第3章第2节 热力学第一定律学案-(2019)新人教版高中物理选择性必修第三册.docx
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1、第三章热力学定律第2节 热力学第一定律【素养目标】1. 进一步掌握能的转化和守恒定律,并了解能的转化和守恒定律的意义2运用公式UWQ分析有关问题并具体进行计算【必备知识】知识点一、热力学第一定律(1)内容:一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和。这个关系叫做热力学第一定律。(2)数学表达式为:UWQ公式中符号的意义:W0,表示外界对系统做功;W0,表示系统对外界做功;Q0,表示系统吸热;Q0,表示系统放热;U0,表示系统内能增加;U0,表示系统内能减少。特别提示:热力学第一定律的数学表达式也适用于物体对外做功、向外界散热和内能减少的情况。若一根金属丝通过某一物理过
2、程,温度升高了,除非事先知道,否则根本不能判断是通过对它做了功,还是发生了热传递使它的内能增加,因为单纯对系统做功和单纯对系统传热都能改变系统的内能,由于它们在改变系统内能方面是等效的,那么既对系统做功又对系统传热也能改变系统的内能。内能改变了多少就由热力学第一定律来定量分析计算。知识点二、热力学第一定律的应用(1)与热力学第一定律相匹配的符号法则应用热力学第一定律解题的一般步骤:根据符号法则写出各已知量(W、Q、U)的正、负;根据方程UWQ求出未知量;再根据未知量结果的正、负来确定吸热、放热情况或做功情况。(2)应用热力学第一定律的几种特殊情况等容过程:气体等容变化时,由于V恒量,所以外界对
3、气体不做功。根据热力学第一定律有UQ。在等容过程中,气体吸收的热量全部用于增加内能,温度升高;反之,气体放出的热量是以减小内能为代价的,温度降低。等压过程:气体在等压过程中,有恒量。根据热力学第一定律可知:气体等压膨胀时,从外界吸收的热量Q,一部分用来增加内能,温度升高,另一部分用于对外做功;气体等压压缩时,外界对气体做的功和气体温度降低所减少的内能都转化为向外放出的热量。等温过程:气体在等温过程中,有pV恒量。理想气体的内能只与温度有关,所以理想气体在等温过程中内能不变,即U0,因此有QW。绝热过程:气体始终不与外界交换热量的过程称为绝热过程,即Q0。理想气体发生绝热变化时,p、V、T三量会
4、同时发生变化,仍遵循恒量。根据热力学第一定律,Q0表明气体被绝热压缩时,外界所做的功全部用来增加气体内能,体积变小、温度升高、压强增大;气体绝热膨胀时,气体对外做功是以减小内能为代价的,体积变大、温度降低、压强减小。气体绝热膨胀降温是液化气体获得低温的重要方法。【课堂检测】1如果一定质量的气体膨胀时做的功是135J,同时吸热85J,问:(1)气体内能的变化量是多少?内能是增加了还是减少了?(2)气体从外界吸收了2.6105J的热量,内能增加了4.2105J,气体对外做功了还是外界对气体做功了,做的功是多少?【答案】(1),气体的内能减少了;(2)外界对气体做功了,做的功是。【详解】(1)由热力
5、学第一定律可得气体的内能减少了;(2)由热力学第一定律可得外界对气体做功了,做的功是。2一定质量的理想气体,经历从abca的状态变化过程,其p-V图像如图所示,Ta=300K,气体从ca的过程中外界对气体做功为100J,同时放出热量为250J,已知气体的内能与温度成正比。求:(1)气体在状态b、c时的温度分别为多少;(2)气体在状态b时的内能为多少。【答案】(1)Tb=900K,Tc=2700K;(2)Eb=56.25J【详解】(1)气体从ab过程发生的是等容过程,则解得Tb=900K气体从bc过程发生的是等压过程则 解得Tc=2700K(2)气体从ca的状态变化过程中,根据热力学第一定律有U
6、=W+Q=(100-250)J=-150J气体温度变化量T=Ta-Tc=-2400K设气体的内能为E,根据题意知E=kTEb=kTb解得Eb=56.25J【素养作业】1下列说法不正确的是()A在完全失重的宇宙飞船中,水的表面存在表面张力B一定量的气体吸收热量,其内能可能减小C一定质量的0C的冰融化为0C的水时,分子势能增加D土壤里有很多毛细管,如果要把地下的水分沿着它们引到地表,可以将地面的土壤锄松【答案】D【详解】A液体表面层内分子较为稀疏,分子力表现为引力,故在完全失重的宇宙飞船中,水的表面依然存在表面张力,故A正确,不符合题意;B根据热力学第一定律知,一定量的气体吸收热量,若气体同时对外
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