類永動機是不消耗任何能量卻能源源不斷地對外做功的機器B第一類永動機不能制成的原因是違背了熱力學第一定律C第一類永動機不能制成的原因是技術問題D第一類永動機終究有一天能夠實現(xiàn)解析：選AB第一類永動機是不消耗任何能量卻能源源不斷對外做功的機器，這是人們的美好愿望，但它違背了熱力學第一定律。這也是它不能制成的原因。故A、B兩項正確，C、D兩項錯誤。3(重慶高考)重慶出租車常以天然氣作為燃料。加氣站儲氣罐中天然

13、氣的溫度隨氣溫升高的過程中，若儲氣罐內氣體體積及質量均不變，則罐內氣體(可視為理想氣體)()A壓強增大，內能減小B吸收熱量，內能增大C壓強減小，分子平均動能增大D對外做功，分子平均動能減小解析：選B溫度是分子平均動能的宏觀標志，故天然氣的溫度升高過程中，分子平均動能增大，又天然氣可視為理想氣體，不需要考慮分子勢能，而氣體質量不變，氣罐內天然氣分子數(shù)不變，所以氣體分子總動能增大，故內能增大，A、D項錯；由熱力學第一定律可知，氣體體積不變，內能增大，則一定從外界吸收熱量，B項對；天然氣體積不變，隨溫度升高，氣體壓強增大，C項錯。4密閉有空氣的薄塑料瓶因降溫而變扁，此過程中瓶內空氣(不計分子勢能)(

14、)A內能增大，放出熱量B內能減小，吸收熱量C內能增大，對外界做功D內能減小，外界對其做功解析：選D氣體降溫則內能減小，變扁則體積減小，外界對氣體做功，由熱力學第一定律UQW可知，氣體一定放出熱量。故選項D正確。5(多選)如圖1所示，一絕熱容器被隔板K隔開a、b兩部分。已知a內有一定量的稀薄氣體，b內為真空，抽開隔板K后，a內氣體進入b，最終達到平衡狀態(tài)。在此過程中()圖1A氣體對外界做功，內能減少B氣體不做功，內能不變C氣體壓強變小，溫度降低D氣體壓強變小，溫度不變解析：選BD絕熱容器內的稀薄氣體與外界沒有熱交換，Q0。稀薄氣體向真空中擴散沒有做功，W0。根據(jù)熱力學第一定律知稀薄氣體的內能不變

15、，則溫度不變。稀薄氣體體積增大，壓強必減小。選項B、D正確。6.如圖2所示是一定質量的理想氣體從狀態(tài)A經B至C的p 圖線，則在此過程中()圖2A氣體的內能改變B氣體的體積增大C氣體向外界放熱D氣體對外界做功解析：選C由圖線可知氣體的溫度不發(fā)生變化，故氣體的內能不發(fā)生變化，A項錯；由A經B至C的過程，體積變小，外界對氣體做功，而溫度不變則氣體的內能不變，故氣體要向外放熱，B、D項錯，C項正確。二、非選擇題7一定質量的氣體，在從一個狀態(tài)變化到另一個狀態(tài)的過程中，吸收熱量280 J，并對外做功120 J，試問：(1)這些氣體的內能發(fā)生了怎樣的變化？(2)如果這些氣體又返回原來的狀態(tài)，并放出了240 J熱量，那么在返回的過程中是氣體對外界做功，還是外界對氣體做功？做多少功？解析：(1)由熱力學第一定律可得UWQ120 J280 J160 J。(2)由于氣體的內能僅與狀態(tài)有關，所以氣體回到原來狀態(tài)的過程中內能的變化應等于從原來狀態(tài)到現(xiàn)在狀態(tài)過程中內能的變化，則從現(xiàn)在狀態(tài)到原來