【物理】热力学第一定律 2023-2024学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册

第三章热力学定律第2节热力学第一定律

知识回顾1、内能变化和做功的关系？绝热过程中，内能的变化等于外力对系统所做的功:∆U=W若外界对系统做功(压缩气体)，W>0，则∆U>0，系统的内能增加若系统对外界做功(气体不自由膨胀)，W<0，则

∆U<0，系统的内能减少2、内能变化与传热的关系？

在单纯的热传递过程中，内能的变化等于外界向系统传递的热量:

∆U=Q

若物体吸热，Q>0，则ΔU>0，内能增加；

若物体放热，Q<0，则ΔU<0，内能减少.如果物体在跟外界同时发生做功和热传递的过程中，内能又如何变化呢？

一、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

对它所做的功的和。2.表达式：ΔU＝Q+W

W——外界对物体做的功——W＞0，表示外界对系统做功；

W＜0，表示系统对外界做功；Q——物体吸收的热量

——Q＞0，表示系统吸热；

Q＜0，表示系统放热；ΔU——物体内能的增加量

——ΔU＞0，表示系统内能增加；

ΔU＜0，表示系统内能减少。3.意义：热力学第一定律反映了功、热量跟系统内能改变之间的定量关系.4、判断气体是否做功的方法：一般情况下看气体的体积是否变化.①若气体体积增大,表明气体对外界做功,W<0.(自由膨胀除外)②若气体体积减小,表明外界对气体做功,W>0.✮理想气体恒压变化时,W=P∆V（P为理想气体的压强、∆V为理想气体体积的变化量）【特别提醒】

(1)当做功和热传递同时发生时,物体的内能可能增加,也可能减小,还可能保持不变。(2)物体内能发生变化可能是由做功引起的,也可能是由热传递引起的,还可能是两者共同作用的结果。(3)热量取决于容器是绝热的还是导热的，并不是温度升高吸热，温度降低放热。5、几种特殊情况(1)若过程是绝热的，即Q＝0，则ΔU＝W，系统内能的增加量等于外界对物体做的功。(2)若过程中不做功（单纯传热），即W＝0，则ΔU＝Q，系统内能的增加量等于物体从外界吸收的热量。(3)若过程的始末状态系统的内能不变，即ΔU＝0，则W＝－Q(或Q＝－W)，外界对系统做的功等于系统放出的热量(或系统吸收的热量等于系统对外界做的功)。(4)理想气体内能只与温度有关。温度变化,内能一定变化；等温过程内能不变,ΔU＝0【例题】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0.1m，这段过程活塞对气体的压力逐渐增大，其做的功相当于2×103N的恒力使活塞移动相同距离所做的功(如图甲)。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25J。(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0.1m，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(如图乙)，该做功过程气体传递给汽缸的热量为30J，求此做功过程气体内能的变化量。解：(1)压缩过程活塞对气体做的功：W1＝F1l1＝2×103×0.1J＝200J气体内能的变化量：ΔU1＝W1＋Q1＝200J－25J＝175J。(2)气体膨胀过程中外界对气体所做的功：W2＝－F2l2＝－9×103×0.1J＝－900J气体内能的变化量：ΔU2＝W2＋Q2＝－900J－30J＝－930J

二、应用热力学第一定律解题的一般步骤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、根据符号法则写出各已知量（W、Q、∆U）的正负。3、根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q列出方程，求解

。4、再根据未知量结果的正、负来确定吸热、放热情况或做功和内能增减情况。练习1.如图所示，汽缸内用活塞封闭一定质量的理想气体，汽缸和活塞是绝热的，汽缸固定不动，一条细线左端连接在活塞上，另一端跨过定滑轮后吊着一个装沙的小桶，开始时活塞静止，某时刻开始小桶中的沙缓慢漏出，不计活塞与汽缸壁的摩擦,则下列说法正确的是(

D

)A.汽缸内的活塞向右运动B.汽缸内气体的内能变小C.汽缸内气体的压强减小D.汽缸内气体的分子平均动能变大练习2.(多选)一定质量的理想气体从状态A经过状态B变化到状态C，其V-T图像如图所示，下列说法正确的是(

BC

)A.A→B的过程中,气体对外界做功B.A→B的过程中,气体放出热量C.B→C的过程中,气体压强不变D.A→B→C的过程中,气体内能增加练习3.（多选）如图所示，一定质量的理想气体在状态A时压强为1.5×105

Pa，经历A→B→C→A的过程，已知B→C过程中气体做功数值是C→A过程中气体做功数值的3倍，下列说法中正确的是（

AC

）A．C→A的过程中外界对气体做功300JB．B→C的过程中气体对外界做功600JC．整个过程中气体从外界吸收600J的热量D．整个过程中气体从外界吸收450J的热量练习4.如图所示，一定质量的理想气体，从状态A经绝热过程A→B，等容过程B→C，等温过程C→A，又回到状态A，则（

A）A．A→B过程气体体积增大，内能减小B．B→C过程内能增加，可能外界对气体做了功C．气体在状态的温度高于在状态的温度D．C→A为等温变化，内能不变，所以此过程气体既不吸热也不放热练习5.如图所示，倒悬的导热汽缸中封闭着一定质量的理想气体，轻质活塞可无摩擦地上下移动，活塞的横截面积为S，活塞的下面吊着一个重为G的物体，大气压强恒为p0，起初环境的热力学温度为T0时，活塞到汽缸底面的距离为L.当环境温度逐渐升高，导致活塞缓慢下降，该过程中活塞下降了0.1L，汽缸中的气体吸收的热量为Q.求：(1)汽缸内部气体内能的增量ΔU；(2)最终的