2022年高中物理同步講義(選修性必修3)第11講-熱力學(xué)第一定律(原卷版)

第11講熱力學(xué)第一定律目標(biāo)導(dǎo)航目標(biāo)導(dǎo)航課程標(biāo)準(zhǔn)課標(biāo)解讀知道熱力學(xué)第一定律理解熱力學(xué)第一定律，并會(huì)運(yùn)用于分析和計(jì)算知識(shí)精講知識(shí)精講知識(shí)點(diǎn)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(duì)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(duì)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(duì)系統(tǒng)做功時(shí)，W取正值；系統(tǒng)對(duì)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(duì)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)”)?！局R(shí)拓展】1．對(duì)公式ΔU＝Q＋W符號(hào)的規(guī)定符號(hào)WQΔU＋體積減小，外界對(duì)熱力學(xué)系統(tǒng)做功熱力學(xué)系統(tǒng)吸收熱量?jī)?nèi)能增加－體積增大，熱力學(xué)系統(tǒng)對(duì)外界做功熱力學(xué)系統(tǒng)放出熱量?jī)?nèi)能減少2.氣體狀態(tài)變化的幾種特殊情況(1)絕熱過(guò)程：Q＝0，則ΔU＝W，系統(tǒng)內(nèi)能的增加(或減少)量等于外界對(duì)系統(tǒng)(或物體對(duì)外界)做的功；(2)等容過(guò)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(guò)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(duì)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(duì)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(duì)外界做功，W<0；②若氣體體積減小，表明外界對(duì)氣體做功，W>0。4．應(yīng)用熱力學(xué)第一定律解題的一般步驟：(1)根據(jù)符號(hào)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(lái)確定吸放熱情況、做功情況或內(nèi)能變化情況?！炯磳W(xué)即練1】如圖所示，絕熱容器中間用隔板隔開(kāi)，左側(cè)裝有理想氣體，右側(cè)為真空?，F(xiàn)將隔板抽掉，使左側(cè)理想氣體自由膨脹直至達(dá)到平衡，已知?dú)怏w自由膨脹過(guò)程中不對(duì)外界做功，則在此過(guò)程中（）A．氣體溫度降低，內(nèi)能減少 B．氣體溫度不變，內(nèi)能不變C．氣體溫度升高，內(nèi)能增加 D．氣體內(nèi)能一定不變，但溫度可能改變【即學(xué)即練2】對(duì)于分子動(dòng)理論和物體內(nèi)能的理解，下列說(shuō)法正確的是（）A．溫度高的物體內(nèi)能一定大，分子平均動(dòng)能一定大B．外界對(duì)物體做功，物體內(nèi)能一定增加C．溫度越高，布朗運(yùn)動(dòng)越顯著D．當(dāng)分子間的距離增大時(shí)，分子間作用力就一直減小能力拓展能力拓展考法熱力學(xué)第一定律【典例1】一定質(zhì)理的理想氣體變化圖像如圖所示，氣體從1→2→3的過(guò)程對(duì)外做的功為，從外界吸收的熱量為，氣體內(nèi)能的變化量為；氣體從1→4→3的過(guò)程對(duì)外做的功為，從外界吸收的熱量為，氣體內(nèi)能的變化量為，則它們之間的關(guān)系正確的是（）A．，， B．，，C．，， D．，，分層提分分層提分題組A基礎(chǔ)過(guò)關(guān)練1．