【核心素養(yǎng)目標(biāo)】
知識點(diǎn)一 熱力學(xué)第一定律
【情境導(dǎo)入】
如圖所示，快速推動(dòng)活塞對汽缸內(nèi)氣體做功10 J，氣體內(nèi)能改變了多少？若保持氣體體積不變，汽缸向外界傳遞10 J的熱量，氣體內(nèi)能改變了多少？若推動(dòng)活塞對汽缸內(nèi)氣體做功10 J的同時(shí)，汽缸向外界傳遞10 J的熱量，氣體的內(nèi)能改變了多少？
【知識梳理】
1．改變內(nèi)能的兩種方式： 與 ．兩者對改變系統(tǒng)的內(nèi)能是 ．
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 與外界對它所 的和．
3．熱力學(xué)第一定律的表達(dá)式：ΔU＝ .
4．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 值；系統(tǒng)對外界做功時(shí)，W取 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 值；系統(tǒng)向外界傳遞的熱量Q取 值．(均選填“正”或“負(fù)”)
【重難詮釋】
1．對公式ΔU＝Q＋W符號的規(guī)定
2.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)(或系統(tǒng)對外界)做的功．
(2)等容過程：W＝0，則ΔU＝Q，系統(tǒng)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：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)向外界放出的熱量(或系統(tǒng)從外界吸收的熱量等于系統(tǒng)對外界做的功)．
3．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.
【典例精析】
例1．如圖所示，內(nèi)壁光滑的絕熱汽缸固定在水平面上，其右端由于有擋板，厚度不計(jì)的絕熱活塞不能離開汽缸，汽缸內(nèi)封閉著一定質(zhì)量的理想氣體，活塞距汽缸右端的距離為0.2 m．現(xiàn)對封閉氣體加熱，活塞緩慢移動(dòng)，一段時(shí)間后停止加熱，此時(shí)封閉氣體的壓強(qiáng)變?yōu)?×105 Pa.已知活塞的橫截面積為0.04 m2，外部大氣壓強(qiáng)為1×105 Pa，加熱過程中封閉氣體吸收的熱量為2 000 J，則封閉氣體的內(nèi)能變化量為( )
A．400 J B．1 200 J
C．2 000 J D．2 800 J
知識點(diǎn)二 應(yīng)用熱力學(xué)第一定律解題的思路與步驟
【重難詮釋】
(1)首先應(yīng)明確研究對象是哪個(gè)物體或者是哪個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)。
(2)分別列出物體(或系統(tǒng))吸收或放出的熱量；外界對物體(或系統(tǒng))所做的功或物體(或系統(tǒng))對外所做的功。
(3)根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W列出方程進(jìn)行求解。
(4)特別注意的就是物理量的正負(fù)號及其物理意義。
【典例精析】
例2．一定質(zhì)量的氣體從外界吸收了4.2×105 J的熱量，同時(shí)氣體對外做了6×105 J的功，問：
(1)物體的內(nèi)能是增加還是減少？變化量是多少？
(2)分子勢能是增加還是減少？
(3)分子的平均動(dòng)能是增加還是減少？
例3． (多選)如圖，一開口向上的導(dǎo)熱汽缸內(nèi)，用活塞封閉了一定質(zhì)量的理想氣體，活塞與汽缸壁間無摩擦?，F(xiàn)用外力作用在活塞上，使其緩慢上升。環(huán)境溫度保持不變，大氣壓不變，系統(tǒng)始終處于平衡狀態(tài)。在活塞上升過程中________。
A．氣體體積逐漸增大，內(nèi)能增加
B．氣體壓強(qiáng)逐漸減小，內(nèi)能不變
C．氣體壓強(qiáng)逐漸增大，放出熱量
D．氣體對外界做功，吸收熱量
例4．一定質(zhì)量的氣體在某一過程中，外界對氣體做了8×104 J的功，氣體的內(nèi)能減少了1.2×105 J，則下列各式正確的是( )
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
針對訓(xùn)練
一、單選題
1．在熱力學(xué)第一定律的表達(dá)式ΔU=W+Q中,關(guān)于ΔU、W、Q各個(gè)物理量的正、負(fù),下列說法中正確的是( )
