高中物理选择性必修三 3.2 热力学第一定律 同步学案

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3.2
热力学第一定律
一、自主学习
1.改变内能的两种方式：做功与热传递。
联系:两者在改变系统内能方面是_______的，一定数量的功与确定数量的热相对应。
区别:做功是内能与其他形式能量的相互_______，而热传递只是不同物体(或一个物体的不同部分)之间内能的_______。
2.热力学第一定律的内容：一个热力学系统的内能增量等于外界向它______________与外界对它所做的功的和。
3.热力学第一定律的表达式：______________。
二、课堂探究
[情景设问]汽缸内有一定质量的气体，压缩气体的同时给汽缸加热。那么，气体内能的变化比单一方式（做功或传热）更明显。这是为什么呢？
（一）热力学第一定律
[讨论]改变内能的两种方式分别是什么？
结论1：
①
________：单纯地对系统做功（热力学系统的绝热过程），内能的变化量与功的关系是ΔU
=W。
②
________：单纯地对系统传热，则内能的变化量与传递热量的关系是ΔU
=Q。
[思考]当外界既对系统做功又对系统传热时，内能的变化量应该是？
结论2：热力学第一定律
①
内容：一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的________。
②
表达式：________________
[思考与讨论]一定质量的气体，膨胀过程中是外界对气体做功还是气体对外界做功？如果膨胀时气体对外做的功是
135
J，同时向外放热
85
J，气体内能的变化量是多少？内能是增加了还是减少了？请你通过这个例子总结功和热量取正、负值的物理意义。
结论3：内能、热量、功三者的关系
做功?W
热量?Q
内能的改变?ΔU
取正值“＋”
外界对系统做功
系统从外界吸收热量
系统的内能________
取负值“－”
系统对外界做功
系统向外界放出热量
系统的内能________
（二）热力学第一定律的应用
如图3.2-1，一台四冲程内燃机，活塞在压缩冲程某段时间内移动的距离为0.1
m，这段过程活塞对气体的压力逐渐增大，其做的功相当于2×10
3
N的恒力使活塞移动相同距离所做的功（图3.2-2甲）。内燃机工作时汽缸温度高于环境温度，该过程中压缩气体传递给汽缸的热量为25
J。
（1）求上述压缩过程中气体内能的变化量。
（2）燃烧后的高压气体对活塞做功，气体推动活塞移动
0.1
m，其做的功相当于9×103N
的恒力使活塞移动相同距离所做的功（图
3.2-2
乙），该做功过程气体传递给汽缸的热量为
30
J，求此做功过程气体内能的变化量。
[讨论]根据上述例题的解题方法，试归纳应用热力学第一定律解题的方法。
结论4：
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)吸收或放出的_______,外界对物体(或系统)所做的功或物体(或系统)对外界所做的_______；
③
根据热力学第一定律_______列出方程进行求解;
④
特别注意的就是物理量的_______及其物理意义。
[思考]热力学第一定律的应用有哪些些特殊情况？
结论5：
①
若过程是_______的,即Q=0,则ΔU=W,物体内能的增加量等于外界对物体做的功。
②
若过程中_______,即W=0,则ΔU=Q,物体内能的增加量等于物体从外界吸收的热量。
③
若过程的始末状态物体的_______不变,即ΔU=0,则W=-Q(或Q=-W),外界对物体做的功等于物体放出的热量(或物体吸收的热量等于物体对外界做的功)。
三、典题精讲
【例题1】如图所示,厚壁容器的一端通过胶塞插进一支灵敏温度计和一根气针,另一端有个用卡子卡住的可移动胶塞。用打气筒慢慢向容器内打气,使容器内的压强增大到一定程度,这时读出温度计示数。打开卡子,胶塞冲出容器口后(　　)
A.温度计示数变大,实验表明气体对外界做功,内能减少
B.温度计示数变大,实验表明外界对气体做功,内能增加
C.温度计示数变小,实验表明气体对外界做功,内能减少
D.温度计示数变小,实验表明外界对气体做功,内能增加
【例题2】如图所示的汽缸,内部封闭有一定质量的理想气体。外力推动活塞P压缩气体,对汽缸内气体做功800
J,同时气体向外界放热200
J,则汽缸内气体的(　　)
A.温度升高,内能增加600
J
B.温度升高,内能减少200
J
C.温度降低,内能增加600