恒溫的水池中，有一氣泡緩慢上升，在此過(guò)程中，氣泡的體積會(huì)逐漸增大，不考慮氣泡內(nèi)氣體分子勢(shì)能的變化，下列說(shuō)法中正確的是（）A．氣泡內(nèi)的氣體對(duì)外界做功B．氣泡內(nèi)的氣體內(nèi)能增加C．氣泡內(nèi)的氣體與外界沒(méi)有熱傳遞D．氣泡內(nèi)氣體分子的平均動(dòng)能減小2．下列關(guān)于能量轉(zhuǎn)化的現(xiàn)象的說(shuō)法中，正確的是（）A．用太陽(yáng)灶燒水是太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能B．電燈發(fā)光是電能轉(zhuǎn)化為光能C．核電站發(fā)電是電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能D．生石灰放入盛有涼水的燒杯里，水溫升高是動(dòng)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能3．下列關(guān)于分子運(yùn)動(dòng)和熱現(xiàn)象的說(shuō)法正確的是（）A．氣體如果失去了容器的約束就會(huì)散開(kāi)，這是因?yàn)闅怏w分子之間存在斥力的緣故B．一定質(zhì)量100℃的水變成100℃的水蒸氣，其分子之間的勢(shì)能增加C．對(duì)于一定量的氣體，如果壓強(qiáng)不變，體積增大，那么它一定向外界放熱D．如果氣體分子總數(shù)不變，而氣體溫度升高，氣體分子的平均動(dòng)能增大，因此壓強(qiáng)必然增大4．如圖所示，固定容器及可動(dòng)活塞P都是絕熱的，中間有一導(dǎo)熱的固定隔板B，B的兩邊分別盛有氣體甲和乙。現(xiàn)將活塞P緩慢地向B移動(dòng)一段距離，則在移動(dòng)P的過(guò)程中（）A．外力對(duì)乙做功，甲的內(nèi)能不變B．外力對(duì)乙做功，乙的內(nèi)能不變C．乙傳遞熱量給甲，乙的內(nèi)能增加D．乙的內(nèi)能增加，甲的內(nèi)能不變5．一定質(zhì)量的的冰熔為的水時(shí)，其分子的動(dòng)能之和Ek和分子的勢(shì)能之和Ep的變化情況是（）A．Ek變大，Ep變小 B．Ek變小，Ep變大C．Ek不變，Ep變大 D．Ek不變，Ep變小6．如圖所示，絕熱容器中間用隔板隔開(kāi)，左側(cè)裝有氣體，右側(cè)為真空?，F(xiàn)將隔板抽掉，使左側(cè)氣體自由膨脹直至達(dá)到平衡，則在此過(guò)程中（）

A．氣體不做功，溫度不變，內(nèi)能不變 B．氣體不做功，溫度不變，內(nèi)能減少C．氣體對(duì)外界做功，溫度降低，內(nèi)能減少 D．氣體對(duì)外界做功，溫度不變，內(nèi)能減少7．下列關(guān)于內(nèi)能的說(shuō)法中，正確的是（）A．不同的物體，若溫度相等，則內(nèi)能也相等B．物體速度增大，則分子動(dòng)能增大，內(nèi)能也增大C．對(duì)物體做功或向物體傳熱，都可能改變物體的內(nèi)能D．冰熔解成水，溫度不變，則內(nèi)能也不變8．1912年,英國(guó)物理學(xué)家威爾遜發(fā)明了觀察帶電粒子運(yùn)動(dòng)徑跡的云室,結(jié)構(gòu)如圖所示,在圓筒容器中加入少量酒精,使云室內(nèi)充滿酒精飽和蒸汽,迅速向下拉動(dòng)活塞,下說(shuō)法正確的是（）A．室內(nèi)氣體溫度降低,酒精飽和蒸汽壓降低B．室內(nèi)氣體溫度升高,酒精飽和蒸汽壓降低C．室內(nèi)氣體溫度降低,酒精飽和蒸汽壓升高D．室內(nèi)氣體溫度升高,酒精飽和蒸汽壓升高9．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(shuō)法中正確的是()A．外界對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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10．下列說(shuō)法正確的是（）A．氣體的體積是所有氣體分子的體積之和B．