1、理解熱力學(xué)第一定律，并會運(yùn)用于分析和計(jì)算。
2、運(yùn)用熱力學(xué)第一定律解釋自然界能量的轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)移問題。
一、熱力學(xué)第一定律
1．改變內(nèi)能的兩種方式：做功與傳熱．兩者對改變系統(tǒng)的內(nèi)能是等價(jià)的．
2．熱力學(xué)第一定律：一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)能變化量等于外界向它傳遞的熱量與外界對它所做的功的和．
3．熱力學(xué)第一定律的表達(dá)式：ΔU＝Q＋W.
4．對公式ΔU＝Q＋W符號的規(guī)定
5．熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用：
(1)W的正負(fù)：外界對系統(tǒng)做功時(shí)，W取正值；系統(tǒng)對外界做功時(shí)，W取負(fù)值．(均選填“正”或“負(fù)”)
(2)Q的正負(fù)：外界對系統(tǒng)傳遞的熱量Q取正值；系統(tǒng)向外界傳遞的熱量Q取負(fù)值．(均選填“正”或“負(fù)”)
6.氣體狀態(tài)變化的幾種特殊情況
(1)絕熱過程：Q＝0，則ΔU＝W，系統(tǒng)內(nèi)能的增加(或減少)量等于外界對系統(tǒng)(或物體對外界)做的功．
(2)等容過程：W＝0，則ΔU＝Q，物體內(nèi)能的增加量(或減少量)等于系統(tǒng)從外界吸收(或系統(tǒng)向外界放出)的熱量．
(3)等溫過程：始末狀態(tài)一定質(zhì)量理想氣體的內(nèi)能不變，即ΔU＝0，則W＝－Q(或Q＝－W)，外界對系統(tǒng)做的功等于系統(tǒng)放出的熱量(或系統(tǒng)吸收的熱量等于系統(tǒng)對外界做的功)．
7．判斷氣體是否做功的方法
一般情況下看氣體的體積是否變化．
①若氣體體積增大，表明氣體對外界做功，W0.
8．應(yīng)用熱力學(xué)第一定律解題的一般步驟
(1)根據(jù)符號法則寫出各已知量(W、Q、ΔU)的正負(fù)；
(2)根據(jù)方程ΔU＝W＋Q求出未知量；
(3)再根據(jù)未知量結(jié)果的正負(fù)來確定吸放熱情況、做功情況或內(nèi)能變化情況．
二、氣體實(shí)驗(yàn)定律和熱力學(xué)第一定律的綜合應(yīng)用
熱力學(xué)第一定律與理想氣體狀態(tài)方程結(jié)合問題的分析思路：
(1)利用體積的變化分析做功情況．氣體體積增大，氣體對外界做功；氣體體積減小，外界對氣體做功．
(2)利用溫度的變化分析理想氣體內(nèi)能的變化．一定質(zhì)量的理想氣體的內(nèi)能僅與溫度有關(guān)，溫度升高，內(nèi)能增加；溫度降低，內(nèi)能減?。?br>(3)利用熱力學(xué)第一定律判斷是吸熱還是放熱．
由熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q，則Q＝ΔU－W，若已知?dú)怏w的做功情況和內(nèi)能的變化情況，即可判斷氣體狀態(tài)變化是吸熱過程還是放熱過程
一、單選題
1．卡諾循環(huán)是能體現(xiàn)熱機(jī)工作時(shí)氣缸內(nèi)氣體狀態(tài)循環(huán)變化基本特性的理想循環(huán)，其循環(huán)過程如圖所示?？ㄖZ循環(huán)包含1、3兩個(gè)等溫過程和2、4兩個(gè)絕熱過程。氣缸內(nèi)氣體可看作理想氣體，關(guān)于卡諾循環(huán)，下列說法正確的是（ ）
A．過程1氣體放熱
B．過程2氣體溫度升高
C．過程3氣體對外界做功
D．經(jīng)完整循環(huán)過程時(shí)氣體對外界做的功大于外界對氣體做的功
2．用密封性好、充滿氣體的塑料袋包裹易碎品，如圖所示。充氣袋四周被擠壓時(shí)，假設(shè)袋內(nèi)氣體與外界無熱交換，則袋內(nèi)氣體（ ）
A．體積減小，內(nèi)能增大B．體積減小，壓強(qiáng)減小
C．對外界做負(fù)功，內(nèi)能減小D．對外界做正功，壓強(qiáng)減小
