第3章 第2节(上课)

(2)气体吸热：Q＝mL＝1×2 263.8 J＝2 263.8 J。
(3)根据热力学第一定律：ΔU＝Q＋W＝2 263.8 J＋(－169.7) J
＝2 094.1 J
[答案] (1)169.7 J (首2)2页263.8 J上一(3页)2 094.1下J一页
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借
热力学第一定律的考查一般与气体的实验定律相结
W<0，Q>0，气体吸收热量，吸收的热量全部用来对外做功。
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等温过程（T=常量）
结束
T不变
U 0
V
气体对外界做功
W 0
反过程如何分析？
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Q U W 0 (吸热)
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(1)做功情况往往和物体的体积变化相联系 ，一般情况 下，体积增大时，对外做功，W<0，体积减小时，外界对物体 做功，W>0。
(2)气体的状态变化时，往往要用到气体的实验定律帮助 分析体积和温度的变化情况，从而得到做功情况和内能的变化 情况。
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2．(多选)(广东高考)图3－2－3为某实验器材的结构示意 图，金属内筒和隔热外筒间封闭了一定体积的空气，内筒中有 水，在水加热升温的过程中，被封闭的空气( AB)
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若气体从状态 B 变化到状态 A，该过程为等压压缩，应有 W>0， ΔU<0，Q＝ΔU－W<0，这说明气体放出的热量等于外界对气体 所做的功与气体内能减小量的和。
图 3－2－2
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等压过程（P=常量）
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V T2 T1 物体内能增加 U 0
V
物体对外界做功
W 0
Q U W 0 (吸热)
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反过程如何分析？
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V T2 T1 物体内能减少 U 0
V 外界对物体做功
W 0
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Q U W 0 (放热)
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2．理想气体的等容过程 等容过程中，体积V不变，W＝0，则由热力学第一定律 有ΔU＝Q，若温度升高时，气体吸收的热量全部用来增加气体 的内能，反之，气体放出的热量等于气体内能的减少。
第二节 热力学第一定律
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1．热力学第一定律的表达式为ΔU＝Q＋W，它不仅反映 了 _做__功__和__热__传__递___ 这 两 种 改 变 内 能 方 式 的 等 效 性 ， 也 给 出 了 _功___、_热__量___跟内能改变量的定量关系。
2．应用热力学第一定律进行计算时，要遵循各物理量的 符 号 规 定 ， Q>0 ， 表 示 ___物__体__吸__收__热__量_____ ， W>0 表 示 __外__界__对__物__体__做__功____ ， ΔU>0 ， 表 示 __内__能__增__加____ ， 当 它 们 为
Q 物体吸收热量 物体放出热量
ΔU 内能增加 内能减少
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(1)在绝热过程中，Q＝0，W＝ΔU，外界对物体做的功等 于物体内能的增加。
(2)在应用热力学第一定律的过程中，应特别分清W、Q的 正、负，以便更准确地判断ΔU 的正、负，ΔU的正、负代表了 变化过程中内能是增加的还是减少的。
热为2 263.8 J/g。求：(1)体积膨胀时气体对外界做的功W；
(2)气体吸收的热量Q； (3)气体增加的内能ΔU。
[解析] 取1 g水为研究系统，1 g沸腾的水变成同温度的水汽需 要吸收热量，同时由于体积膨胀，系统要对外做功，所以有
ΔU<Q吸。(1)气体在等压(大气压)下膨胀做功：W＝p(V2－V1) ＝1.013×105×(1 676－1.043)×10－6 J＝169.7 J。
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1．(广东高考)图3－2－1为某种椅子与其升降部分的结构 示意图，M、N两筒间密闭了一定质量的气体，M可沿N的内 壁上下滑动。设筒内气体不与外界发生热交换，在M向下滑动 的过程中( A )
A．外界对气体做功，气体内能增大 B．外界对气体做功，气体内能减小 C．气体外界做功，气体内能增大 D．气体外界做功，气体内能减小
题 可以同时进行，它们都可以使系统内能增加或减少，即
发 温度升高或降低，也可以是一种方式使系统内能增加，
挥 另一种方式使系统内能减少，总之要看这两种方式的共
同作用结果。
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热力学第一定律的应用
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[例2] 在一个标准大气压下，水在沸腾时，1 g的水由液态变 成同温度的水汽，其体积由1.043 cm3变为1 676 cm3。已知水的汽化
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对热力学第一定律的理解
