人教版 (2019)选择性必修 第三册2 热力学第一定律优秀课时练习

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【学习目标】
物理观念∶知道热力学第一定律及其符号法则，能从热力学学的视角正确描述和解释生活中的热现象，能灵活应用热力学第一定律解决实际问题。
科学思维∶理解热力学第一定律的公式，并能在新的生活情境中对问题进行分析和推理。
科学探究：通过热力学第一定律的应用，养成与他人合作探究的习惯，体验科学家探究规律的艰辛与执着。
科学态度与责任∶从焦耳的实验到热力学第一定律，认识到我们应该具有实事求是的态度，认识到物理学是人类认识自然的方式之一。
【学习重难点】
重点：热力学第一定律的推导与运用
难点：运用热力学第一定律公式时各物理量的正、负号的意义及确定
【知识回顾】
1．内能的定义
微观：系统中所有分子热运动的动能和分子间的相互作用势能的总和叫作系统的内能。
宏观：任何一个热力学系统必定存在一个只依赖于系统自身状态的物理量，把它称为系统的内能。
2．在绝热过程中，外界对系统做功，系统的内能增加；系统对外界做功，系统的内能减少。功是能量转化的量度。
3．ΔU＝Q。热量是在单纯的传热过程中系统内能转移的量度。
4．传热与做功在改变系统内能上的异同
做功——内能与其他形式能的转化；
传热——内能的转移。
【自主预习】
一、热力学第一定律
1．功和热：_______和_______这两种方法在改变系统的内能方面是等价的，即一定数量的功与确定数量的热相对应。
2．内容：一个热力学系统的内能变化量等于外界向它传递的_______与外界对它所做的_______的和。
3．表达式：ΔU＝_______。
二、热力学第一定律的应用
1．外界对系统做功时，W取_______值；系统对外界做功时，W取_______值。
2．外界对系统传递的热量Q取_______值；系统向外界传递的热量Q取_______值。
【课堂探究】
【新课导入】
汽缸内有一定质量的气体，压编气体的同时给汽缸加热。那么，气体内能的变化会比单一方式(做功或传热)更明显。这是为什么呢?
【新课教学】
1、内容：一个热力学系统的内能变化量（增量）等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和.
2、物理意义：热力学第一定律不仅反映了做功与传热在改变系统内能方面是等效的，而且给出了功、热量跟系统内能改变之间的定量关系.
ΔU＝W + Q
3、表达式：
ΔU ：物体内能的增加量
Q： 物体吸收的热量
W： 外界对物体做的功
推广：上式也适用于物体对外做功、向外界散热和内能减少的情况。但要注意各量的符号
定律中各量的正、负号及含义 ΔU = W + Q
5、判断是否做功的方法
一般情况下外界对系统做功与否，需要看物体的体积是否变化。
①若系统体积增大，
表明系统对外界做功，W ＜ 0；
②若系统体积减小，
表明外界对系统做功，Ｗ ＞ 0．
6、几种特殊情况
(1)若过程是绝热的，即Q＝0，则ΔU＝W，系统内能的增加量等于外界对物体做的功。
(2)若过程中不做功（单纯传热），即W＝0，则ΔU＝Q，系统内能的增加量等于物体从外界吸收的热量。
(3)若过程的始末状态系统的内能不变，即ΔU＝0，则W＝－Q(或Q＝－W)，外界对系统做的功等于系统放出的热量(或系统吸收的热量等于系统对外界做的功)。
(4)对于理想气体，温度变化，内能一定变化，等温过程ΔU＝0。
【特别提醒】
(1)当做功和热传递同时发生时，物体的内能可能增加，也可能减小，还可能保持不变。
(2)物体内能发生变化可能是由做功引起的，也可能是由热传递引起的，还可能是两者共同作用的结果。
小试牛刀
【例题】如图所示，某同学将空的薄金属桶开口向下压入水中。设水温均匀且恒定，桶内空气无泄漏(不计气体分子间的相互作用)，则被淹没的金属桶在缓慢下降过程中，桶内空气( )
A．从外界吸热
B．向外界放热
C．内能增大
D．内能减小
【例题】在一个大气压下，1 kg的100 ℃的水变为1 kg的100 ℃的水蒸气的过程，下列说法中正确的是( )
A．内能不变，对外界做功，一定是吸热过程
B．内能增加，吸收的热量等于内能的增加量
C．内能不变，吸收的热量等于对外界做的功
D．内能增加，从外界吸热，吸收的热量等于对外界做的功和增加的内能之和
二、热力学第一定律的应用
1.观看视频，用热力学第一定律解释生活中的现象
2.观看视频，热的本质
小试牛刀
【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？
【例题】一个系统内能增加了20 J．如果系统与周围环境不发生热交换，周围环境需要对系统做的功为( )
A．40 J
B．－40 J
C．－20 J
D．20 J
三、做功与气体体积变化的关系
仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。
★★★气体的自由膨胀不做功。
计算对气体做功
气体等压变化对外界做功
W=PΔV
P -V 图下方(与坐标轴所围的面积)的“面积” 表示做功多少。

推动活塞缓慢移动，
外力F =pS
活塞发生很小位移Δx，
ΔW=FΔx =pSΔx =pΔV
小试牛刀
【例题】20ml氧气由状态1变化到状态2所经历的过程如图所示(1)沿1→3→2折线；(2)沿1→2直线.试分别求出这两个过程中外界对气体做功.氧气视为理想气体.
【例题】图为某种椅子与其升降部分的结构示意图，M、N两筒间密封了一定质量的气体，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．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．气体对外界做功，气体内能增大
D．气体对外界做功，气体内能减小
【自我测评】
1．判断下列说法的正误．
(1)对物体做功，其内能必定改变；物体向外传出一定热量，其内能必定改变。( )
(2)能量既可以转移又可以转化，故能的总量是可以变化的。( )
(3)违背能量守恒定律的过程是不可能发生的。( )
2.机械能守恒定律、热力学第一定律，可以有什么猜想？
3.如图所示，内壁光滑的绝热汽缸固定在水平面上，其右端由于有挡板，厚度不计的绝热活塞不能离开汽缸，汽缸内封闭着一定质量的理想气体，活塞距汽缸右端的距离为0.2 m.现对封闭气体加热，活塞缓慢移动，一段时间后停止加热，此时封闭气体的压强变为2×105 Pa.已知活塞的横截面积为0.04 m2，外部大气压强为1×105 Pa，加热过程中封闭气体吸收的热量为2 000 J，则封闭气体的内能变化量为（ ）
A.400 J
B.1200 J
C.2 000 J
D.2 800 J
4.(多选)如图所示，绝热隔板K把绝热汽缸分成两部分，K与汽缸的接触是光滑的，隔板K用销钉固定，两部分中分别盛有相同质量、相同温度的同种理想气体a、b，a的体积大于b的体积，现拔去销钉(不漏气)，当a、b各自达到新的平衡时( )
A．a的体积等于b的体积
B．a的体积大于b的体积
C．在相同时间内两边与隔板碰撞的分子数相同
D．a的温度比b的温度高
5.一定质量的理想气体，从状态a开始，经历ab、bc、ca三个过程回到原状态，其V－T图像如图所示，其中图线ab的反向延长线过坐标原点O，图线bc平行于T轴，图线ca平行于V轴，则（ ）
A.ab过程中气体压强不变，气体从外界吸热
B.bc过程中气体体积不变，气体不吸热也不放热
C.ca过程中气体温度不变，气体从外界吸热
D.整个变化过程中气体的内能先减少后增加
【学后反思】本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？