資源簡介

3.2熱力學第一定律學案
一學科核心素養
物理觀念∶知道熱力學第一定律及其符號法則，能從熱力學學的視角正確描述和解釋生活中的熱現象，能靈活應用熱力學第一定律解決實際問題。
科學思維∶理解熱力學第一定律的公式，并能在新的生活情境中對問題進行分析和推理。
科學探究：通過熱力學第一定律的應用，養成與他人合作探究的習慣，體驗科學家探究規律的艱辛與執著。
科學態度與責任∶從焦耳的實驗到熱力學第一定律，認識到我們應該具有實事求是的態度，認識到物理學是人類認識自然的方式之一。
二學習重難點
重點：熱力學第一定律的公式及其符號法則。
難點：熱力學第一定律和實際應用。
三課前預習
1．（1）在高原地區燒水需要使用高壓鍋，水燒開后，鍋內水面上方充滿飽和汽，停止加熱，高壓鍋在密封狀態下緩慢冷卻，在冷卻過程中，鍋內水蒸氣的變化情況為______。
A．壓強變小 B．壓強不變
C．一直是飽和汽 D．變為未飽和汽
（2）如圖甲所示，在斯特林循環的p－V圖象中，一定質量理想氣體從狀態A依次經過狀態B、C和D后再回到狀態A，整個過程由兩個等溫和兩個等容過程組成。B→C的過程中，單位體積中的氣體分子數目______（選填“增大”“減小”或“不變”），狀態A和狀態D的氣體分子熱運動速率的統計分布圖象如圖乙所示，則狀態A對應的是______（選填“①”或“②”）。
（3）如圖甲所示，在A→B和D→A的過程中，氣體放出的熱量分別為4 J和20 J，在B→C和C→D的過程中，氣體吸收的熱量分別為20 J和12 J。求氣體完成一次循環對外界所做的功______。
2．兩個完全相同的銅瓶，鋼瓶甲裝有3L的液體和1L、6個標準大氣壓的高壓氣體，鋼瓶乙內有1個標準大氣壓的4L氣體，兩鋼瓶中的氣體均視為理想氣體。
①密封在鋼瓶乙中的氣體，假設體積不變，若其溫度升高，則氣體分子對器壁單位面積上的平均作用力______（填“變大”“變小”或“不變”）；
②若鋼瓶乙中的氣體分別經歷等壓過程和等容過程，溫度均由升高到，則等壓過程中吸收的熱量______（填“大于”“小于”或“等于”）等容過程中吸收的熱量；
③現將鋼瓶甲倒置后按如圖所示連接，將甲瓶內液體緩慢壓裝到乙瓶中（不計連接管道的長度和體積以及液體產生的壓強），在壓裝過程中隨著甲瓶內液體減少，甲瓶內部氣體壓強______（填“變大”“變小”或“不變”）。
3．如圖甲所示，光滑水平面上固定一絕熱氣缸，氣缸用可控閥門隔成兩部分，閥門左側封閉著某種實際氣體，若實際氣體分子之間的作用力表現為引力，閥門右側是真空，則閥門打開，穩定后實際氣體分子的總動能______（填“增大”“減小”或“不變”）；圖乙所示是一定質量的理想氣體的體積V和攝氏溫度t的變化關系的圖，理想氣體由A變化到B的過程中氣體的壓強______（填“增大”“減小”或“不變”）。
4．如圖所示，一臺四沖程內燃機，活塞在壓縮沖程某段時間內移動的距離為0.1m，這段過程活塞對氣體的壓力逐漸增大，其做的功相當于的恒力使活塞移動相同距離所做的功，內燃機工作時汽缸溫度高于環境溫度，該過程中壓縮氣體傳遞給汽缸的熱量為25J，則壓縮沖程氣體內能的變化量為______J。做功沖程，燃燒后的高壓氣體對活塞做功，氣體推動活塞移動0.1m，其做的功相當于的恒力使活塞移動相同距離所做的功，若做功沖程氣體內能減少量為930J，則該做功過程氣體傳遞給汽缸的熱量為______J。
5．若只對一定質量的理想氣體做1 500 J的功，可使其溫度升高5 K。若改成只用熱傳遞的方式，使氣體溫度同樣升高5 K，那么氣體吸收___________ J的熱量。如果對該氣體做了2 000 J的功，使其溫度升高了5 K，表明在該過程中，氣體還___________（選填“吸收”或“放出”）熱量___________J。
6．如圖所示，一定量的理想氣體由狀態A經過過程①到達狀態B，再由狀態B經過過程②到達狀態C，其中過程①圖線與橫軸平行，過程②圖線與縱軸平行。則從狀態A到狀態B的過程，氣體________（選填“吸收”或“放出”）熱量，氣體分子熱運動的平均動能________（選填“增大”“不變”或“減小”）；從狀態B到狀態C的過程，氣體________（選填“吸收”或“放出”）熱量。