A．外界對物體做功時(shí)W為正,吸熱時(shí)Q為負(fù),內(nèi)能增加時(shí)ΔU為正
B．物體對外界做功時(shí)W為負(fù),吸熱時(shí)Q為正,內(nèi)能增加時(shí)ΔU為負(fù)
C．外界對物體做功時(shí)W為負(fù),吸熱時(shí)Q為負(fù),內(nèi)能增加時(shí)ΔU為負(fù)
D．物體對外界做功時(shí)W為負(fù),吸熱時(shí)Q為正,內(nèi)能增加時(shí)ΔU為正
2．帶有活塞的汽缸內(nèi)封閉一定量的理想氣體。氣體開始處于狀態(tài)；然后經(jīng)過過程到達(dá)狀態(tài)或經(jīng)過過程到達(dá)狀態(tài)，、狀態(tài)溫度相同，如圖所示。設(shè)氣體在狀態(tài)和狀態(tài)的壓強(qiáng)分別為和，在過程和中吸收的熱量分別為和，則（ ）
A．，B．，
C．，D．，
3．如圖所示，帶有活塞的氣缸中封閉著一定質(zhì)量的氣體（不計(jì)氣體的分子勢能和重力勢能），已知?dú)飧缀突钊际墙^熱的，將一個(gè)熱敏電阻置于氣缸中，熱敏電阻與氣缸外的多用電表的歐姆擋連接，氣缸固定不動(dòng)，缸內(nèi)活塞可以自由移動(dòng)且不漏氣.今在活塞上端懸掛一桶沙，細(xì)沙從小桶下邊的小孔中緩慢流出，在此過程中（ ）
A．氣體的內(nèi)能減小
B．氣體分子的平均動(dòng)能不變
C．氣缸內(nèi)壁單位時(shí)間內(nèi)單位面積上受到的壓力增大
D．多用電表的指針逐漸向左偏轉(zhuǎn)
4．一定量的氣體在某一過程中，外界對氣體做了8×104J的功，氣體的內(nèi)能減少了1.2×105J，則下列各式中正確的是（ ）
A．W8×104J，J，
B．W＝8×104J，J，
C．W－8×104J，J，
D．W－8×104J，，
5．在圖所示的兩端開口的“U”形管中，盛有同種液體，并用管閂K將液體隔成左、右兩部分，左邊液面比右邊液面高?，F(xiàn)打開管閂K，從打開管閂到兩邊液面第一次平齊的過程中，液體向外放熱為Q，內(nèi)能變化量為，動(dòng)能變化量為；大氣對液體做功為，重力做功為，液體克服阻力做功為，由功能關(guān)系可得：①②③④，其中，正確的是（ ）
A．①②③B．①②④C．②③D．①③
二、多選題
6．根據(jù)熱力學(xué)第一定律，下列說法正確的是（ ）
A．電冰箱的工作過程表明，熱量可以從低溫物體向高溫物體傳遞
B．空調(diào)機(jī)在制冷過程中，從室內(nèi)吸收的熱量少于向室外放出的熱量
C．科技的進(jìn)步可以使內(nèi)燃機(jī)成為單一熱源的熱機(jī)
D．對能源的過度消耗將使自然界的能量不斷減少，形成能源危機(jī)
7．在一個(gè)絕熱汽缸里，若因氣體膨脹，活塞把重物逐漸舉高，則在這個(gè)過程中，汽缸中的氣體（可視為理想氣體）（ ）
A．溫度升高B．溫度降低
C．內(nèi)能增加D．內(nèi)能減少
8．如圖所示，某同學(xué)將空的薄金屬筒開口向下壓入水中。設(shè)水溫均勻且恒定，筒內(nèi)空氣無泄漏，不計(jì)氣體分子間相互作用，則被淹沒的金屬筒在緩慢下降過程中，筒內(nèi)空氣體積減小，下列說法中正確的是（ ）
A．從外界吸熱B．向外界放熱
C．分子勢能不變D．內(nèi)能減小
9．如圖所示，絕熱的容器內(nèi)密閉一定質(zhì)量的氣體（不考慮分子間的作用力），用電阻絲緩慢對其加熱時(shí)，絕熱活塞無摩擦地上升，下列說法正確的是（ ）
A．單位時(shí)間內(nèi)氣體分子對活塞碰撞的次數(shù)減少
B．電流對氣體做功，氣體對外做功，氣體內(nèi)能可能減少
C．電流對氣體做功，氣體對外做功，其內(nèi)能一定增加
D．電流對氣體做的功一定大于氣體對外做功
10．一定質(zhì)量的理想氣體的圖像如圖所示，從狀態(tài)a經(jīng)過程I緩慢變化到狀態(tài)b，再由狀態(tài)b經(jīng)過程Ⅱ緩慢變化到狀態(tài)a，表示兩個(gè)過程的圖線恰好圍成以為直徑的圓。以下判斷正確的是（ ）
A．過程I中氣體的溫度保持不變
B．過程Ⅱ中氣體的溫度先升高后降低
C．過程Ⅱ中氣體向外界釋放熱量
D．過程Ⅱ中氣體吸收的熱量大于過程I中氣體放出的熱量
11．一定質(zhì)量的理想氣體，從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B，再變化到狀態(tài)C，其狀態(tài)變化過程的圖像如圖所示。已知狀態(tài)A時(shí)的溫度為，熱力學(xué)溫度與攝氏溫度間的關(guān)系為，則下列判斷正確的是（ ）
A．氣體處于狀態(tài)B時(shí)的溫度是900K
B．氣體處于狀態(tài)C時(shí)的溫度是300K
C．從狀態(tài)A變化到狀態(tài)C過程理想氣體內(nèi)能增大
