3.2 热力学第一定律 讲义 -2021-2022学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册（word版含答案）

选择性必修第三册
第三章 热力学定律
2.热力学第一定律
知识点 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和．
2.表达式
ΔU＝Q＋W.
在热力学第一定律的表达式中，是系统的内能的变化量， 为正,表示系统内能增加, 为负,表示系统内能减少。 为正, 表示系统从外界吸收热量； 为负, 表示系统向外界放出热量；当系统的变化是绝热过程时，=0。物体的体积变大， 为正, 表示外界对系统做正功,；物体体积变小， 为负, 表示系统对外界做正功或者表示外界对系统做负功；物体的体积不变，=0。
3．应用热力学第一定律解题的一般步骤
(1)选择研究对象；(2)确定初末状态；(3)根据符号法则写出W、Q、ΔU中的已知量；(4)根据ΔU＝W＋Q写出方程；(5)求解、答。
4.关于功的计算
一般情况功的计算用力学知识；对于做等压变化的气体可用公式来计算，其中为气体的压强，是气体的体积变化；在气体的图像中，在数值上等于中的“面积”。
5.关于理想气体内能与温度的关系
对于一定质量的理想气体，内能只是温度的函数，气体的温度升高；内能增大，气体的温度降低，内能减小；气体的温度不变，内能不变。
基础必做练习
【1】关于内能的变化，以下说法正确的是(　C　)
A．物体吸收热量，内能一定增大
B．物体对外做功，内能一定减少
C．物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变
D．物体放出热量，同时对外做功，内能可能不变
【2】(多选)下列过程可能发生的是(　ABD　)
A．物体吸收热量，对外做功，同时内能增加
B．物体吸收热量，对外做功，同时内能减少
C．外界对物体做功，同时物体吸热，内能减少
D．外界对物体做功，同时物体放热，内能增加
【3】一定质量的气体在某一过程中，外界对气体做了8×104 J的功，气体的内能减少了1.2×105 J，则下列各式正确的是(　B　)
A．W＝8×104 J，ΔU＝1.2×105 J，Q＝4×104 J
B．W＝8×104 J，ΔU＝－1.2×105 J，Q＝－2×105 J
C．W＝－8×104 J，ΔU＝1.2×105 J，Q＝2×104 J
D．W＝－8×104 J，ΔU＝－1.2×105 J，Q＝－4×104 J
【4】如图所示是密闭的汽缸，外力推动活塞P压缩一定质量的理想气体，对缸内气体做功800 J，同时气体向外界放热200 J，缸内气体的(　A　)
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
【5】(多选)二氧化碳是导致“温室效应”的主要原因之一，目前专家们正在研究二氧化碳的深海处理技术．在某次实验中，将一定质量的二氧化碳气体封闭在一个可自由压缩的导热容器中，将容器缓慢移到海水某深处，气体体积减为原来的一半，不计温度的变化，二氧化碳可视为理想气体，则此过程中(　BC　)
A．封闭气体对外界做正功 B．封闭气体向外界传递热量
C．封闭气体分子的平均动能不变 D．封闭气体从外界吸收热量
【6】一定质量的气体从外界吸收了50 J的热量，同时对外做功100 J，则物体的内能________(填“增加”或“减少”)________ J.