7．上海新冠疫情期間，全國各地緊急馳援，某地用卡車裝運的物資長途跋涉到達上海。若由于遠距離行駛，卡車車胎內的氣體（視為理想氣體）的溫度升高，不考慮車胎體積的變化，則與出發前相比，車胎內的氣體的壓強_______（填“增大”、“減小”或“不變”）；車胎內的氣體分子在單位時間內對車胎內壁單位面積的碰撞次數______（填“增大”、“減小”或“不變”）；卡車行駛過程中車胎內的氣體______（填“從外界吸收熱量”或“向外界放出熱量”）。
四自我檢測
1．一定質量的理想氣體，狀態變化依次經歷從a→b，再從b→c的過程，其壓強和體積的關系如圖所示，根據p 圖像，下列說法正確的是（　　）
A．a→b過程，氣體溫度升高，放熱
B．a→b過程，氣體溫度降低，放熱
C．b→c過程，氣體溫度不變，放熱
D．b→c過程，氣體溫度不變，吸熱
2．下列說法正確的是（　　）
A．若A、B兩物體接觸但沒有熱傳遞，則兩物體所包含的熱量相等
B．做功和熱傳遞的共同點是都能使系統內能改變
C．一物體先后經幾個不同的物理過程，其溫度均從t1升高到t2.則在這些過程中物體一定從外界吸收相同的熱量
D．高溫物體內能多，低溫物體內能少
3．景頗族的祖先發明的點火器如圖所示，用牛角做套筒，木制推桿前端黏著艾絨。猛推推桿，艾絨即可點燃。對筒內封閉的氣體，在此壓縮過程中（　　）。
A．氣體溫度升高，壓強不變
B．外界對氣體做正功，氣體內能增加
C．外界對氣體做正功，氣體內能減少
D．艾絨燃燒，放出熱量，氣體內能減少
4．關于氣體的內能，下列說法正確的是（　　）
A．氣體被壓縮時，內能一定發生變化
B．質量和溫度都相同的氣體，內能一定相同
C．一定量的某種理想氣體的內能只與溫度有關
D．氣體溫度不變，整體運動速度越大，其內能越大
5．如圖，一絕熱容器被隔板K隔開成a、b兩部分。已知a內有一定量的稀薄氣體，b內為真空。抽開隔板K后，a內氣體進入b，最終達到平衡狀態。在此過程中（　　）
A．氣體對外界做功，內能減少
B．氣體不做功，內能不變
C．氣體壓強變小，溫度降低
D．外界對氣體做功，內能增加
6．關于內能，下列說法中正確的是（　　）
A．物體溫度升高，其每個分子的動能都增大
B．相同質量的0℃水的分子勢能比0℃冰的分子勢能大
C．物體吸收熱量后，內能一定增加
D．物體溫度不變，其內能一定不變
7．維修時師傅將汽車輪胎的氣門芯迅速拔掉，胎內氣體瞬間放出，此時若用手觸摸充氣嘴，會有涼爽的感覺。將胎內氣體視為理想氣體，對于這一過程，下列說法正確的是（ ）
A．胎內氣體瞬間放出是因為分子之間有很大的斥力
B．胎內氣體分子間的引力變小，斥力變大
C．胎內氣體的內能減少，溫度降低
D．胎內氣體迅速向外擴散實際上是布朗運動
8．封閉在氣缸內一定質量的理想氣體由狀態A變到狀態D，其體積V與熱力學溫度T的關系如圖所示，O、A、D三點在同一直線上，則（　　）
A．由狀態B變到狀態C過程中，氣體對外放熱，內能不變
B．氣體在D狀態和在A狀態時的單位時間內與單位面積器壁碰撞的分子數相等
C．C狀態時氣體的壓強小于D狀態時氣體的壓強
D．在D狀態與A狀態時相等時間內氣體分子對單位面積器壁的沖量相等
9．如圖所示，一定質量的理想氣體從狀態a開始，經歷過程①、②、③到達狀態d。對此氣體，下列說法正確的是（　　）
A．過程①中，氣體體積不斷減小
B．過程②中，氣體從外界吸收熱量
C．過程②為絕熱過程
D．狀態a的體積大于狀態d的體積
10．2021年10月16日，神舟十三號載人飛船發射成功，順利進入預定軌道，發射任務取得圓滿成功。已知飛船在航天員出艙前先要“減壓”，在航天員從太空返回進入航天器后要“升壓”。因此將飛船此設施專門做成了一個艙，叫“氣閘艙”，其原理如圖所示，相通的艙A、B之間裝有閥門K，指令艙A中充滿氣體（視為理想氣體），氣閘艙B內為真空，整個系統與外界沒有熱交換，打開閥門K后，A中的氣體進入B中，最終達到平衡，則艙內氣體（　　）
A．體積變大，氣體對外做功
B．體積變大，氣體分子勢能增大
C．體積變大，溫度升高，內能增加
D．體積變大，氣體分子單位時間內對單位面積的艙壁碰撞的次數將減少
參考答案：
三課前預習
1． AC 不變 ① 8J
2． 變大 大于 變小
3． 減小 減小
4． 175 30
5． 1500 放出 500
6． 吸收 增大 放出
7． 增大 增大 從外界吸收熱量
四自我檢測
1．C
2．B
3．B
4．C
5．B
6．B
7．C
8．D
9．D
10．D
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