PAGE8-熱力學(xué)第肯定律1．熱力學(xué)第肯定律的表達(dá)式為ΔU＝Q＋W，它不僅反映了做功和熱傳遞這兩種變更內(nèi)能方式的等效性，也給出了功、熱量跟內(nèi)能變更量的定量關(guān)系。2．應(yīng)用熱力學(xué)第肯定律進(jìn)行計(jì)算時(shí)，要遵循各物理量的符號(hào)規(guī)定，Q>0，表示物體汲取熱量，W>0表示外界對(duì)物體做功，ΔU>0，表示內(nèi)能增加，當(dāng)它們?yōu)樨?fù)值時(shí)，都分別表示各自的相反過(guò)程。3．在解決志向氣體的等壓膨脹過(guò)程問(wèn)題時(shí)，熱力學(xué)第肯定律中各物理量符號(hào)為，W<0，ΔU>0，Q>0，等壓壓縮時(shí)符號(hào)相反，在等容過(guò)程中，W＝0，ΔU＝Q，在等溫過(guò)程中，ΔU＝0，W＝－Q。4．將打氣筒的出氣口堵住，用力將活塞下壓，若對(duì)氣體做功10J，氣體通過(guò)筒壁向外放熱1卡，則氣體的內(nèi)能變更了5.82J(1卡＝4.18焦)。熱力學(xué)第肯定律1.熱力學(xué)第肯定律的探討對(duì)象探討功、熱量跟內(nèi)能的變更之間的定量關(guān)系。2．熱力學(xué)第肯定律的內(nèi)容及公式(1)內(nèi)容：假如物體跟外界同時(shí)發(fā)生做功和熱傳遞過(guò)程，那么，物體內(nèi)能的增加ΔU就等于物體汲取的熱量Q和外界對(duì)物體做的功W之和。(2)公式：ΔU＝W＋Q3．對(duì)熱力學(xué)第肯定律的理解(1)熱力學(xué)第肯定律不僅反映了做功和熱傳遞這兩種變更內(nèi)能的過(guò)程是等效的，而且給出了內(nèi)能的變更量和做功與熱傳遞之間的定量關(guān)系，此定律是標(biāo)量式，應(yīng)用時(shí)熱量的單位應(yīng)統(tǒng)一為國(guó)際單位制中的焦耳。(2)對(duì)公式ΔU＝Q＋W符號(hào)的規(guī)定：符號(hào)WQΔU＋外界對(duì)物體做功物體汲取熱量?jī)?nèi)能增加－物體對(duì)外界做功物體放出熱量?jī)?nèi)能削減(1)在絕熱過(guò)程中，Q＝0，W＝ΔU，外界對(duì)物體做的功等于物體內(nèi)能的增加。(2)在應(yīng)用熱力學(xué)第肯定律的過(guò)程中，應(yīng)特殊分清W、Q的正、負(fù)，以便更精確地推斷ΔU的正、負(fù)，ΔU的正、負(fù)代表了變更過(guò)程中內(nèi)能是增加的還是削減的。1．下列說(shuō)法正確的是()A．物體放出熱量，其內(nèi)能肯定減小B．物體對(duì)外做功，其內(nèi)能肯定減小C．物體汲取熱量，同時(shí)對(duì)外做功，其內(nèi)能可能增加D．物體放出熱量，同時(shí)對(duì)外做功，其內(nèi)能可能不變解析：選C由熱力學(xué)第肯定律ΔU＝W＋Q可知，若物體放出熱量，外界對(duì)物體做正功，則ΔU不肯定為負(fù)值，即內(nèi)能不肯定減小，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；同理可分析出，B項(xiàng)和D項(xiàng)錯(cuò)誤，C項(xiàng)正確。熱力學(xué)第肯定律應(yīng)用舉例1.志向氣體的等壓過(guò)程如圖所示是肯定質(zhì)量氣體的等壓線，若氣體從狀態(tài)A變更到狀態(tài)B，該過(guò)程是等壓膨脹過(guò)程，V2>V1，T2>T1，體積增大，氣體對(duì)外做功，W<0，但志向氣體的內(nèi)能僅取決于溫度，溫度上升，內(nèi)能增大，ΔU>0，則由熱力學(xué)第肯定律有Q＝ΔU－W>0，氣體汲取熱量，汲取的熱量一部分用來(lái)增加氣體的內(nèi)能，一部分轉(zhuǎn)化為對(duì)外所做的功。