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第三章 熱力學(xué)定律
第2節(jié) 熱力學(xué)第一定律
學(xué)習(xí)目標(biāo)
1.通過對物體內(nèi)能改變方式的定量分析，從能量轉(zhuǎn)化的觀點理解熱力學(xué)第一定律的形式和內(nèi)涵。
2.通過對四沖程內(nèi)燃機(jī)工作過程的分析，學(xué)會用ΔU=W+Q分析和解決相關(guān)問題。
重點難點
重點
熱力學(xué)第一定律ΔU=W+Q的理解。
難點
ΔU=W+Q中三個物理量正負(fù)號的理解。
自主探究
1.改變內(nèi)能的兩種方式是 與 。兩者在改變系統(tǒng)內(nèi)能方面是等效的。
2.熱力學(xué)第一定律的內(nèi)容：一個熱力學(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.W、Q、ΔU正負(fù)號的確定：外界對物體做功，W ，物體對外界做功，W取負(fù)；物體吸熱，Q取正，物體放熱，Q ；物體內(nèi)能增加，ΔU取正，物體內(nèi)能減少ΔU
5.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 求出未知量。
(3)再根據(jù)未知量結(jié)果的 來確定吸熱、放熱情況或做功情況。
答案
1.做功；熱傳遞
2.熱量；做的功
3.Q+W
4.取正；取負(fù)；取負(fù)
5.(2)ΔU=W+Q (3)正負(fù)
預(yù)習(xí)檢測
1.判斷正誤。
(1)一定數(shù)量的功與確定數(shù)量的熱相對應(yīng)。 （ ）
(2)一定量的氣體，膨脹過程中一定是外界對氣體做功。 （ ）
(3)物體向外放熱85J，其內(nèi)能一定減少85J。 （ ）
(4)外界對系統(tǒng)做功，系統(tǒng)的內(nèi)能一定增加。 （ ）
(5)系統(tǒng)的內(nèi)能增加，一定是系統(tǒng)從外界吸收了熱量。 （ ）
(6)系統(tǒng)從外界吸熱5J，內(nèi)能可能增加5J。 （ ）
(7)系統(tǒng)的內(nèi)能減少，一定是系統(tǒng)對外界做了功。 （ ）
2.外界對物體做功10J(絕熱過程)，物體的內(nèi)能改變了多少 若外界對物體傳遞10J的熱量(單純熱傳遞過程)，物體的內(nèi)能改變了多少 能否說明10J的功等于10J的熱量
答案1.（1）√ （2）× （3）× （4）× （5）× （6）√ （7）× 2. 無論外界對物體做功10J，還是外界對物體傳遞10J的熱量，物體的內(nèi)能都增加了10J，說明做功和熱傳遞在改
變物體內(nèi)能上是等效的，但不能說10J的功等于10J的熱量，因為功與熱量具有本質(zhì)的區(qū)別。
探究思考
【探究一】熱力學(xué)第一定律
1.熱力學(xué)第一定律是研究功、熱量和內(nèi)能之間關(guān)系的定律。
2.熱力學(xué)第一定律
(1)內(nèi)容：一個熱力學(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。
(2）表達(dá)式：AU=Q+W。
【探究二】熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用
1.對ΔU=W+Q的理解
熱力學(xué)第一定律將單純的絕熱過程和單純的熱傳遞
過程推廣到一般情況，也就是既有做功又有熱傳遞的過程。其中，ΔU表示內(nèi)能的變化量，W表示做功的多少，Q表示外界與物體間傳遞的熱量。
2.對公式ΔU、Q、W符號的規(guī)定
W Q ΔU 符號
外界對物體做功 物體吸收熱量 內(nèi)能增加 +
物體對外界做功 物體放出熱量 內(nèi)能減少 -
知識梳理
1.做功W、熱傳遞Q、內(nèi)能變化量ΔU的物理意義