D．從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B過程理想氣體放熱
三、解答題
12．如圖，一豎直放置的汽缸上端開口，汽缸壁內(nèi)有卡口a和b，a、b間距為h，a距缸底的高度為H；活塞只能在a、b間移動(dòng)，其下方密封有一定質(zhì)量的理想氣體。已知活塞質(zhì)量為m，面積為S，厚度可忽略；活塞和汽缸壁均絕熱，不計(jì)它們之間的摩擦。開始時(shí)活塞處于靜止?fàn)顟B(tài)，上、下方氣體壓強(qiáng)均為p0，溫度均為T0?，F(xiàn)用電熱絲緩慢加熱汽缸中的氣體，直至活塞剛好到達(dá)b處。求此時(shí)汽缸內(nèi)氣體的溫度以及在此過程中氣體對外所做的功。（重力加速度大小為g）
13．若將氣泡內(nèi)的氣體視為理想氣體，氣泡從湖底緩慢上升到湖面的過程中，對外界做了0.6J的功，（設(shè)湖水的溫度相等且保持不變）
(1)氣泡上升過程中吸收的熱量是多少？
(2)氣泡到達(dá)湖面后，由于太陽的照射，在溫度上升的過程中又對外界做了0.1J的功，同時(shí)吸收了0.3J的熱量，則此過程中，氣泡內(nèi)氣體內(nèi)能增加了多少？
14．如圖a，一臺四沖程內(nèi)燃機(jī)，活塞在壓縮沖程某段時(shí)間內(nèi)移動(dòng)的距離為0.1m，這段過程活塞對氣體的壓力逐漸增大，其做的功相當(dāng)于N的恒力使活塞移動(dòng)相同距離所做的功（圖b甲）。內(nèi)燃機(jī)工作時(shí)汽缸溫度高于環(huán)境溫度，該過程中壓縮氣體傳遞給汽缸的熱量為25J。
(1)求上述壓縮過程中氣體內(nèi)能的變化量；
(2)燃燒后的高壓氣體對活塞做功，氣體推動(dòng)活塞移動(dòng)0.1m，其做的功相當(dāng)于N的恒力使活塞移動(dòng)相同距離所做的功（圖b乙），該做功過程氣體傳遞給汽缸的熱量為30J，求此做功過程氣體內(nèi)能的變化量。
15．一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A經(jīng)狀態(tài)B變化到狀態(tài)C，其圖象如圖所示，求該過程中氣體吸收的熱量Q。
物理觀念
掌握熱力學(xué)第一定律及其表達(dá)式。
科學(xué)思維
學(xué)會(huì)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。
科學(xué)探究
理解熱力學(xué)第一定律，并會(huì)運(yùn)用于分析和計(jì)算.
科學(xué)態(tài)度與責(zé)任
通過熱力學(xué)第一定律知識應(yīng)用的實(shí)例，感受物理中科學(xué)技術(shù)與社會(huì)的緊密聯(lián)系，體會(huì)科學(xué)知識的應(yīng)用價(jià)值，進(jìn)一步增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力和科學(xué)意識。
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
第三章 熱力學(xué)定律
第2節(jié) 熱力學(xué)第一定律
【核心素養(yǎng)目標(biāo)】
知識點(diǎn)一 熱力學(xué)第一定律
【情境導(dǎo)入】
如圖所示，快速推動(dòng)活塞對汽缸內(nèi)氣體做功10 J，氣體內(nèi)能改變了多少？若保持氣體體積不變，汽缸向外界傳遞10 J的熱量，氣體內(nèi)能改變了多少？若推動(dòng)活塞對汽缸內(nèi)氣體做功10 J的同時(shí)，汽缸向外界傳遞10 J的熱量，氣體的內(nèi)能改變了多少？
答案 內(nèi)能增加了10 J 減少了10 J 沒改變
【知識梳理】
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．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)”)
【重難詮釋】
1．對公式ΔU＝Q＋W符號的規(guī)定
2.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)(或系統(tǒng)對外界)做的功．
(2)等容過程：W＝0，則ΔU＝Q，系統(tǒng)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：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)向外界放出的熱量(或系統(tǒng)從外界吸收的熱量等于系統(tǒng)對外界做的功)．
3．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.