氣體的體積很難被壓縮，這是分子間存在斥力的宏觀表現(xiàn)C．物體的內(nèi)能就是組成該物體的所有分子熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)能的總和D．1g0oC水的內(nèi)能比1g0oC冰的內(nèi)能大題組B能力提升練1．關(guān)于物體的內(nèi)能，下列說(shuō)法正確的是（）A．水分子的內(nèi)能比冰分子的內(nèi)能大B．物體所處的位置越高分子勢(shì)能越大C．一定質(zhì)量的0℃的水結(jié)成的0℃冰，內(nèi)能一定減少D．相同質(zhì)量的兩個(gè)同種物體，運(yùn)動(dòng)物體的內(nèi)能一定大于靜止物體的內(nèi)能2．回?zé)崾街评錂C(jī)是一種深低溫設(shè)備，制冷極限約50K，某臺(tái)設(shè)備工作時(shí)，一定量的氦氣（可視為理想氣體）緩慢經(jīng)歷如圖所示的四個(gè)過(guò)程：從狀態(tài)A到B和C到D是等溫過(guò)程；從狀態(tài)B到C和D到A是等容過(guò)程，體積分別為V0和5V0。下列說(shuō)法正確的是（）A．圖中t1<t2 B．壓強(qiáng)pD=5pCC．B到C過(guò)程外界對(duì)氦氣做正功 D．整個(gè)循環(huán)過(guò)程A-B-C-D-A氦氣系統(tǒng)要放熱3．如圖所示是架在屋頂?shù)奶?yáng)能熱水器。已知單位時(shí)間內(nèi)太陽(yáng)垂直射到地面附近單位面積的能量E0為7×103J/（m2·s）。一臺(tái)熱水器的聚熱面積為2m2，若每天相當(dāng)于太陽(yáng)直射熱水器4h，太陽(yáng)能的20%可轉(zhuǎn)化為水的內(nèi)能，下列分析正確的是（）A．太陽(yáng)垂直射到地面附近的單位面積的熱輻射功率為7×103WB．這臺(tái)熱水器單位時(shí)間聚集的太陽(yáng)能最多為7×103JC．這臺(tái)熱水器一天內(nèi)最多能利用的太陽(yáng)能為5.6×104JD．這臺(tái)熱水器全年內(nèi)最多轉(zhuǎn)化的水的內(nèi)能約為1.4×1010J4．對(duì)一定質(zhì)量的理想氣體，下列說(shuō)法正確的是（）A．該氣體在體積緩慢增大的過(guò)程中，溫度可能不變B．該氣體在壓強(qiáng)增大的過(guò)程中，一定吸熱C．如果該氣體與外界沒(méi)有發(fā)生熱量交換，則其分子的平均動(dòng)能一定不變D．該氣體經(jīng)等溫壓縮后，其壓強(qiáng)一定增大，且此過(guò)程一定吸收熱量5．一定量的氣體在某一過(guò)程中，外界對(duì)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，，6．某汽車的四沖程內(nèi)燃機(jī)利用奧托循環(huán)進(jìn)行工作，該循環(huán)可視為由a→b和c→d兩個(gè)絕熱過(guò)程和兩個(gè)等容過(guò)程組成如圖所示為一定質(zhì)量的理想氣體所經(jīng)歷的奧托循環(huán)，則該氣體（）A．在d→a的過(guò)程中，氣體溫度升高B．在a→b過(guò)程外界對(duì)氣體做的功大于在c→d過(guò)程氣體對(duì)外界做的功C．在a→b的過(guò)程中，由于該過(guò)程絕熱，故外界對(duì)其做的功全部用于增加內(nèi)能D．在b→c的過(guò)程中，氣體溫度不變7．為適應(yīng)太空環(huán)境，去太空?qǐng)?zhí)行任務(wù)的航天員都要穿上航天服，航天服有一套生命保障系統(tǒng)，為航天員提供合適的溫度、氧氣和氣壓，讓航天員在太空中如在地面上一樣，假如在地面上航天服內(nèi)氣壓為1atm，氣體體積為2L，到達(dá)太空后由于外部氣壓低，航天服急劇膨脹，內(nèi)部氣體體積變?yōu)?L，使航天服達(dá)到最大體積，假設(shè)航天服內(nèi)氣體可視為理想氣體且溫度不變，將航天服視為封閉系統(tǒng)（）A．由地面到太空過(guò)程中航天服內(nèi)氣體分子平均動(dòng)能減小B．