3．裝有一定質(zhì)量理想氣體的薄鋁筒開口向下浸在恒溫水槽中，如圖所示，現(xiàn)推動鋁筒使其緩慢下降，鋁筒內(nèi)氣體無泄漏，則鋁筒在下降過程中，筒內(nèi)氣體（ ）
A．壓強(qiáng)減小B．內(nèi)能減小C．向外界放熱D．分子平均動能變大
4．一定量的理想氣體從狀態(tài)a開始，經(jīng)歷等溫或等壓過程ab、bc、cd、da回到原狀態(tài)，其p-T圖像如圖所示，其中對角線ac的延長線過原點(diǎn)O。下列判斷正確的是（ ）
A．氣體在a、c兩狀態(tài)的體積不相等
B．氣體在狀態(tài)a時(shí)的內(nèi)能等于它在狀態(tài)c時(shí)的內(nèi)能
C．在過程cd中氣體向外界放出的熱量等于外界對氣體做的功
D．在過程da中氣體從外界吸收的熱量小于氣體對外界做的功
5．一定質(zhì)量的理想氣體，狀態(tài)由a變到b，再由b變到c，其壓強(qiáng)和體積的關(guān)系如題圖甲所示，根據(jù)圖象，下列說法正確的是______。
A．由a變到b，溫度升高，放熱B．由a變到b，溫度降低，放熱
C．由b變到c，溫度不變，放熱D．由b變到c，溫度不變，吸熱
6．查理定律指出，一定質(zhì)量的某種氣體在體積一定時(shí)，氣體的壓強(qiáng)與溫度之間有線性關(guān)系，如圖所示。則一定質(zhì)量的某種氣體從狀態(tài)A到狀態(tài)B，下列說法正確的是（ ）
A．氣體向外界放出熱量
B．氣體分子的平均動能不變
C．外界對氣體做功
D．單位時(shí)間內(nèi)碰撞單位面積器壁的分子數(shù)增多
二、填空題
7．容器內(nèi)封閉一定質(zhì)量的理想氣體，從狀態(tài)a開始，經(jīng)歷a→b、b→c、c→a三個(gè)過程回到原狀態(tài)，其p–T圖像如圖所示，其中圖線ac的反向延長線過坐標(biāo)原點(diǎn)O，圖線ab平行于T軸，圖線bc平行于p軸，Va、Vb、Vc分別表示狀態(tài)a、b、c的體積。則c→a過程中氣體單位時(shí)間內(nèi)碰撞器壁單位面積上的分子數(shù)___________（填“增加”“減少”或“不變”）；a→b過程中氣體吸收的熱量___________（填“大于”“小于”或“等于”）氣體對外界做功。
三、實(shí)驗(yàn)題
8．一定質(zhì)量的理想氣體，從初始狀態(tài)經(jīng)狀態(tài)、、再回到狀態(tài)，其體積與溫度的關(guān)系如圖所示。圖中、和為已知量。
(1)從狀態(tài)到狀態(tài)，氣體經(jīng)歷的是________過程（填“等溫”“等容”或“等壓”）；
(2)從到的過程中，氣體的內(nèi)能________（填“增大”“減小”或“不變”）；
(3)從到的過程中，氣體對外________（填“做正功”“做負(fù)功”或“不做功”），同時(shí)________（填“吸熱”或“放熱”）；
(4)氣體在狀態(tài)時(shí)的體積________。
參考答案
1．D
【詳解】
A．過程1氣體等溫膨脹，內(nèi)能不變，對外做功，吸收熱量，故A錯(cuò)誤；
B．過程2為絕熱過程，氣體不吸、放熱，對外做功，內(nèi)能減小，溫度降低，故B錯(cuò)誤；
C．過程3氣體等溫壓縮，外界對氣體做功，故C錯(cuò)誤；
D．在完整循環(huán)過程中，由氣體做功
可知?dú)怏w做的功等于圖線與橫坐標(biāo)包圍的面積，1、2兩個(gè)膨脹過程氣體對外做功大于3、4壓縮過程外界對氣體做的功，因此氣體對外界做的功大于外界對氣體做的功，故D正確。
故選D。
2．A
【詳解】
CD．充氣袋被擠壓時(shí)，氣體體積減小，外界對氣體做功，已知袋內(nèi)氣體與外界無熱交換，則袋內(nèi)氣體內(nèi)能增加，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤，D錯(cuò)誤；
AB．氣體體積減小，內(nèi)能增加，溫度一定升高，壓強(qiáng)變大，故選項(xiàng)A正確，B錯(cuò)誤。
故選A。
3．C
【詳解】
