3.2熱力學(xué)第一定律（原卷版）

3.2熱力學(xué)第一定律基礎(chǔ)導(dǎo)學(xué)要點(diǎn)一、熱力學(xué)第一定律1．改變內(nèi)能的兩種方式：做功與傳熱．兩者對(duì)改變系統(tǒng)的內(nèi)能是等價(jià)的。2．熱力學(xué)第一定律：一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)能變化量等于外界向它傳遞的熱量與外界對(duì)它所做的功的和。3．熱力學(xué)第一定律的表達(dá)式：ΔU＝Q＋W。4．熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用：(1)W的正負(fù)：外界對(duì)系統(tǒng)做功時(shí)，W取正值；系統(tǒng)對(duì)外界做功時(shí)，W取負(fù)值．(均選填“正”或“負(fù)”)；(2)Q的正負(fù)：外界對(duì)系統(tǒng)傳遞的熱量Q取正值；系統(tǒng)向外界傳遞的熱量Q取負(fù)值．(均選填“正”或“負(fù)”)。要點(diǎn)突破突破一：對(duì)熱力學(xué)第一定律的理解熱力學(xué)第一定律不僅反映了做功和熱傳遞這兩種改變內(nèi)能過(guò)程是等效的，而且給出了內(nèi)能的變化量和做功與熱傳遞之間的定量關(guān)系．此定律是標(biāo)量式，應(yīng)用時(shí)熱量的單位應(yīng)統(tǒng)一為國(guó)際單位制中的焦耳．突破二：對(duì)公式ΔU＝Q＋W符號(hào)的規(guī)定符號(hào)WQΔU＋外界對(duì)物體做功物體吸收熱量?jī)?nèi)能增加－物體對(duì)外界做功物體放出熱量?jī)?nèi)能減少突破三：幾種特殊情況(1)若過(guò)程是絕熱的，則Q＝0，W＝ΔU，外界對(duì)物體做的功等于物體內(nèi)能的增加．(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．(3)若過(guò)程的始末狀態(tài)物體的內(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．【特別提醒】(1)應(yīng)用熱力學(xué)第一定律時(shí)要明確研究的對(duì)象是哪個(gè)物體或者是哪個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)．(2)應(yīng)用熱力學(xué)第一定律計(jì)算時(shí)，要依照符號(hào)法則代入數(shù)據(jù)．對(duì)結(jié)果的正、負(fù)也同樣依照規(guī)則來(lái)解釋其意義．典例精析題型一：熱力學(xué)第一定律的理解和應(yīng)用例一．空氣壓縮機(jī)在一次壓縮中，活塞對(duì)空氣做了2×105J的功，同時(shí)空氣的內(nèi)能增加了1.5×105J，這一過(guò)程中空氣向外界傳遞的熱量是多少？變式遷移1：一定質(zhì)量的氣體，從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B的過(guò)程中，內(nèi)能增加了160J，下列是關(guān)于內(nèi)能變化的可能原因的說(shuō)法，其中不可能的是()A．從A到B的絕熱過(guò)程中，外界對(duì)氣體做功160JB．從A到B的單純傳熱過(guò)程中，外界對(duì)氣體傳遞了160J的熱量C．從A到B的過(guò)程中吸熱280J，并對(duì)外界做功120JD．從A到B的過(guò)程中放熱280J，外界對(duì)氣體做功120J題型二：熱力學(xué)第一定律與氣體實(shí)驗(yàn)定律的綜合應(yīng)用例二．氣體溫度計(jì)結(jié)構(gòu)如圖所示．玻璃測(cè)溫泡A內(nèi)充有理想氣體，通過(guò)細(xì)玻璃管B和水銀壓強(qiáng)計(jì)相連．開(kāi)始時(shí)A處于冰水混合物中，左管C中水銀面在O點(diǎn)處，右管D中水銀面高出O點(diǎn)h1＝14cm，后將A放入待測(cè)恒溫槽中，上下移動(dòng)D，使C中水銀面仍在O點(diǎn)處，測(cè)得D中水銀面高出O點(diǎn)h2＝44cm.(已知外界大氣壓為1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓相當(dāng)于76cmHg)(1)求恒溫槽的溫度．