【典例精析】
例1．如圖所示，內(nèi)壁光滑的絕熱汽缸固定在水平面上，其右端由于有擋板，厚度不計(jì)的絕熱活塞不能離開汽缸，汽缸內(nèi)封閉著一定質(zhì)量的理想氣體，活塞距汽缸右端的距離為0.2 m．現(xiàn)對封閉氣體加熱，活塞緩慢移動(dòng)，一段時(shí)間后停止加熱，此時(shí)封閉氣體的壓強(qiáng)變?yōu)?×105 Pa.已知活塞的橫截面積為0.04 m2，外部大氣壓強(qiáng)為1×105 Pa，加熱過程中封閉氣體吸收的熱量為2 000 J，則封閉氣體的內(nèi)能變化量為( )
A．400 J B．1 200 J
C．2 000 J D．2 800 J
【答案】B
【解析】由題意可知，氣體先等壓變化，到活塞運(yùn)動(dòng)到擋板處再發(fā)生等容變化，等壓變化過程氣體對外做功，做功為
W＝－p0Sx＝－1×105×0.04×0.2 J＝－800 J，
由熱力學(xué)第一定律可知，封閉氣體的內(nèi)能變化量為
ΔU＝W＋Q＝(－800＋2 000) J＝1 200 J，
故B正確．
知識點(diǎn)二 應(yīng)用熱力學(xué)第一定律解題的思路與步驟
【重難詮釋】
(1)首先應(yīng)明確研究對象是哪個(gè)物體或者是哪個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)。
(2)分別列出物體(或系統(tǒng))吸收或放出的熱量；外界對物體(或系統(tǒng))所做的功或物體(或系統(tǒng))對外所做的功。
(3)根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W列出方程進(jìn)行求解。
(4)特別注意的就是物理量的正負(fù)號及其物理意義。
【典例精析】
例2．一定質(zhì)量的氣體從外界吸收了4.2×105 J的熱量，同時(shí)氣體對外做了6×105 J的功，問：
(1)物體的內(nèi)能是增加還是減少？變化量是多少？
(2)分子勢能是增加還是減少？
(3)分子的平均動(dòng)能是增加還是減少？
【答案】(1)減少 1.8×105 J (2)增加 (3)減少
【解析】
(1)氣體從外界吸收的熱量為Q＝4.2×105 J
氣體對外做功W＝－6×105 J
由熱力學(xué)第一定律
ΔU＝W＋Q＝－6×105 J＋4.2×105 J＝－1.8×105 J
ΔU為負(fù)，說明氣體的內(nèi)能減少了
所以，氣體內(nèi)能減少了1.8×105 J；
(2)因?yàn)闅怏w對外做功，所以氣體的體積膨脹，分子間的距離增大了，分子力做負(fù)功，氣體分子勢能增加；
(3)因?yàn)闅怏w內(nèi)能減少，同時(shí)氣體分子勢能增加，所以氣體分子的平均動(dòng)能一定減少了。
例3． (多選)如圖，一開口向上的導(dǎo)熱汽缸內(nèi)，用活塞封閉了一定質(zhì)量的理想氣體，活塞與汽缸壁間無摩擦?，F(xiàn)用外力作用在活塞上，使其緩慢上升。環(huán)境溫度保持不變，大氣壓不變，系統(tǒng)始終處于平衡狀態(tài)。在活塞上升過程中________。
A．氣體體積逐漸增大，內(nèi)能增加
B．氣體壓強(qiáng)逐漸減小，內(nèi)能不變
C．氣體壓強(qiáng)逐漸增大，放出熱量
D．氣體對外界做功，吸收熱量
【答案】BD
【解析】活塞上升，體積逐漸增大，理想氣體的內(nèi)能與溫度相關(guān)聯(lián)，溫度保持不變，則內(nèi)能不變，故A錯(cuò)誤；根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程 eq \f(pV,T) ＝C可知，體積增大，溫度不變，故壓強(qiáng)減??；因?yàn)闇囟炔蛔儯瑑?nèi)能不變，體積增大，氣體對外界做功，根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q可知，系統(tǒng)吸熱，故B、D正確，C錯(cuò)誤。
例4．一定質(zhì)量的氣體在某一過程中，外界對氣體做了8×104 J的功，氣體的內(nèi)能減少了1.2×105 J，則下列各式正確的是( )