緩慢推動鋁筒，由于水溫恒定，薄鋁筒導(dǎo)熱良好，則筒內(nèi)氣體發(fā)生等溫變化，鋁筒在下降過程中筒內(nèi)氣體為
隨著下降，筒內(nèi)外液體高度差h增大，則氣體壓強(qiáng)增大，根據(jù)玻意耳定律可知，鋁筒內(nèi)氣體被壓縮，體積減小，外界對氣體做功，故W>0，外界溫度不變，故氣體內(nèi)能不變，分子平均動能不變，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知，氣體向外界放熱。
故選C。
4．C
【詳解】
A．由題意可知
滿足查理定律，則氣體經(jīng)歷等容變化，故氣體在a、c兩狀態(tài)的體積相等，故A錯(cuò)誤；
B．由于Ta＞Tc，所以氣體在狀態(tài)a時(shí)的內(nèi)能大于它在狀態(tài)c時(shí)的內(nèi)能， 故B錯(cuò)誤；
C．cd為等溫過程，氣體內(nèi)能不變。根據(jù)玻意耳定律可知，氣體壓強(qiáng)增大，體積減小，外界對氣體做功。根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知，氣體向外界放出的熱量等于外界對氣體做的功，故C正確；
D．da為等壓過程，氣體溫度升高，內(nèi)能增大。根據(jù)蓋-呂薩克定律可知，氣體體積增大，對外界做功。根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知，氣體從外界吸收的熱量大于氣體對外界做的功，故D錯(cuò)誤。
故選C。
5．C
【詳解】
AB．由a變到b，氣體發(fā)生等容變化，壓強(qiáng)p增大，根據(jù)查理定律可知，氣體溫度升高，則內(nèi)能增大，再根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知，因氣體不做功，內(nèi)能增大，則氣體吸熱，故AB錯(cuò)誤；
CD．由b變到c，由題圖可知，氣體發(fā)生等溫變化，溫度不變，內(nèi)能不變，體積減小，則外界對氣體做功，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知，氣體放熱，故C正確，D錯(cuò)誤。
故選C。
6．D
【詳解】
AC．題圖為p-t圖像轉(zhuǎn)化p-T圖像，則可知為一條過坐標(biāo)原點(diǎn)的直線，該氣體做等容變化，外界對氣體不做功，溫度升高，內(nèi)能增加，必定從外界吸收熱量，AC錯(cuò)誤；
B．隨著壓強(qiáng)增大，氣體的溫度也增大，分子平均動能增大，B錯(cuò)誤；
D．由于氣體體積不變，分子數(shù)密度不變，但分子平均速率增加，所以單位時(shí)間碰撞到單位面積上的分子數(shù)增多，D正確；
故選D。
7．減少 大于
【詳解】
[1]c→a過程為等容過程，壓強(qiáng)減小、溫度降低，單位時(shí)間內(nèi)碰撞器壁單位面積上的分子數(shù)減??；
[2]a→b過程為等壓過程，溫度升高，內(nèi)能增大，體積增大，氣體對外界做功，由ΔU=W+Q得，氣體吸收熱量大于氣體對外界做功。
8．等容 不變 做負(fù)功 放熱
【詳解】
(1)[1]由題圖可知，從狀態(tài)到狀態(tài)，氣體體積不變，是等容變化。
(2)[2]從到是等溫變化，即分子平均動能不變，對理想氣體來說內(nèi)能不變。
(3)[3][4]從到氣體體積減小，外界對氣體做正功
所以氣體對外做負(fù)功；同時(shí)溫度降低，說明內(nèi)能減小，由熱力學(xué)第一定律
可知?dú)怏w放熱。
(4)[5]從到是等壓變化，由
得
符號
W
Q
ΔU
＋
體積減小，外界對熱力學(xué)系統(tǒng)做功
熱力學(xué)系統(tǒng)吸收熱量
內(nèi)能增加
－
體積增大，熱力學(xué)系統(tǒng)對外界做功
熱力學(xué)系統(tǒng)放出熱量
內(nèi)能減少

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2 熱力學(xué)第一定律

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