3.2 热力学第一定律 课前导学 2024-2025学年人教版（2019）高中物理选择性必修第三册

3.2 热力学第一定律
基础知识导学
1.改变内能的两种方法：做功与 。两者在改变系统内能方面是 的。
2.热力学第一定律
(1)内容：一个热力学系统的内能变化量等于外界向它传递的 与外界对它 的和。
(2)数学表达式：ΔU＝ 。
3.热力学第一定律的应用
(1).由ΔU＝U2－U1知，当系统内能增加时，ΔU取 ，内能减少时，ΔU取 。
(2)外界对系统做功时，W取 ；而系统对外界做功时，W取 。
(3)外界向系统传递的热量Q取 ；而系统向外界传递的热量Q就取 。
(4)定律的表达式ΔU＝Q＋W是标量式, 应用时各量的单位应统一为国际单位焦耳。
4.判断是否做功的方法:一般情况下外界对物体做功与否，需看物体的体积是否变化。
(1)若物体体积增大，表明 ，W<0。(2)若物体体积减小，表明 ，W>0。
5.几种特殊情况
(1)若过程是绝热的，则Q＝0，W＝ΔU，外界对物体做的功等于物体内能的增加。
(2)若过程中不做功，即W＝0，则Q＝ΔU，物体吸收的热量等于物体内能的增加。
(3)若过程的始末状态物体的内能不变，即ΔU＝0，则W＋Q＝0或W＝－Q，外界对物体做的功等于物体放出的热量。
基础小题试练
1.景颇族的祖先发明的点火器如图所示，用牛角做套筒，木质推杆前端粘着艾绒猛推推杆，艾绒即可点燃，对筒内封闭的气体，在压缩过程中( )
A.气体温度升高，压强不变
B.气体温度升高，压强变大
C.气体对外界做正功，其体内能增加
D.外界对气体做正功，气体内能减少
2.下列说法正确的是( )
A.流散到周围环境中的内能可以自动聚集起来，并被加以利用
B.只要对内燃机不断进行革新，总有一天它可以把气体的内能全部转化为机械能
C.第二类永动机不违反热力学第一定律，只违反热力学第二定律
D.热量不可能由低温物体传给高温物体
3.如图所示的是密闭的气缸，外力推动活塞P压缩气体，对缸内气体做功800J，同时气体向外界放热300J，缸内理想气体的( )
A.温度升高，内能增加500J B.温度升高，内能减少300J
C.温度降低，内能增加500J D.温度降低，内能减少300J
4.如图所示，两个相通的容器间装有阀门K。P中充满气体，卫内为真空，整个系统与外界没有热交换。打开阀门K后，P中的气体进入Q，最终达到平衡，则( )
A.气体体积膨胀，内能增加 B.气体分子势能减小，内能增加
C.气体分子势能增加，压强可能不变 D.Q中气体不可能自发地全部退回P中
5.如图所示，一定质量的理想气体从状态a沿直线变化到状态b。在此过程中，其压强( )
A.逐渐增大 B.逐渐减小 C.始终不变 D.先增大后减小
答案以及解析
1.答案：B
解析：分析猛推推杆时间较短,气体来不及吸放热,主要是外界对气体做正功，气体内能增加，温度升高，压强增大.解答解：封闭的气体被推杆压缩过程中,由公式知,在瞬间,,所以内能增加,则温度升高,气体体积减小,压强增大,综上知正确，因选错误的故选B
2.答案：C
解析：A.根据热力学第二定律可知：热传递具有方向性，不可以将流散到周围环境中的内能重新收集起来加以利用而不引起其他变化，故A错误；
B.热机是把内能转化为机械能的装置，过程中一定有部分热量排放给低温物体（冷凝器或大气），即有能量耗损。所以不可能把气体的内能全部转化为机械能，故B错误；
C.第二类永动机不违反热力学第一定律，只违反热力学第二定律，故C正确；
D.热量是不可能自发地从低温物体传递给高温物体的，但在其他因素影响下可以由低温物体传向高温物体，故D错误。
故选C。
3.答案：A
解析：根据热力学第一定律,气体内能增加量,对于一定质量的理想气体,内能增加温度必然升高,A正确。
4.答案：D
解析：气体在真空中膨胀，对外不做功，由热力学第一定律，其内能不变，A、B错误;气体的温度不变，体积增大，由理想气体状态方程，可知其压强减小，C错误;由热力学第二定律，Q中的气体不可能自发地全部退回P中，D正确。
5.答案：A
解析：由理想气体状态方程恒量，沿直线从a到b，V逐渐减
小，T逐渐增大，所以p逐渐增大。