由地面到太空過(guò)程中航天服內(nèi)氣體的分子數(shù)密度不變C．由地面到太空過(guò)程中航天服內(nèi)氣體放熱D．若開(kāi)啟航天服生命保障系統(tǒng)向航天服內(nèi)充氣，使航天服內(nèi)的氣壓緩慢達(dá)到0.9atm，則需補(bǔ)充1atm的等溫氣體1.6L8．有一種在超市中常見(jiàn)的“強(qiáng)力吸盤掛鉤”如圖甲所示。圖乙、圖丙是其工作原理示意圖。使用時(shí)，按住鎖扣把吸盤緊壓在墻上（如圖乙），然后把鎖扣扳下（如圖丙），讓鎖扣以盤蓋為依托把吸盤向外拉出，使吸盤牢牢地被固定在墻壁上，若吸盤內(nèi)氣體可視為理想氣體，且溫度始終保持不變。則此過(guò)程中（）A．吸盤內(nèi)氣體要吸收熱量 B．吸盤內(nèi)氣體分子的密度增大C．吸盤被向外拉出過(guò)程中，吸盤內(nèi)氣體不對(duì)外界做功 D．吸盤內(nèi)氣體壓強(qiáng)增大9．一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A經(jīng)過(guò)狀態(tài)B變化到狀態(tài)C，其V–T圖像如圖所示。下列說(shuō)法正確的有（）A．A→B的過(guò)程中，氣體對(duì)外界做功 B．A→B的過(guò)程中，氣體吸收熱量C．B→C的過(guò)程中，氣體壓強(qiáng)不變 D．A→B→C的過(guò)程中，氣體內(nèi)能增加10．如圖所示，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A開(kāi)始，經(jīng)歷兩個(gè)過(guò)程，先后到達(dá)狀態(tài)B和C。有關(guān)A、B和C三個(gè)狀態(tài)溫度TA、TB和TC的關(guān)系，正確的是（）A．TA＜TB，從狀態(tài)A到狀態(tài)B的過(guò)程中，氣體的內(nèi)能不變B．TA＞TB，從狀態(tài)A到狀態(tài)B的過(guò)程中，氣體的內(nèi)能減少C．TB＜TC，從狀態(tài)B到狀態(tài)C的過(guò)程中，氣體的內(nèi)能增加D．TB＞TC，從狀態(tài)B到狀態(tài)C的過(guò)程中，氣體的內(nèi)能減少題組C培優(yōu)拔尖練1．如圖所示為一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a開(kāi)始，經(jīng)歷、、三個(gè)過(guò)程回到原狀態(tài)，其體積V隨攝氏溫度t變化關(guān)系如圖所示，已知該氣體所含的分子總數(shù)為N，、、分別表示狀態(tài)a、b、c的壓強(qiáng)。下列判斷正確的是（）A．狀態(tài)a、b的壓強(qiáng)大小滿足B．狀態(tài)c時(shí)氣體分子的體積為C．b到c過(guò)程中氣體放出熱量D．c到a過(guò)程中單位時(shí)間內(nèi)單位器壁受到分子撞擊的次數(shù)逐漸減少2．帶有活塞的氣缸內(nèi)封閉一定量的理想氣體，其狀態(tài)變化如圖所示。氣體開(kāi)始處于狀態(tài)A，由過(guò)程到達(dá)狀態(tài)B，其內(nèi)能減小了E，后又經(jīng)過(guò)程到達(dá)狀態(tài)C。設(shè)氣體在狀態(tài)A時(shí)的壓強(qiáng)、體積和溫度分別為、和。在狀態(tài)B時(shí)的體積為，狀態(tài)C時(shí)的溫度為。則下列說(shuō)法正確的是（）A．氣體在狀態(tài)B時(shí)的溫度B．氣體在狀態(tài)B時(shí)的溫度C．過(guò)程中，氣體放出的熱量D．過(guò)程中，氣體放出的熱量3．如圖所示，一定質(zhì)量的理想氣體，由狀態(tài)A沿直線AB過(guò)程變化到狀態(tài)B，再由B沿直線BC過(guò)程變化到狀態(tài)C，然后由C沿直線CA過(guò)程變化到狀態(tài)A，在此循環(huán)過(guò)程中，下列說(shuō)法正確的是（）A．在AB過(guò)程中，氣體分子的平均速率不變B．在AB過(guò)程中，氣體對(duì)外做的功大于氣體吸收的熱量C．在BC過(guò)程中，氣體的內(nèi)能減小D．