答案　减少　50
【7】如图所示，快速推动活塞对汽缸内气体做功10 J，气体内能改变了多少？若保持气体体积不变，汽缸向外界传递10 J的热量，气体内能改变了多少？若推动活塞对汽缸内气体做功10 J的同时，汽缸向外界传递10 J的热量，气体的内能改变了多少？
答案　内能增加了10 J；减少了10 J；没改变．
【8】(2020·济南市期中)如图所示，内壁光滑的绝热汽缸固定在水平面上，其右端由于有挡板，厚度不计的绝热活塞不能离开汽缸，汽缸内封闭着一定质量的理想气体，活塞距汽缸右端的距离为0.2 m．现对封闭气体加热，活塞缓慢移动，一段时间后停止加热，此时封闭气体的压强变为2×105 Pa.已知活塞的横截面积为0.04 m2，外部大气压强为1×105 Pa，加热过程中封闭气体吸收的热量为2 000 J，则封闭气体的内能变化量为(　B　)
A．400 J B．1200 J C．2 000 J D．2 800 J
【9】(多选)用密封性好、充满气体的塑料袋包裹易碎品，如图所示，充气袋四周被挤压时，假设袋内气体与外界无热交换，则袋内气体(　AC　)
A．体积减小，内能增大 B．体积减小，压强减小
C．对外界做负功，内能增大 D．对外界做正功，压强减小
【10】(2020·天津市期中)如图所示，一定质量的理想气体，由状态a等压变化到状态b，再从b等容变化到状态c，a、c两状态温度相等．下列说法正确的是 (D)
A．从状态b到状态c的过程中气体吸热
B．气体在状态a的内能大于在状态c的内能
C．气体在状态b的温度小于在状态a的温度
D．从状态a到状态b的过程中气体对外做正功
【11】(2020·济南市期末)一定质量的理想气体，从状态a开始，经历ab、bc、ca三个过程回到原状态，其V－T图像如图所示，其中图线ab的反向延长线过坐标原点O，图线bc平行于T轴，图线ca平行于V轴，则(　A　)
A．ab过程中气体压强不变，气体从外界吸热
B．bc过程中气体体积不变，气体不吸热也不放热
C．ca过程中气体温度不变，气体从外界吸热
D．整个变化过程中气体的内能先减少后增加
综合提升练习
【1】(多选)一定质量的理想气体在某一过程中，从外界吸收热量2.5×104 J，气体对外界做功1.0×104 J，则下列关于理想气体的说法正确的是(　AD　)
A．气体温度一定升高
B．气体的内能一定减少
C．气体的压强一定不变
D．分子间平均距离一定增大
【2】(多选)夏天，从湖底形成一个气泡，在缓慢上升到湖面的过程中没有破裂，如图.若越接近水面，湖内水的温度越高，大气压强没有变化，将气泡内气体看作理想气体．则上升过程中，以下说法正确的是(　AB　)
A．气泡内气体对外界做功
B．气泡内气体分子平均动能增大
C．气泡内气体温度升高导致放热
D．气泡内气体的压强可能不变
【3】(多选)(2020·山东高二期中)如图为一消毒水简易喷洒装置，内部装有一定量的水，水上部是密封的空气，喷洒口管径细小．现保持阀门紧闭，通过打气筒再充入一些空气．设所有过程温度保持不变，下列说法正确的有(　ACD　)
A．充气后，密封气体分子单位时间撞击器壁次数增多
B．充气后，密封气体的分子平均动能增大
C．打开阀门后，密封气体对外界做正功
D．打开阀门后，密封气体从外界吸热
【4】(多选)(2020·南和县第一中学高二期中)一定质量的理想气体，经历如图所示的循环，该过程每个状态视为平衡态，各状态参数如图所示，已知a状态的体积为2.0×10－3 m3，则下列说法正确的是(　BD　)
A．各状态气体体积Va＝Vb＞Vc＝Vd
B．b→c过程中，气体吸热
C．c→d过程中，气体内能增加
D．d→a过程中，外界对气体做功200 J
【5】(2020·安徽省二模)一定质量的理想气体从状态A变化到状态B，再变化到状态C，其状态变化过程的p－V图像如图所示．已知该气体在状态A时的温度为27 C，气体由状态B到C过程从外界吸收热量Q＝300 J，求：
(1)该气体在状态C时的温度；
(2)该气体从状态B到状态C的过程中内能变化量．
答案　(1)300 K　(2)100 J
【6】(2020·长郡中学高二月考)一定质量的理想气体，状态从A→B→C→D→A的变化过程可用如图所示的p－V图线描述，其中D→A为等温线，气体在状态A时温度为TA＝
300 K，试求：
(1)气体在状态C时的温度TC；
(2)若气体在A→B过程中吸热1 000 J，则在A→B过程中气体内能如何变化？变化了多少？
答案　(1)375 K　(2)气体内能增加了400 J
【7】(2020·福建期末)研究表明，新冠病毒耐寒不耐热，温度在超过56 C时，30分钟就可以灭活．如图，含有新冠病毒的气体被轻质绝热活塞封闭在绝热汽缸下部a内，汽缸顶端有一绝热阀门K，汽缸底部接有电热丝E.a缸内被封闭气体初始温度t1＝27 C，活塞位于汽缸中央，与底部的距离h1＝60 cm，活塞和汽缸间的摩擦不计．
(1)若阀门K始终打开，电热丝通电一段时间，稳定后活塞与底部的距离h2＝66 cm，持续30分钟后，试分析说明a内新冠病毒能否被灭活？
(2)若阀门K始终闭合，电热丝通电一段时间，给a缸内气体传递了Q＝1.0×104 J的热量，稳定后气体a内能增加了ΔU＝8.5×103 J，求此过程气体b的内能增加量．
答案　(1)病毒能被灭　(2)1.5×103 J