若氣體從狀態(tài)B變更到狀態(tài)A，該過(guò)程為等壓壓縮，應(yīng)有W>0，ΔU<0，Q＝ΔU－W<0，這說(shuō)明氣體放出的熱量等于外界對(duì)氣體所做的功與氣體內(nèi)能減小量的和。2．志向氣體的等容過(guò)程等容過(guò)程中，體積V不變，W＝0，則由熱力學(xué)第肯定律有ΔU＝Q，若溫度上升時(shí)，氣體汲取的熱量全部用來(lái)增加氣體的內(nèi)能，反之，氣體放出的熱量等于氣體內(nèi)能的削減。3．志向氣體的等溫過(guò)程等溫過(guò)程中內(nèi)能不變，即ΔU＝0，由熱力學(xué)第肯定律有W＝－Q，若氣體等溫壓縮，則W>0，Q<0，氣體放出熱量，外界對(duì)氣體所做的功全部轉(zhuǎn)換為放出的熱量，若氣體等溫膨脹，W<0，Q>0，氣體汲取熱量，汲取的熱量全部用來(lái)對(duì)外做功。(1)做功狀況往往和物體的體積變更相聯(lián)系，一般狀況下，體積增大時(shí)，對(duì)外做功，W<0，體積減小時(shí)，外界對(duì)物體做功，W>0。(2)氣體的狀態(tài)變更時(shí)，往往要用到氣體的試驗(yàn)定律幫助分析體積和溫度的變更狀況，從而得到做功狀況和內(nèi)能的變更狀況。2．[多選](2024·全國(guó)卷Ⅱ)如圖，用隔板將一絕熱汽缸分成兩部分，隔板左側(cè)充有志向氣體，隔板右側(cè)與絕熱活塞之間是真空?，F(xiàn)將隔板抽開，氣體會(huì)自發(fā)擴(kuò)散至整個(gè)汽缸。待氣體達(dá)到穩(wěn)定后，緩慢推壓活塞，將氣體壓回到原來(lái)的體積。假設(shè)整個(gè)系統(tǒng)不漏氣。下列說(shuō)法正確的是()A．氣體自發(fā)擴(kuò)散前后內(nèi)能相同B．氣體在被壓縮的過(guò)程中內(nèi)能增大C．在自發(fā)擴(kuò)散過(guò)程中，氣體對(duì)外界做功D．氣體在被壓縮的過(guò)程中，外界對(duì)氣體做功E．氣體在被壓縮的過(guò)程中，氣體分子的平均動(dòng)能不變解析：選ABD抽開隔板，氣體自發(fā)擴(kuò)散過(guò)程中，氣體對(duì)外界不做功，與外界沒有熱交換，因此氣體的內(nèi)能不變，A項(xiàng)正確，C項(xiàng)錯(cuò)誤；氣體在被壓縮的過(guò)程中，外界對(duì)氣體做功，D項(xiàng)正確；由于氣體與外界沒有熱交換，依據(jù)熱力學(xué)第肯定律可知，氣體在被壓縮的過(guò)程中內(nèi)能增大，因此氣體的溫度上升，氣體分子的平均動(dòng)能增大，B項(xiàng)正確，E項(xiàng)錯(cuò)誤。對(duì)熱力學(xué)第肯定律的理解[例1]一個(gè)帶活塞的汽缸內(nèi)盛有肯定量的氣體，若此氣體的溫度隨其內(nèi)能的增大而上升，則()A．將熱量傳給氣體，其溫度必上升B．壓縮氣體，其溫度上升C．壓縮氣體，同時(shí)氣體向外界放熱，其溫度必不變D．壓縮氣體，同時(shí)將熱量傳給氣體，其溫度必上升[解析]做功和熱傳遞是變更物體內(nèi)能的兩種方式，據(jù)熱力學(xué)第肯定律ΔU＝Q＋W可知，單一的對(duì)氣體做功或氣體汲取熱量，其內(nèi)能不肯定增加，但當(dāng)氣體既被壓縮又同時(shí)吸熱時(shí)，內(nèi)能肯定增加，溫度肯定上升。故選項(xiàng)D正確。[答案]D借題發(fā)揮做功和熱傳遞在變更物體內(nèi)能上是等效的，且它們可以同時(shí)進(jìn)行，它們都可以使系統(tǒng)內(nèi)能增加或削減，即溫度上升或降低，也可以是一種方式使系統(tǒng)內(nèi)能增加，另一種方式使系統(tǒng)內(nèi)能削減，總之要看這兩種方式的共同作用結(jié)果。