經(jīng)過(guò)ABCA一個(gè)循環(huán)過(guò)程，氣體對(duì)外做的功等于從外界吸收的熱量4．下列關(guān)于分子運(yùn)動(dòng)和熱現(xiàn)象的說(shuō)法正確的是（）A．一定量100℃的水變成100℃的水蒸汽，其內(nèi)能增大。B．一定質(zhì)量的氣體溫度升高，單位時(shí)間內(nèi)撞擊容器壁單位面積上的分子數(shù)一定增多C．某氣體的摩爾質(zhì)量是M，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的摩爾體積為V，阿伏伽德羅常數(shù)為NA，則每個(gè)氣體分子在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積為D．一定質(zhì)量的理想氣體，如果壓強(qiáng)不變，體積增大，那么它一定從外界吸熱5．如圖所示，絕熱隔板把絕熱的汽缸分成體積相等的兩部分，與汽缸壁的接觸是光滑的，兩部分中分別盛有相同質(zhì)量、相同溫度的同種理想氣體和?，F(xiàn)通過(guò)電熱絲對(duì)氣體加熱一段時(shí)間后，、各自達(dá)到新的平衡，下列說(shuō)法正確的是（）A．的溫度升高B．的體積增大，壓強(qiáng)變小C．加熱后的分子熱運(yùn)動(dòng)比的分子熱運(yùn)動(dòng)更激烈D．的體積減小，壓強(qiáng)增大6．一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)開(kāi)始，經(jīng)、、三個(gè)過(guò)程后回到初始狀態(tài)，其圖像如圖所示。已知、、，下列說(shuō)法正確的是（）A．氣體在過(guò)程中壓強(qiáng)增大B．氣體在過(guò)程中從外界吸收的熱量等于增加的內(nèi)能C．氣體在過(guò)程中外界對(duì)氣體做的功等于氣體向外界放出的熱量D．氣體在過(guò)程中內(nèi)能的減少量大于過(guò)程中內(nèi)能的增加量7．下列說(shuō)法正確的是（）A．足球充足氣后很難壓縮，是因?yàn)樽闱騼?nèi)氣體分子間斥力作用的結(jié)果B．一定質(zhì)量的理想氣體經(jīng)過(guò)等容過(guò)程，吸收熱量，其內(nèi)能一定增加C．氣體分子單位時(shí)間內(nèi)與單位面積器壁碰撞的次數(shù)，與單位體積內(nèi)氣體的分子數(shù)和氣體溫度有關(guān)D．在“用油膜法估測(cè)分子的大小”的實(shí)驗(yàn)中，將油酸酒精溶液的體積直接作為油酸的體積進(jìn)行計(jì)算，會(huì)使分子直徑計(jì)算結(jié)果偏大8．夏天，小明同學(xué)把自行車輪胎上的氣門芯拔出的時(shí)候，會(huì)覺(jué)得從輪胎里噴出的氣體涼，如果把輪胎里的氣體視為理想氣體，則關(guān)于氣體噴出的過(guò)程，下列說(shuō)法正確的是（）A．氣體的內(nèi)能不變B．氣體來(lái)不及與外界發(fā)生熱交換，對(duì)外做功，溫度降低C．氣體膨脹時(shí)，熱量散得太快，使氣體溫度降低了D．氣體分子的平均動(dòng)能減小9．如圖是某種噴霧器示意圖，在貯液筒內(nèi)裝入一些藥液后將密封蓋蓋好。多次拉壓活塞充氣，然后打開(kāi)噴嘴開(kāi)關(guān)，活塞位置不再改變，藥液可以持續(xù)地噴出，貯液筒內(nèi)的空氣可視為理想氣體，設(shè)充氣和噴液過(guò)程筒內(nèi)的空氣溫度可視為不變，下列說(shuō)法正確的是（）A．充氣過(guò)程中，貯液筒內(nèi)的氣體內(nèi)能增大B．充氣過(guò)程中，貯液筒內(nèi)的氣體壓強(qiáng)增大，體積也變大C．噴液過(guò)程中，貯液筒內(nèi)的氣體壓強(qiáng)減小，氣體內(nèi)能減小D．噴液過(guò)程中，貯液筒內(nèi)的氣體吸收熱量全部用來(lái)對(duì)外做功10．景頗族的祖先發(fā)明的點(diǎn)火器如圖所示，用牛角做套筒，木制推桿前端粘著艾絨。猛推推桿，艾絨即可點(diǎn)燃。對(duì)筒內(nèi)封閉的氣體，在此壓縮過(guò)程中（）A．氣