鲁科版选修3－3 51 热力学第一定律 学案

第1节热力学第一定律学案

学习目标：

1.理解热力学第一定律.

2.会用AU=W+Q解决一些简单问题.

3.知道第一类永动机不可能制成.

根底知识：

一、热力学第一定律及其应用

1.改变物体内能的两种方式

做功和热传递.

2.物体内能的改变

(1)如果物体与外界无热传递，假设外界对物体做功，那么物体的内能增加；

假设物体对外做功，物体的内能减少.

(2)如果物体既不对外做功，外界也不对物体做功，那么物体吸收热量时，

它的内能增加；物体放出热量时，它的内能减少.

3.热力学第一定律

(1)内容：物体内能的增加量△口等于外界对物体所做的功卬与物体从外

界吸收的热量。之和.

(2)表达式：AU=W+Q.

4.热力学第一定律的意义

(1)内能的变化必然伴随有做功或热传递.

(2)一切涉及热现象的宏观过程中，能量可以发生转移或转化，此过程中总

能量守恒.

二.第一类永动机是不可能实现的

(1)概念：不消耗任何能量而能永远对外做功的机器.

(2)结果：

17〜18世纪，人们提出了许多永动机设计方案，但都以失败而告终.

(3)原因：设想能量能够无中生有地创造出来，违背了热力学第一定律.

(4)启示：人类利用和改造自然时，必须遵循自然规律.

重难点理解：

1.对AU=W+Q的理解

热力学第一定律将单纯的绝热过程和单纯的热传递过程推广到一般情况，既

有做功又有热传递的过程，其中△。表示内能改变的数量，W表示做功的数量,

Q表示外界与物体间传递的热量.

2.对公式△(/、0、W符号的规定

符号Q△U

正号外界对物体做功物体吸收热量内能增加

负号物体对外界做功物体放出热量内能减少

(1)首先选定研究对象是哪个物体或哪个热力学系统.

(2)根据符号法则写出各量(W、Q、AS的正、负一

(3)根据方程AU=W+Q求出未知量.

(4)再根据未知量结果的正、负来确定吸热、放热情况或做功情况.

4.判断气体做功正、负的方法

(1)假设气体体积增大，说明气体对外界做功，W<0.

(2)假设气体体积变小，说明外界对气体做功，W>0.

5.几种常见的气体变化过程

(1)绝热过程：过程是绝热的，那么Q=0,W=NU,外界对气体做的功等

于气体内能的增加.

(2)等容过程：在该过程中气体不做功，即卬=0,那么Q=AU,气体吸收

的热量等于气体内能的增加.

(3)等温过程：在过程的始末状态，气体的内能不变，即△(/=(),那么W+Q

=()或W=-Q,表示气体吸收的热量全部用来对外做功或外界对气体所做的功

全部转换为热量放出.

典例1、一定量的气体在某一过程中，外界对气体做了8X10，J的功，气体

的内能减少了X10!，那么以下各式中正确的选项是()

A.W=8X1O'J,△X105J,Q=4X10」

B.W=8X1O'J，AU=-X105J,Q=-2X105J

C.W=-8X1O'J,AX105J,Q=2XIO4J

D.W=-8X101J,AU=-X105J,Q=-4X10,J

解析：因为外界对气体做功，环取正值，即W=8X1O\J；内能减少，AU取负

值，即△U二一X10打；根据△U=W+Q,可知Q=AU-W=-X105-8X10匚-2X1C>5J,

即B选项正确。答案：B

典例2、一定质量的气体从外界吸收了X10，J的热量，同时气体对外做了6

XIO'J的功，问：

(1)物体的内能是增加还是减少？变化量是多少？

(2)分子势能是增加还是减少？

(3)分子的平均动能是增加还是减少？

解析•：(1)气体从外界吸热为：X107

气体对外做功：W=-6X107

由热力学第一定律:△U=W+Q=(-6X105)+(X105J)=-1.8X105J

△U为负，说明气体的内能减少了。所以，气体内能减少了1.8X1O\J。

(2)因为气体对外做功，所以气体的体积膨张，分子间的距离增大了，分

子力做负功，气体分子势能增加了。

(3)因为气体内能减少，同时气体分子势能增加，说明气体分子的平均动

能一定减少了。

稳固练习：

1.以下过程，可能发生的是()

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

E.物体对外界做功，同时物体放热，内能增加

2.景颇族祖先创造的点火器如下图，用牛角做套筒，木制推杆前端粘着艾

绒，猛推推杆，艾绒即可点燃，对筒内封闭的气体，在此压缩过程中()

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

D.外界对气体做正功E.气体的内能增加

3.一定质量的气体，在压缩过程中外界对气体做功300J,但这一过程中气

体的内能减少了300J,问气体在此过程中是吸热还是放热？吸收(或放出)多

少热量？

4.一定量的气体内能增加了3X1O5J,

(1)假设吸收了2X105j的热量，那么是气体对外界做功，还是外界对气体

做功？做了多少焦耳的功？

(2)假设气体对外界做了4X105J的功，那么是气体放热还是从外界吸热？

放出或吸收的热量是多少？

参考答案：

1.【解析】根据热力学第一定律AU=W+。，做功和热传递都可以改变物体

的内能，故由此可确定A、B、D正确，C、E错误.【答案】ABD

2.【解析】压缩气体时，外界对气体做功，内能增加，温度升高，体积变小，

压强增大，所以B、D、E正确.【答案】BDE

3.解析：由题意可知，W=300J,AU=-300J,根据热力学第一定律可得

Q=AU-W=-300J-300J=一600J

Q为负值表示气体放热，因此气体放出600J的热量。

4•【解析】（1）由热力学第一定律△U=Q+W

得W=△U-Q=3XIO5J