熱力學(xué)第肯定律的應(yīng)用[例2][多選](2024·全國(guó)卷Ⅲ)如圖，肯定質(zhì)量的志向氣體從狀態(tài)a動(dòng)身，經(jīng)過(guò)等容過(guò)程ab到達(dá)狀態(tài)b，再經(jīng)過(guò)等溫過(guò)程bc到達(dá)狀態(tài)c，最終經(jīng)等壓過(guò)程ca回到初態(tài)a。下列說(shuō)法正確的是()A．在過(guò)程ab中氣體的內(nèi)能增加B．在過(guò)程ca中外界對(duì)氣體做功C．在過(guò)程ab中氣體對(duì)外界做功D．在過(guò)程bc中氣體從外界汲取熱量E．在過(guò)程ca中氣體從外界汲取熱量[解析]ab過(guò)程中氣體壓強(qiáng)增大，體積不變，則溫度上升，內(nèi)能增加，A項(xiàng)正確；ab過(guò)程發(fā)生等容變更，氣體對(duì)外界不做功，C項(xiàng)錯(cuò)誤；肯定質(zhì)量的志向氣體內(nèi)能僅由溫度確定，bc過(guò)程發(fā)生等溫變更，內(nèi)能不變，bc過(guò)程中氣體體積增大，氣體對(duì)外界做正功，依據(jù)熱力學(xué)第肯定律可知?dú)怏w從外界汲取熱量，D項(xiàng)正確；ca過(guò)程發(fā)生等壓變更，氣體體積減小，外界對(duì)氣體做功，B項(xiàng)正確；ca過(guò)程中氣體溫度降低，內(nèi)能減小，外界對(duì)氣體做功，依據(jù)熱力學(xué)第肯定律可知?dú)怏w向外界放熱，E項(xiàng)錯(cuò)誤。[答案]ABD借題發(fā)揮熱力學(xué)第肯定律的考查一般與氣體的試驗(yàn)定律相結(jié)合，在進(jìn)行計(jì)算時(shí)，除特殊留意各物理量的正、負(fù)外，還要留意等壓過(guò)程中壓力做的功的求法，因等壓過(guò)程中，氣體壓力恒定，壓力所做功相當(dāng)于恒力做功，即W＝pSΔL＝pΔV。1．關(guān)于物體的內(nèi)能及其變更，以下說(shuō)法正確的是()A．物體的溫度變更時(shí)，其內(nèi)能必定變更B．物體對(duì)外做功，其內(nèi)能不肯定變更，向物體傳遞熱量，其內(nèi)能也不肯定變更C．物體對(duì)外做功，其內(nèi)能必定變更，物體向外傳出肯定熱量，其內(nèi)能必定變更D．若物體與外界不發(fā)生熱交換，則物體的內(nèi)能必定不變更解析：選B溫度變更物體的分子動(dòng)能變更，但內(nèi)能可能不變，A錯(cuò)；變更內(nèi)能有兩種方式：做功和熱傳遞，由熱力學(xué)第肯定律可知B正確，C、D錯(cuò)。2．[多選](2024·全國(guó)卷Ⅲ)關(guān)于氣體的內(nèi)能，下列說(shuō)法正確的是()A．質(zhì)量和溫度都相同的氣體，內(nèi)能肯定相同B．氣體溫度不變，整體運(yùn)動(dòng)速度越大，其內(nèi)能越大C．氣體被壓縮時(shí)，內(nèi)能可能不變D．肯定量的某種志向氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)E．肯定量的某種志向氣體在等壓膨脹過(guò)程中，內(nèi)能肯定增加解析：選CDE氣體的內(nèi)能由物質(zhì)的量、溫度和體積確定，質(zhì)量和溫度都相同的氣體，內(nèi)能可能不同，A錯(cuò)誤。內(nèi)能與物體的運(yùn)動(dòng)速度無(wú)關(guān)，B錯(cuò)誤。氣體被壓縮時(shí)，同時(shí)對(duì)外傳熱，依據(jù)熱力學(xué)第肯定律知內(nèi)能可能不變，C正確。