[例1] 一个带活塞的气缸内盛有一定量的气体，若此气 体的温度随其内能的增大而升高，则( D )
A．将热量传给气体，其温度必升高 B．压缩气体，其温度升高 C．压缩气体，同时气体向外界放热，其温度必不变 D．压缩气体，同时将热量传给气体，其温度必升高
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【例题】一定量的气体从外界吸收了2.6×105J的热量，内 能增加了4.2 ×105J。 问：①是气体对外界做了功，还是外界对气体做了功？做 了多少焦耳的功？ ②如果气体吸收的热量仍为2.6×105J 不变，但是内能只增加了1.6×105J，这一过程做功情况怎 样？
解：①根据ΔU = W + Q 得：W = ΔU － Q = 4.2 ×105J － 2.6×105J= 1.6×105J，W为正值，外界对气体做功，做了 1.6×105J 的功。②同理可得：W =ΔU － Q = 1.6 ×105J － 2.6×105J= － 1.0×105J，W为负值，说明气体对外界 做功（气体体积变大），做了1.0×105J 的功。
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等容过程（V=常量）
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T
V 不变
U 0
W 0
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Q U W 0 (吸热)
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3．理想气体的等温过程
等温过程中内能不变，即ΔU＝0，由热力学第一定律有W＝ －Q，若气体等温压缩，则W>0，Q<0，气体放出热量，外界
对气体所做的功全部转换为放出的热量，若气体等温膨胀，
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热机 东瀛战神
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热力学第一定律
1．热力学第一定律的研究对象 研究功、热量跟内能的变化之间的定量关系。 2．热力学第一定律的内容及公式 (1)内容：如果物体跟外界同时发生做功和热传递过程， 那么，物体内能的增加ΔU就等于物体吸收的热量Q和外界对物 体做的功W之和。 (2)公式：ΔU＝W＋Q。
题 合，在进行计算时，除特别注意各物理量的正、负外，
发 还要注意等压过程中压力做的功的求法，因等压过程
挥 中，气体压力恒定，压力所做功相当于恒力做功，即W
＝pSΔL＝pΔV。
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3．对热力学第一定律的理解 (1)热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种改变 内能的过程是等效的，而且给出了内能的变化量和做功与热传 递之间的定量关系，此定律是标量式，应用时热量的单位应统 一为国际单位制中的焦耳。 (2)对公式ΔU＝Q＋W符号的规定：
符号 ＋ －
W 外界对物体做功 物体对外界做功
图3－2－1
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解析：选A 因为M、N内被封闭气体体积减小，所以外 界对气体做功。由热力学第一定律及M、N内气体与外界没有 热交换可知外界对气体做功，内能一定增加，故A正确，B、 C、D错误。
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热力学第一定律应用举例
1．理想气体的等压过程 如图3－2－2所示是一定质量气体的等压线，若气体从状 态A变化到状态B，该过程是等压膨胀过程，V2>V1，T2>T1， 体积增大，气体对外做功，W<0，但理想气体的内能仅取决于 温度，温度升高，内能增大，ΔU>0，则由热力学第一定律有 Q＝ΔU－W>0，气体吸收热量，吸收的热量一部分用来增加气 体的内能，一部分转化为对外所做的功。
A．内能增大 B．压强增大 C．分子间引力和斥力都减小 D．所有分子运动速率都增大
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图3－2－3
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解析：选 AB 在水加热升温的过程中，封闭气体的温度 升高，内能增大，选项 A 正确；根据Tp＝C 知，气体的压强增 大，选项 B 正确；气体的体积不变，气体分子间的距离不变， 分子间的引力和斥力不变，选项 C 错误；温度升高，分子热运 动的平均速率增大，但并不是所有分子运动的速率都增大，选 项 D 错误。
负值时，都分别表示各自的相反过程。
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3．在解决理想气体的等压膨胀过程问题时，热力学第一 定律中各物理量符号为，W_<___0，ΔU___>_0，Q__>__0，等压 压缩时符号相反，在等容过程中，W__＝__0，ΔU___＝_Q，
在等温过程中，ΔU__＝__0，W＝___－__Q__。 4．将打气筒的出气口堵住，用力将活塞下压，若对气体 做功10 J，气体通过筒壁向外放热1 cal，则气体的内能改变了 __5_.8_2__ J(1 cal＝4.18 J)。
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[解析] 做功和热传递是改变物体内能的两种方式，据热 力学第一定律ΔU＝Q＋W可知，单一的对气体做功或气体吸收 热量，其内能不一定增加，但当气体既被压缩又同时吸热时， 内能一定增加，温度一定升高。故选项D正确。
[答案] D
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做功和热传递在改变物体内能上是等效的，且它们