(2)此過(guò)程A內(nèi)氣體內(nèi)能________(填“增大”或“減小”)，氣體不對(duì)外做功，氣體將________(填“吸熱”或“放熱”)．變式遷移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)a，然后經(jīng)過(guò)過(guò)程ab到達(dá)狀態(tài)b或經(jīng)過(guò)過(guò)程ac到達(dá)狀態(tài)c，b、c狀態(tài)溫度相同，如V－T圖所示．設(shè)氣體在狀態(tài)b和狀態(tài)c的壓強(qiáng)分別為pb和pc，在過(guò)程ab和ac中吸收的熱量分別為Qab和Qac，則(填入選項(xiàng)前的字母，有填錯(cuò)的不得分)()A．pb＞pc，Qab＞QacB．pb＞pc，Qab＜QacC．pb＜pc，Qab＞QacD．pb＜pc，Qab＜Qa強(qiáng)化訓(xùn)練選擇題1．恒溫的水池中，有一氣泡緩慢上升，在此過(guò)程中，氣泡的體積會(huì)逐漸增大，不考慮氣泡內(nèi)氣體分子勢(shì)能的變化，下列說(shuō)法中正確的是（）A．氣泡內(nèi)的氣體對(duì)外界做功B．氣泡內(nèi)的氣體內(nèi)能增加C．氣泡內(nèi)的氣體與外界沒(méi)有熱傳遞D．氣泡內(nèi)氣體分子的平均動(dòng)能減小2．下列關(guān)于能量轉(zhuǎn)化的現(xiàn)象的說(shuō)法中，正確的是（）A．用太陽(yáng)灶燒水是太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能B．電燈發(fā)光是電能轉(zhuǎn)化為光能C．核電站發(fā)電是電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能D．生石灰放入盛有涼水的燒杯里，水溫升高是動(dòng)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能3．下列關(guān)于分子運(yùn)動(dòng)和熱現(xiàn)象的說(shuō)法正確的是（）A．氣體如果失去了容器的約束就會(huì)散開(kāi)，這是因?yàn)闅怏w分子之間存在斥力的緣故B．一定質(zhì)量100℃的水變成100℃的水蒸氣，其分子之間的勢(shì)能增加C．對(duì)于一定量的氣體，如果壓強(qiáng)不變，體積增大，那么它一定向外界放熱D．如果氣體分子總數(shù)不變，而氣體溫度升高，氣體分子的平均動(dòng)能增大，因此壓強(qiáng)必然增大4、被壓癟但尚未破裂的乒乓球放在熱水里泡一會(huì)兒，就會(huì)重新鼓起來(lái)，這一過(guò)程乒乓球內(nèi)的氣體()A.吸熱，對(duì)外做功，內(nèi)能不變B.吸熱，對(duì)外做功，內(nèi)能增加C.溫度升高，對(duì)外做功，內(nèi)能不變D.壓強(qiáng)增大，單位體積內(nèi)分子數(shù)增大5、(2020·吉林通化期末)對(duì)于一定質(zhì)量的理想氣體,下列過(guò)程不可能發(fā)生的是()A.氣體膨脹對(duì)外做功,溫度升高,內(nèi)能增加B.氣體吸熱,溫度降低,內(nèi)能不變C.氣體放熱,壓強(qiáng)增大,內(nèi)能增大D.氣體放熱,溫度不變,內(nèi)能不變6、(2020·河北石家莊月考)對(duì)于一定質(zhì)量的氣體,下列說(shuō)法正確的是()A.在體積緩慢增大的過(guò)程中,氣體一定對(duì)外界做功B.在壓強(qiáng)不斷增大的過(guò)程中,外界對(duì)氣體一定做功C.在體積不斷被壓縮的過(guò)程中,內(nèi)能一定增加D.在與外界沒(méi)有發(fā)生熱交換的過(guò)程中,內(nèi)能一定不變7、(2021·河北張家口月考)(多選)如圖,一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a出發(fā),經(jīng)過(guò)等容過(guò)程ab到達(dá)狀態(tài)b,再經(jīng)過(guò)等溫過(guò)程bc到達(dá)狀態(tài)c,最后經(jīng)等壓過(guò)程ca回到狀態(tài)a。下列說(shuō)法正確的是()A.在過(guò)程ab中氣體的內(nèi)能增加B.在過(guò)程ca中外界對(duì)氣體做功C.在過(guò)程bc中氣體從外界吸收熱量D.