肯定量的某種志向氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)，D正確。依據(jù)志向氣體狀態(tài)方程，肯定量的某種志向氣體在壓強(qiáng)不變的狀況下，體積變大，則溫度肯定上升，內(nèi)能肯定增加，E正確。3.[多選]如圖，一絕熱容器被隔板K隔成a、b兩部分。已知a內(nèi)有肯定量的淡薄氣體，b內(nèi)為真空，抽開隔板K后a內(nèi)氣體進(jìn)入b，最終達(dá)到平衡狀態(tài)。在此過(guò)程中()A．氣體對(duì)外界做功，內(nèi)能削減B．氣體不做功，內(nèi)能不變C．氣體壓強(qiáng)變小，溫度降低D．氣體壓強(qiáng)變小，溫度不變解析：選BD絕熱容器的淡薄氣體與外界沒有熱傳遞，Q＝0，淡薄氣體向真空擴(kuò)散沒有做功，W＝0。依據(jù)熱力學(xué)第肯定律淡薄氣體的內(nèi)能不變，則溫度不變，A、C錯(cuò)誤，B正確。淡薄氣體擴(kuò)散體積增大，壓強(qiáng)必定減小，D正確。4.如圖是密閉的氣缸，外力推動(dòng)活塞P壓縮氣體，對(duì)缸內(nèi)氣體做功800J，同時(shí)氣體向外界放熱200J，缸內(nèi)氣體的()A．溫度上升，內(nèi)能增加600JB．溫度上升，內(nèi)能削減200JC．溫度降低，內(nèi)能增加600JD．溫度降低，內(nèi)能削減200J解析：選A由熱力學(xué)第肯定律，ΔU＝Q＋W＝－200J＋800J＝600J，內(nèi)能增加600J，則溫度肯定上升，A正確。5.如圖所示，某同學(xué)將空的薄金屬筒開口向下壓入水中。設(shè)水溫勻稱且恒定，筒內(nèi)空氣無(wú)泄漏，不計(jì)氣體分子間的相互作用，則被沉沒的金屬筒在緩慢下降的過(guò)程中，筒內(nèi)空氣的體積減小并且()A．從外界吸熱 B．內(nèi)能增大C．向外界放熱 D．內(nèi)能減小解析：選C筒緩慢下降過(guò)程是等溫過(guò)程，氣體體積減小，外界對(duì)氣體做正功，W為正，又因?yàn)椴挥?jì)氣體分子間的相互作用，氣體內(nèi)能僅由溫度確定，溫度不變，ΔU＝0，由熱力學(xué)第肯定律W＋Q＝ΔU，知Q＝ΔU－W，因此，Q為負(fù)值，即向外界放熱。故C正確。6．密閉有空氣的薄塑料瓶因降溫而變扁，此過(guò)程中瓶?jī)?nèi)空氣(不計(jì)分子勢(shì)能)()A．內(nèi)能增大，放出熱量B．內(nèi)能減小，汲取熱量C．內(nèi)能增大，對(duì)外界做功D．內(nèi)能減小，外界對(duì)其做功解析：選D不計(jì)分子勢(shì)能時(shí)瓶?jī)?nèi)空氣的內(nèi)能只與其溫度有關(guān)，溫度降低時(shí)其內(nèi)能減小。塑料瓶變扁時(shí)瓶?jī)?nèi)空氣體積減小，外界對(duì)其做功。再由熱力學(xué)第肯定律知此過(guò)程中瓶?jī)?nèi)空氣要放出熱量，故只有D正確。7．給旱區(qū)送水的消防車停于水平面，在緩緩放水的過(guò)程中，若車胎不漏氣，胎內(nèi)氣體溫度不變，不計(jì)分子勢(shì)能，則胎內(nèi)氣體()A．從外界吸熱 B．對(duì)外界做負(fù)功C．分子平均動(dòng)能削減 D．內(nèi)能增加解析：選A胎內(nèi)氣體經(jīng)驗(yàn)了一個(gè)溫度不變，壓強(qiáng)減小，體積增大的過(guò)程。不計(jì)分子勢(shì)能，溫度不變，分子平均動(dòng)能和內(nèi)能不變。體積增大氣體對(duì)外界做正功。依據(jù)熱力學(xué)第肯定律知?dú)怏w肯定從外界吸熱，A正確。8．