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
【答案】 B
【解析】
因?yàn)橥饨鐚怏w做功，W取正值，即W＝8×104 J；氣體內(nèi)能減少，ΔU取負(fù)值，即ΔU＝－1.2×105 J；根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q，可知Q＝ΔU－W＝－1.2×105 J－8×104 J＝－2×105 J，B選項(xiàng)正確．
針對訓(xùn)練
一、單選題
1．在熱力學(xué)第一定律的表達(dá)式ΔU=W+Q中,關(guān)于ΔU、W、Q各個(gè)物理量的正、負(fù),下列說法中正確的是( )
A．外界對物體做功時(shí)W為正,吸熱時(shí)Q為負(fù),內(nèi)能增加時(shí)ΔU為正
B．物體對外界做功時(shí)W為負(fù),吸熱時(shí)Q為正,內(nèi)能增加時(shí)ΔU為負(fù)
C．外界對物體做功時(shí)W為負(fù),吸熱時(shí)Q為負(fù),內(nèi)能增加時(shí)ΔU為負(fù)
D．物體對外界做功時(shí)W為負(fù),吸熱時(shí)Q為正,內(nèi)能增加時(shí)ΔU為正
【答案】D
【解析】在熱力學(xué)第一定律：△U=W+Q中，外界對物體做功時(shí)W為正的，物體對外界做功時(shí)W為負(fù)；物體吸熱時(shí)Q為正，放熱時(shí)Q為負(fù)的；內(nèi)能增加時(shí)U為正的，內(nèi)能減少時(shí)U為負(fù)的；故選D．
2．帶有活塞的汽缸內(nèi)封閉一定量的理想氣體。氣體開始處于狀態(tài)；然后經(jīng)過過程到達(dá)狀態(tài)或經(jīng)過過程到達(dá)狀態(tài)，、狀態(tài)溫度相同，如圖所示。設(shè)氣體在狀態(tài)和狀態(tài)的壓強(qiáng)分別為和，在過程和中吸收的熱量分別為和，則（ ）
A．，B．，
C．，D．，
【答案】B
【解析】根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程，整理可得
所以斜率越大，壓強(qiáng)越小，即點(diǎn)的壓強(qiáng)小于點(diǎn)；由熱力學(xué)第一定律，經(jīng)過過程到達(dá)狀態(tài)或經(jīng)過過程到達(dá)狀態(tài)，、狀態(tài)溫度相同，所以相等，又因經(jīng)過過程到達(dá)狀態(tài)，體積增大，對外做功，為負(fù)值，而經(jīng)過過程到達(dá)狀態(tài)，體積不變，對外不做功，為零，所以過程吸收的熱量多。
故選B。
3．如圖所示，帶有活塞的氣缸中封閉著一定質(zhì)量的氣體（不計(jì)氣體的分子勢能和重力勢能），已知?dú)飧缀突钊际墙^熱的，將一個(gè)熱敏電阻置于氣缸中，熱敏電阻與氣缸外的多用電表的歐姆擋連接，氣缸固定不動(dòng)，缸內(nèi)活塞可以自由移動(dòng)且不漏氣.今在活塞上端懸掛一桶沙，細(xì)沙從小桶下邊的小孔中緩慢流出，在此過程中（ ）
A．氣體的內(nèi)能減小
B．氣體分子的平均動(dòng)能不變
C．氣缸內(nèi)壁單位時(shí)間內(nèi)單位面積上受到的壓力增大
D．多用電表的指針逐漸向左偏轉(zhuǎn)
【答案】C
【解析】AB．細(xì)沙漏出后推動(dòng)活塞下移,對氣體做正功，由于絕熱，根據(jù)熱力學(xué)第一定律知，氣體內(nèi)能增大，溫度升高，分子平均動(dòng)能增大，故AB錯(cuò)誤；
C．體積減小，且平均動(dòng)能增大，所以氣缸內(nèi)壁單位時(shí)間內(nèi)單位面積上受到的壓力增大，故C正確；
D．溫度升高，熱敏電阻的阻值減小，歐姆表的指針逐漸向右偏轉(zhuǎn)，故D錯(cuò)誤。
故選C。
4．一定量的氣體在某一過程中，外界對氣體做了8×104J的功，氣體的內(nèi)能減少了1.2×105J，則下列各式中正確的是（ ）
A．W8×104J，J，
B．W＝8×104J，J，