在過(guò)程ca中氣體從外界吸收熱量8、如圖所示，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a經(jīng)絕熱過(guò)程到達(dá)狀態(tài)b，再經(jīng)等容過(guò)程到達(dá)狀態(tài)c，最后經(jīng)等溫過(guò)程返回到狀態(tài)a。已知在b到c的過(guò)程中，氣體吸收熱量為10J。下列說(shuō)法正確的是（）A．a(chǎn)到c過(guò)程，氣體對(duì)外界做功10J B．a(chǎn)到c過(guò)程，外界對(duì)氣體做功10JC．a(chǎn)到b過(guò)程，氣體對(duì)外界做功10J D．a(chǎn)到b過(guò)程，外界對(duì)氣體做功10J9、一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)開(kāi)始，經(jīng)歷等溫或等壓過(guò)程回到原狀態(tài)，其pT圖像如圖所示，其中對(duì)角線ac的延長(zhǎng)線過(guò)原點(diǎn)O。下列判斷正確的是（）A．過(guò)程da中氣體一定放熱B．過(guò)程ab中氣體既不吸熱也不放熱C．過(guò)程bc中外界對(duì)氣體所做的功等于氣體所放出的熱量D．氣體在狀態(tài)a時(shí)的內(nèi)能大于它在狀態(tài)c時(shí)的內(nèi)能10、封閉在汽缸內(nèi)一定質(zhì)量的理想氣體由狀態(tài)A經(jīng)B，C，D，再回到狀態(tài)A，其體積V與熱力學(xué)溫度T的關(guān)系如圖所示，O，A，D三點(diǎn)在同一直線上，BC垂直于T軸。下列說(shuō)法正確的是（）A．由狀態(tài)A變化到狀態(tài)B過(guò)程中，氣體放出熱量B．由狀態(tài)B變化到狀態(tài)C過(guò)程中，氣體放出熱量C．由狀態(tài)D變化到狀態(tài)A過(guò)程中，氣體放出熱量D．A狀態(tài)時(shí)單位時(shí)間內(nèi)與器壁單位面積碰撞的分子數(shù)比D狀態(tài)時(shí)少二、解答題11.(2020·江蘇蘇州期中)如圖所示為一定質(zhì)量理想氣體的pV圖像,氣體狀態(tài)經(jīng)歷了由A經(jīng)B到C的變化過(guò)程:其中A到B過(guò)程中氣體吸收了120J熱量,對(duì)外做功180J;B到C過(guò)程中氣體吸收了240J熱量。則:(1)A到B過(guò)程中氣體內(nèi)能改變了多少?(2)B到C過(guò)程中,是外界對(duì)氣體做功還是氣體對(duì)外界做功?做了多少功?(3)整個(gè)過(guò)程中氣體內(nèi)能改變了多少?12、(2020·江蘇無(wú)錫期末)如圖所示,一個(gè)內(nèi)壁光滑的圓柱形汽缸高度為L(zhǎng),底面積為S,缸內(nèi)有一質(zhì)量為m的活塞,封閉了一定質(zhì)量的理想氣體。現(xiàn)用繩子系住汽缸底將汽缸倒過(guò)來(lái)懸掛,汽缸處于豎直狀態(tài),缸內(nèi)氣體高為L(zhǎng)0,溫度為T0。已知重力加速度為g,大氣壓強(qiáng)為p0,不計(jì)活塞與缸體的厚度及它們間的摩擦。若采用緩慢升溫的方法使活塞與汽缸脫離,求此過(guò)程:(1)氣體溫度的變化量ΔT;(2)缸內(nèi)氣體對(duì)活塞做的功;(3)若缸內(nèi)氣體的內(nèi)能增加量為ΔU,氣體吸收的熱量。13、如圖所示，水平地面上放置一個(gè)內(nèi)壁光滑的絕熱汽缸，汽缸開(kāi)口朝上，缸內(nèi)通過(guò)輕質(zhì)活塞封閉一部分氣體。初態(tài)時(shí)氣體壓強(qiáng)為一個(gè)大氣壓，溫度為27℃，活塞到汽缸底部距離為30cm?，F(xiàn)對(duì)缸內(nèi)氣體緩慢加熱到427℃，缸內(nèi)氣體膨脹而使活塞緩慢上移，這一過(guò)程氣體內(nèi)能增加了100J。已知汽缸橫截面積為50cm2，總長(zhǎng)為50cm，大氣壓強(qiáng)為1.0×105Pa。汽缸上端開(kāi)口小于活塞面積，不計(jì)活塞厚度，封閉氣體可視為理想氣體。求：（1）活塞剛到氣缸頂部時(shí)封閉氣體的溫度；（2）末態(tài)時(shí)（427℃）缸內(nèi)封閉氣體的壓強(qiáng)；（3）封閉氣體共吸收了多少熱量。14、如圖所示，豎直放置的圓柱形氣缸由上下兩部分組成，上面部分橫截面為4S，下面部分橫截面為S，兩部分高度均為H。氣缸頂部與大氣連通，其余部分絕熱。有一質(zhì)量m=的絕熱活塞放在氣缸的水平段MN、PQ的墊片上，墊片體積、厚度均不計(jì)。一定量理想氣體被封閉在氣缸下面部分，初始時(shí)封閉