J
D.温度降低,内能减少200
J
4、核心素养专练
1．如图所示，A、B
两球完全相同，分别浸没在水和水银的同一深度，A、B
用同一种特殊材料制作．当温度稍微升高，球的体积就明显增大，如果水和水银的初温及缓慢升高后的末温都相同，且两球热膨胀后体积也相等，两球也不上升，则（　　）
A．A
球吸收的热量多
B．B
球吸收的热量多
C．A、B
球吸收的热量一样多
D．不能确定吸收热量的多少
2．下列说法中，不正确的是（　　）
A．做功和热传递都可以改变物体的内能，它们是等效的
B．功和热量都可以量度物体内能的改变，所以它们没有区别
C．功和热量都可以用J作单位
D．1J=1N?1m
3．一定质量的气体在某一过程中，外界对气体做了800J的功，气体的内能减少了200J，则下列说法正确的是（　　）
A．W=800J，△U=-200J，Q=-1000J
B．W=-800J，△U=-200J，Q=600J
C．W=800J，△U=-200J，Q=600J
D．W=-800J，△U=200J，Q=1000J
4.对于一定质量的气体，下列过程不可能发生的是（　　）
A．气体的压强增大，温度升高，气体对外界做功
B．气体的压强增大，温度不变，气体向外界放热
C．气体的压强减小，温度降低，气体从外界吸热
D．气体的压强减小，温度升高，外界对气体做功
5.在某一恒温水池（温度远低于100℃）底部有一气泡从池底缓慢上升，气泡内的气体可视为理想气体，在水泡上升的过程中，气体质量不变，则下面判断正确的是（　　）
A．气泡内气体分子的平均动能增大
B．气泡内气体的内能增大
C．气泡内气体分子的平均距离增大
D．气泡气体向外放热
6.某校开展探究性课外活动，一同学用如图所示的装置研究气体压强、体积、温度三量之间的关系．该同学选用导热良好的汽缸开口向下，内有理想气体，汽缸固定不动，缸内活塞可自由移动且不漏气．把一温度计通过缸底小孔插入缸内，插口处密封良好，活塞下挂一个沙桶，沙桶装满沙子时活塞恰好静止．现给沙桶底部钻一个小洞，细沙缓慢漏出，外部温度恒定不变，则（　　）
A．外界对气体做功，气体内能增大
B．外界对气体做功，温度计示数不变
C．气体体积减小，温度计示数减小
D．外界对气体做功，温度计示数增大
7.一定质量的理想气体（分子力不计），体积由V膨胀到V′．如果通过强不变的过程实现，对外做功大小为W1，传递热量的值为Q1，内能变化为△U1；如果通过温度不变的过程来实现，对外做功大小为W2，传递热量的值为Q2，内能变化为△U2，则（　　）
A．W1＞W2，Q1＜Q2，△U1＞△U2
B．W1＞W2，Q1＞Q2，△U1＞△U2
C．W1＜W2，Q1=Q2，△U1＞△U2
D．W1=W2，Q1＞Q2，△U1＞△U2
8．下列说法正确的是（　　）
A．气体从外界吸收热量，气体的内能一定增加
B．液体中的悬浮微粒越小，布朗运动越明显
C．封闭在气缸中的气体，体积减小，压强一定减小
D．两块纯净的铅板压紧后能合在一起，说明此时分子间不存在斥力
9.由于温室气体排放日益增多，温室效应增强，中国近海区域海水表面平均温度相对于1958年上升了约1摄氏度，温度更高的海水，分子的平均动能_________（填更大、更小、不变）；更高的温度也使得冰川消退、冰川解体从而使海平面相对于上世纪末上升近10厘米之多。冰熔化过程中，温度_________（填升高、降低、不变），因为其吸收的热量转化为_________。
10.小李和小华准备打乒乓球，但现在只有一个被踩瘪但没裂开的乒乓球，他们将此瘪球放入杯中热水里，并用杯盖盖紧，一段时间后瘪球变回球形，则瘪球变回球形的过程中，球内速率大的分子数与总分子数之比_________（选填“逐渐增大”“逐渐减小”或“保持不变”），球内气体因膨胀对外做的功_________（选填“大于”“等于”或“小于”）吸收的热量，球内气体的内能_________（选填“逐渐增大”“逐渐减小”或“保持不变”）。
参考答案
自主学习
1.等价
转化
转移
2.传递的热量
3.ΔU=Q+W
课堂探究
结论1：做功
热传递
结论2：和
ΔU
=
Q
+
W
结论3：增加
减少
结论4：热量
功
ΔU=Q+W
正负号
结论5：绝热
不做功
内能
典题精讲
【例题1】C
【例题2】A
核心素养专练
1.B
2.B
3.A
4.D
5.C
6.B
7.B
8.B
9.更大；不变；分子势能的增加量
10.逐渐增大；小于；逐渐增大
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