C．W－8×104J，J，
D．W－8×104J，，
【答案】B
【解析】外界對氣體做了8×104J的功，則
氣體內(nèi)能減少了1.2×105J，則
由熱力學(xué)第一定律
可得
故B正確，ACD錯(cuò)誤。
故選B。
5．在圖所示的兩端開口的“U”形管中，盛有同種液體，并用管閂K將液體隔成左、右兩部分，左邊液面比右邊液面高。現(xiàn)打開管閂K，從打開管閂到兩邊液面第一次平齊的過程中，液體向外放熱為Q，內(nèi)能變化量為，動(dòng)能變化量為；大氣對液體做功為，重力做功為，液體克服阻力做功為，由功能關(guān)系可得：①②③④，其中，正確的是（ ）
A．①②③B．①②④C．②③D．①③
【答案】B
【解析】由動(dòng)能定理可知
其中
可知①②正確。
由熱力學(xué)第一定律
得
可知④正確，③錯(cuò)誤。
故B正確，ACD錯(cuò)誤。
故選B。
二、多選題
6．根據(jù)熱力學(xué)第一定律，下列說法正確的是（ ）
A．電冰箱的工作過程表明，熱量可以從低溫物體向高溫物體傳遞
B．空調(diào)機(jī)在制冷過程中，從室內(nèi)吸收的熱量少于向室外放出的熱量
C．科技的進(jìn)步可以使內(nèi)燃機(jī)成為單一熱源的熱機(jī)
D．對能源的過度消耗將使自然界的能量不斷減少，形成能源危機(jī)
【答案】AB
【解析】A．冰箱制冷的過程實(shí)質(zhì)上是利用氟利昂在冰箱內(nèi)汽化吸收大量的熱量，然后在冰箱外液化放出大量的熱量，使冰箱內(nèi)溫度降低，此過程表明，熱量可以從低溫物體向高溫物體傳遞，故A正確；
B．空調(diào)機(jī)在制冷過程中，把室內(nèi)的熱量向室外釋放，消耗電能，產(chǎn)生熱量，故從室內(nèi)吸收的熱量小于向室外放出的熱量，故B正確；
C．熱力學(xué)第二定律：不可能把熱從低溫物體傳到高溫物體而不產(chǎn)生其他影響；不可能從單一熱源取熱使之完全轉(zhuǎn)換為有用的功而不產(chǎn)生其他影響，科技的進(jìn)步不可能使內(nèi)燃機(jī)成為單一的熱源熱機(jī)，故C錯(cuò)誤；
D．自然界的總能量是守恒的，只是有的能源轉(zhuǎn)化成其他形式的能之后，不能再重新被利用，導(dǎo)致可利用能源越來越少，故而形成能源危機(jī)，故D錯(cuò)誤。
故選AB。
7．在一個(gè)絕熱汽缸里，若因氣體膨脹，活塞把重物逐漸舉高，則在這個(gè)過程中，汽缸中的氣體（可視為理想氣體）（ ）
A．溫度升高B．溫度降低
C．內(nèi)能增加D．內(nèi)能減少
【答案】BD
【解析】汽缸絕熱，封閉氣體膨脹對活塞做功，氣體的內(nèi)能減少。理想氣體的內(nèi)能只與氣體的溫度有關(guān)，可知?dú)怏w內(nèi)能減少，溫度降低。
故選BD。
8．如圖所示，某同學(xué)將空的薄金屬筒開口向下壓入水中。設(shè)水溫均勻且恒定，筒內(nèi)空氣無泄漏，不計(jì)氣體分子間相互作用，則被淹沒的金屬筒在緩慢下降過程中，筒內(nèi)空氣體積減小，下列說法中正確的是（ ）
A．從外界吸熱B．向外界放熱
C．分子勢能不變D．內(nèi)能減小
【答案】BC
【解析】水溫恒定，即空氣分子平均動(dòng)能不變；不計(jì)分子間相互作用，即分子勢能不變，由此可知空氣內(nèi)能不變。筒內(nèi)空氣體積減小，說明外界對空氣做功，根據(jù)熱力學(xué)第一定律知空氣放出熱量。
故選BC。
9．如圖所示，絕熱的容器內(nèi)密閉一定質(zhì)量的氣體（不考慮分子間的作用力），用電阻絲緩慢對其加熱時(shí)，絕熱活塞無摩擦地上升，下列說法正確的是（ ）
A．單位時(shí)間內(nèi)氣體分子對活塞碰撞的次數(shù)減少
B．電流對氣體做功，氣體對外做功，氣體內(nèi)能可能減少
C．電流對氣體做功，氣體對外做功，其內(nèi)能一定增加
D．電流對氣體做的功一定大于氣體對外做功
【答案】ACD
【解析】A．由氣體壓強(qiáng)的微觀解釋知溫度升高，分子熱運(yùn)動(dòng)加劇，氣體分子對活塞的沖擊力增大，而壓強(qiáng)不變，單位時(shí)間內(nèi)對活塞的沖擊力不變。因此單位時(shí)間內(nèi)對活塞的碰撞次數(shù)減少，A正確；