[多選]如圖，水平放置的密封氣缸內(nèi)的氣體被一豎直隔板分隔為左右兩部分，隔板可在氣缸內(nèi)無(wú)摩擦滑動(dòng)，右側(cè)氣體內(nèi)有一電熱絲。氣缸壁和隔板均絕熱。初始時(shí)隔板靜止，左右兩邊氣體溫度相等?，F(xiàn)給電熱絲供應(yīng)一微弱電流，通電一段時(shí)間后切斷電源。當(dāng)缸內(nèi)氣體再次達(dá)到平衡時(shí)，與初始狀態(tài)相比()A．右邊氣體溫度上升，左邊氣體溫度不變B．左右兩邊氣體溫度都上升C．左邊氣體壓強(qiáng)增大D．右邊氣體內(nèi)能的增加量等于電熱絲放出的熱量解析：選BC當(dāng)電熱絲通電后，右邊的氣體溫度上升氣體膨脹，將隔板向左推，對(duì)左邊的氣體做功，依據(jù)熱力學(xué)第肯定律，內(nèi)能增加，氣體的溫度上升。依據(jù)氣體定律左邊的氣體壓強(qiáng)增大，A錯(cuò)誤，B、C正確；右邊氣體內(nèi)能的增加值為電熱絲發(fā)出的熱量減去對(duì)左邊的氣體所做的功，D錯(cuò)。9．[多選](2024·江蘇高考)肯定質(zhì)量的志向氣體從狀態(tài)A經(jīng)過(guò)狀態(tài)B變更到狀態(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，氣體放出熱量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)能增加解析：選BC由題圖可知，從A到B氣體的體積減小，外界對(duì)氣體做功，A項(xiàng)錯(cuò)誤；從A到B過(guò)程氣體的溫度不變，內(nèi)能不變，依據(jù)熱力學(xué)第肯定律可知，氣體放出熱量，B項(xiàng)正確；從B到C過(guò)程中eq\f(V,T)是一個(gè)常數(shù)，氣體發(fā)生的是等壓變更，氣體的溫度降低，內(nèi)能削減，C項(xiàng)正確，D項(xiàng)錯(cuò)誤。10.[多選]如圖所示，密閉氣缸左側(cè)導(dǎo)熱，其余部分絕熱性能良好，絕熱輕活塞K把氣缸分隔成體積相等的兩部分，K與氣缸壁的接觸是光滑的，兩部分中分別充有相同質(zhì)量、相同溫度的同種氣體a和b，氣體分子之間相互作用勢(shì)能可忽視，當(dāng)外界環(huán)境溫度緩慢降低到某一值后，a、b各自達(dá)到新的平衡()A．a(chǎn)的體積減小了，壓強(qiáng)降低了B．b的溫度降低了C．散失熱量后a的分子熱運(yùn)動(dòng)比b的分子熱運(yùn)動(dòng)激烈D．a(chǎn)削減的內(nèi)能小于b削減的內(nèi)能解析：選AB由于左側(cè)導(dǎo)熱，導(dǎo)致a部分內(nèi)能減小，對(duì)擋板K的分子作用力變小，擋板向左運(yùn)動(dòng)，a的體積減小了；同時(shí)，b部分氣體膨脹，壓強(qiáng)變小，此時(shí)a、b兩部分壓強(qiáng)相同，A正確。b部分氣體膨脹，對(duì)外做功，內(nèi)能減小，溫度降低，B正確。擋板受力平衡，a體積小，單位時(shí)間內(nèi)碰撞擋板的分子數(shù)多，a部分單個(gè)分子的平均動(dòng)能小于b部分的，就是說(shuō)散失熱量后a的分子熱運(yùn)動(dòng)沒有b的分子熱運(yùn)動(dòng)激烈，C錯(cuò)。同理，溫度是氣體分子平均動(dòng)能的標(biāo)記，a的內(nèi)能小于b的內(nèi)能，D錯(cuò)。11．若對(duì)物體做1200J的功，可使物體溫度上升3℃，改用熱傳遞的方式，使物體溫度同樣上升3℃，那么物體應(yīng)汲取多少熱量？假如對(duì)該物體做3000J的功，物體的溫度上升5℃，表明該過(guò)程中，物體應(yīng)汲取或