3-2熱力學第一定律(人教版2019選擇性必修第三冊)(原卷版)

第2節(jié)熱力學第一定律【知識梳理與方法突破】一、熱力學第一定律1.公式ΔU=Q+W的符號規(guī)定符號WQΔU+體積減小，外界對熱力學系統(tǒng)做功熱力學系統(tǒng)吸收熱量內(nèi)能增加-體積增大，熱力學系統(tǒng)對外界做功熱力學系統(tǒng)放出熱量內(nèi)能減少2.熱力學第一定律的幾種特殊情況（1）若過程是絕熱的，即Q=0，則W=ΔU，外界對物體做的功等于物體內(nèi)能的增加量。（2）若過程中不做功，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，外界對物體做的功等于物體放出的熱量。3.應用熱力學第一定律解題的思路與步驟（1）首先應明確研究對象是哪個物體或者是哪個熱力學系統(tǒng)。（2）分別列出物體(或系統(tǒng))吸收或放出的熱量；外界對物體(或系統(tǒng))所做的功或物體(或系統(tǒng))對外所做的功。（3）根據(jù)熱力學第一定律ΔU=Q+W列出方程進行求解。（4）特別注意的就是物理量的正負號及其物理意義。【例1】一定質(zhì)量的氣體在某一過程中，外界對氣體做功7.0×104J，氣體內(nèi)能減小1.3×105J，則此過程（）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【針對訓練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、熱力學第一定律和氣體實驗定律的綜合應用1.對理想氣體應用熱力學第一定律（1）對于理想氣體來說，因不考慮分子勢能，故其內(nèi)能為所有分子動能的總和（即等于分子數(shù)與分子熱運動的平均動能的乘積）。內(nèi)能僅由分子數(shù)與溫度決定，因此對于一定質(zhì)量的理想氣體來說，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;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，則氣體對外界做功；體積變小，則外界對氣體做功；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熱的，并不是溫度升高吸熱，溫度降低放熱。（4）外界對理想氣體做功或理想氣體對外界做功時，若恒壓膨脹，即壓強不變時，功的計算公式為W=pΔV(p為理想氣體的壓強、ΔV為理想氣體體積的變化量）。2.理想氣體與熱力學第一定律綜合問題的解法【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．過程氣體壓強不變B．過程氣體內(nèi)能不變C．過程氣體密度不變D．過程氣體對外做功【針對訓練2】如圖所示，一定質(zhì)量的理想氣體，從狀態(tài)經(jīng)絕熱過程，等容過程，等溫過程，又回到狀態(tài)，則（）A．過程氣體體積增大，內(nèi)能減小B．過程內(nèi)能增加，可能外界對氣體做了功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，打開筒的開關，筒內(nèi)高壓空氣迅速向外逸出，待筒內(nèi)外壓強相等時，立即關閉開關。在外界保持恒溫的條件下，經(jīng)過一段較長時間后，再次打開開關，這時出現(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，處于動態(tài)平衡，筒內(nèi)空氣質(zhì)量不變D．筒內(nèi)外無空氣交換2．帶有活塞的汽缸內(nèi)封閉一定量的理想氣體。氣體開始處于狀態(tài)；然后經(jīng)過過程到達狀態(tài)或經(jīng)過過程到達狀態(tài)，、狀態(tài)溫度相同，如圖所示。設氣體在狀態(tài)和狀態(tài)的壓強分別為和，在過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（不計氣體的分子勢能和重力勢能），已知氣缸和活塞都是絕熱的，將一個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，缸內(nèi)活塞可以自由移動且不漏氣.今在活塞上端懸掛一桶沙，細沙從小桶下邊的小孔中緩慢流出，在此過程中（）A．氣體的內(nèi)能減小B．氣體分子的平均動能不變C．氣缸內(nèi)壁單位時間內(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)打開管閂K，從打開管閂到兩邊液面第一次平齊的過程中，液體向外放熱為Q，內(nèi)能變化量為，動能變化量為；大氣對液體做功為，重力做功為，液體克服阻力做功為，由功能關系可得：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“魚鰾的作用”所制作的裝置。具體制作方法如下：在大號“可樂瓶”中注入半瓶水，在一個小氣球中放入幾枚硬幣并充入少量空氣（忽略氣體的分子勢能），將其裝入“可樂瓶”中。通過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。設初始時瓶中氣體、水及外界大氣的溫度相同。當用手擠壓“可樂瓶”的上半部分時，下列說法正確的是（

）A．快速擠壓時，瓶內(nèi)氣體壓強變大 B．快速擠壓時，瓶內(nèi)氣體溫度不變C．快速擠壓時，瓶內(nèi)氣體體積不變 D．緩慢擠壓時，瓶內(nèi)氣體溫度不變6．如圖所示，某同學將空的薄金屬筒開口向下壓入水中。設水溫均勻且恒定，筒內(nèi)空氣無泄漏，不計氣體分子間相互作用，則被淹沒的金屬筒在緩慢下降過程中，筒內(nèi)空氣體積減小，下列說法中正確的是（）A．從外界吸熱 B．向外界放熱C．分子勢能不變 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熱的汽缸中，活塞上堆放細沙，活塞處于靜止，現(xiàn)逐漸取走細沙，使活塞緩慢上升，直到細沙全部取走。若活塞與汽缸之間的摩擦可忽略，則在此過程中的下列說法中正確的是（）A．氣體對外做功，氣體溫度可能不變B．氣體對外做功，內(nèi)能可能不變C．氣體壓強可能增大，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），用電阻絲緩慢對其加熱時，絕熱活塞無摩擦地上升，下列說法正確的是（）A．單位時間內(nèi)氣體分子對活塞碰撞的次數(shù)減少B．電流對氣體做功，氣體對外做功，氣體內(nèi)能可能減少C．電流對氣體做功，氣體對外做功，其內(nèi)能一定增加D．電流對氣體做的功一定大于氣體對外做功9．如圖所示，a、b、c、d表示一定質(zhì)量的理想氣體狀態(tài)變化過程中的四個狀態(tài)，圖中ad平行于橫坐標軸，dc平行于縱坐標軸，ab的延長線過原點，以下說法正確的是（）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