BCD．由題意知，氣體壓強(qiáng)不變，活塞上升，體積增大，氣體對外做功，由為恒量知，氣體溫度升高，內(nèi)能一定增加，由能量的轉(zhuǎn)化和守恒知，電流對氣體做功一定大于氣體對外做功，B錯(cuò)誤，CD正確。
故選ACD。
10．一定質(zhì)量的理想氣體的圖像如圖所示，從狀態(tài)a經(jīng)過程I緩慢變化到狀態(tài)b，再由狀態(tài)b經(jīng)過程Ⅱ緩慢變化到狀態(tài)a，表示兩個(gè)過程的圖線恰好圍成以為直徑的圓。以下判斷正確的是（ ）
A．過程I中氣體的溫度保持不變
B．過程Ⅱ中氣體的溫度先升高后降低
C．過程Ⅱ中氣體向外界釋放熱量
D．過程Ⅱ中氣體吸收的熱量大于過程I中氣體放出的熱量
【答案】BD
【解析】A B．由理想氣體狀態(tài)方程
可知，a、b兩狀態(tài)的溫度相同，過程I中，從a到圓上最低點(diǎn)過程中，壓強(qiáng)減小，體積減小，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程可知，溫度降低，則過程I中氣體的溫度先降低后升高，同理可知，過程Ⅱ中氣體溫度先升高后降低，故A錯(cuò)誤B正確；
C．過程Ⅱ中氣體的體積變大，氣體對外界做功，即
且內(nèi)能不變，根據(jù)熱力學(xué)第一定律
則
所以氣體吸熱，故C錯(cuò)誤；
D．在圖像中，圖線與橫坐標(biāo)軸圍成的“面積”對應(yīng)功，過程Ⅱ氣體對外界做的功大于過程I外界對氣體做的功，所以過程Ⅱ中氣體吸收的熱量大于過程I中氣體放出的熱量，故D正確。
故選BD。
11．一定質(zhì)量的理想氣體，從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B，再變化到狀態(tài)C，其狀態(tài)變化過程的圖像如圖所示。已知狀態(tài)A時(shí)的溫度為，熱力學(xué)溫度與攝氏溫度間的關(guān)系為，則下列判斷正確的是（ ）
A．氣體處于狀態(tài)B時(shí)的溫度是900K
B．氣體處于狀態(tài)C時(shí)的溫度是300K
C．從狀態(tài)A變化到狀態(tài)C過程理想氣體內(nèi)能增大
D．從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B過程理想氣體放熱
【答案】AB
【解析】A．由圖示困像可知，過程為等壓變化，有
已知
代入數(shù)據(jù)解得
選項(xiàng)A正確；
B．過程為等容變化，有
代入數(shù)據(jù)解得
選項(xiàng)B正確；
C．過程，，，所以A、C兩狀態(tài)溫度相同，內(nèi)能相同，則內(nèi)能變化，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；
D．從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B過程，理想氣體溫度升高內(nèi)能增大，體積變大，氣體對外做功，由熱力學(xué)第一定律
得，一定要吸熱，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。
故選AB。
三、解答題
12．如圖，一豎直放置的汽缸上端開口，汽缸壁內(nèi)有卡口a和b，a、b間距為h，a距缸底的高度為H；活塞只能在a、b間移動(dòng)，其下方密封有一定質(zhì)量的理想氣體。已知活塞質(zhì)量為m，面積為S，厚度可忽略；活塞和汽缸壁均絕熱，不計(jì)它們之間的摩擦。開始時(shí)活塞處于靜止?fàn)顟B(tài)，上、下方氣體壓強(qiáng)均為p0，溫度均為T0?，F(xiàn)用電熱絲緩慢加熱汽缸中的氣體，直至活塞剛好到達(dá)b處。求此時(shí)汽缸內(nèi)氣體的溫度以及在此過程中氣體對外所做的功。（重力加速度大小為g）
【答案】，（p0S＋mg）h
【解析】開始時(shí)活塞位于a處，加熱后，汽缸中的氣體先經(jīng)歷等容過程，直至活塞開始運(yùn)動(dòng)。設(shè)此時(shí)汽缸中氣體的溫度為T1，壓強(qiáng)為p1，根據(jù)查理定律有