(1)做功：是能量的轉(zhuǎn)化，是一種形式的能向另一種形式的能轉(zhuǎn)化，功是能量轉(zhuǎn)化的量度，用W表示。
(2)熱傳遞：是能量的轉(zhuǎn)移，是熱量由一個物體傳遞給另一個物體，傳遞的能量用熱量Q表示。
(3)內(nèi)能的改變：是物體內(nèi)所有分子的熱運(yùn)動動能和勢能之和發(fā)生了變化，宏觀表現(xiàn)在溫度變化和體積變化。
2.W、Q、ΔU正負(fù)號的確定
(1)外界對物體做功，W取正；物體對外界做功，W取負(fù)。
(2)物體吸熱，Q取正；物體放熱，Q取負(fù)。
(3)物體內(nèi)能增加，ΔU取正；物體內(nèi)能減少，ΔU取負(fù)。
3.W、Q、ΔU三者之間的關(guān)系 學(xué)
一個熱力學(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。這個關(guān)系叫作熱力學(xué)第一定律。即ΔU=Q十W。它表示了功、熱量跟內(nèi)能改變之間的定量關(guān)系。
隨堂訓(xùn)練
1.密閉有空氣的薄塑料瓶因降溫而變扁，此過程中瓶內(nèi)空氣（不計分子勢能）( )
A.內(nèi)能增大，放出熱量 B.內(nèi)能減小，吸收熱量
C.內(nèi)能增大，對外界做功 D.內(nèi)能減小，外界對其做功
2.出租車常以天然氣作為燃料，加氣站儲氣罐中天然氣的溫度隨氣溫升高的過程中，若儲氣罐內(nèi)氣體體積及質(zhì)量均不變，則罐內(nèi)氣體（可視為理想氣體）( )
A.壓強(qiáng)增大，內(nèi)能減小 B.吸收熱量，內(nèi)能增大
C.壓強(qiáng)減小，分子平均動能增大 D.對外做功，分子平均動能減小
3.如圖所示，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a開始，經(jīng)歷四個過程到達(dá)狀態(tài)e，其中的延長線經(jīng)過原點，連線與橫軸平行，連線與縱軸平行。下列說法正確的是( )
A.過程中氣體分子熱運(yùn)動平均動能增加
B.過程中氣體分子單位時間內(nèi)撞擊容器壁次數(shù)不變
C.過程中氣體從外界吸熱小于氣體內(nèi)能增量
D.過程中氣體對外放出熱量，內(nèi)能不變
4.一定量的氣體在某一過程中，外界對氣體做了的功，氣體的內(nèi)能減少了，則下列各式中正確的是( )
A
B.
C.
D.
答案以及解析
1.答案：D
解析：不計分子勢能時，氣體的內(nèi)能由溫度決定，當(dāng)溫度降低時，內(nèi)能減小。塑料瓶變扁，內(nèi)部氣體體積減小，外界對它做了功，根據(jù)熱力學(xué)第一定律，它會放出熱量，故D正確。
2.答案：B
解析：因儲氣罐內(nèi)氣體體積不變，故氣體對外界不做功。罐內(nèi)氣體從外界吸收熱量，氣體體積及質(zhì)量均不變，溫度升高，分子平均動能增大，內(nèi)能增大，壓強(qiáng)變大。只有B正確。
3.答案：A
解析：過程氣體溫度升高，分子平均動能增大，故A正確。過程溫度升高，壓強(qiáng)不變，則氣體分子平均動能增大，為保持壓強(qiáng)不變，單位時間內(nèi)氣體分子與器壁碰撞次數(shù)減少，故B錯誤。過程氣體體積增大，對外做功，又溫度升高，內(nèi)能增大，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知，氣體從外界吸收熱量且大于內(nèi)能增量，故C錯誤。過程氣體體積增大，對外做功，因溫度不變，內(nèi)能不變，則氣體從外界吸收熱量，故D錯誤。
4.答案：B
解析：外界對氣體做功，W取正值，即；內(nèi)能減少，取負(fù)值，即。根據(jù)，可得，B正確。
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