根據(jù)力的平衡條件有
p1S＝p0S＋mg
聯(lián)立可得
此后，汽缸中的氣體經(jīng)歷等壓過程，直至活塞剛好到達(dá)b處，設(shè)此時(shí)汽缸中氣體的溫度為T2；活塞位于a處和b處時(shí)氣體的體積分別為V1和V2。根據(jù)蓋—呂薩克定律有
式中
V1＝SH
V2＝S（H＋h）
聯(lián)立③④⑤⑥式解得
從開始加熱到活塞到達(dá)b處的過程中，汽缸中的氣體對外做的功為
13．若將氣泡內(nèi)的氣體視為理想氣體，氣泡從湖底緩慢上升到湖面的過程中，對外界做了0.6J的功，（設(shè)湖水的溫度相等且保持不變）
(1)氣泡上升過程中吸收的熱量是多少？
(2)氣泡到達(dá)湖面后，由于太陽的照射，在溫度上升的過程中又對外界做了0.1J的功，同時(shí)吸收了0.3J的熱量，則此過程中，氣泡內(nèi)氣體內(nèi)能增加了多少？
【答案】(1)0.6J；(2)0.2J
【解析】(1)氣體溫度不變，內(nèi)能不變，由熱力學(xué)第一定律ΔU=Q＋W，則
Q=ΔU-W=0-(-0.6J)=0.6J
(2)由熱力學(xué)第一定律得
ΔU=Q＋W=0.3J＋(-0.1J)=0.2J
內(nèi)能增加0.2J。
14．如圖a，一臺四沖程內(nèi)燃機(jī)，活塞在壓縮沖程某段時(shí)間內(nèi)移動(dòng)的距離為0.1m，這段過程活塞對氣體的壓力逐漸增大，其做的功相當(dāng)于N的恒力使活塞移動(dòng)相同距離所做的功（圖b甲）。內(nèi)燃機(jī)工作時(shí)汽缸溫度高于環(huán)境溫度，該過程中壓縮氣體傳遞給汽缸的熱量為25J。
(1)求上述壓縮過程中氣體內(nèi)能的變化量；
(2)燃燒后的高壓氣體對活塞做功，氣體推動(dòng)活塞移動(dòng)0.1m，其做的功相當(dāng)于N的恒力使活塞移動(dòng)相同距離所做的功（圖b乙），該做功過程氣體傳遞給汽缸的熱量為30J，求此做功過程氣體內(nèi)能的變化量。
【答案】(1)175J；(2)變化量為-930J
【解析】(1)壓縮過程活塞對氣體做的功
氣體內(nèi)能的變化量
(2)氣體膨脹過程中氣體對外界所做的功
氣體內(nèi)能的變化量
汽缸內(nèi)氣體在壓縮過程中內(nèi)能增加了175J，在膨脹做功過程中氣體內(nèi)能減少了930J。
15．一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A經(jīng)狀態(tài)B變化到狀態(tài)C，其圖象如圖所示，求該過程中氣體吸收的熱量Q。
【答案】
【解析】根據(jù)圖像可知狀態(tài)A和狀態(tài)C溫度相同，內(nèi)能相同；故從A經(jīng)B到C過程中氣體吸收的熱量等于氣體對外所做的功。根據(jù)圖像可知狀態(tài)A到狀態(tài)B為等壓過程，氣體對外做功為
狀態(tài)B到狀態(tài)C為等容變化，氣體不做功；故A經(jīng)B到C過程中氣體吸收的熱量為
物理觀念
掌握熱力學(xué)第一定律及其表達(dá)式。
科學(xué)思維
學(xué)會(huì)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。
科學(xué)探究
理解熱力學(xué)第一定律，并會(huì)運(yùn)用于分析和計(jì)算.
科學(xué)態(tài)度與責(zé)任
通過熱力學(xué)第一定律知識應(yīng)用的實(shí)例，感受物理中科學(xué)技術(shù)與社會(huì)的緊密聯(lián)系，體會(huì)科學(xué)知識的應(yīng)用價(jià)值，進(jìn)一步增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力和科學(xué)意識。
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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