高二物理热力学第一定律

热力学第一定律热力学第一定律热力学第一定律内容是：研究对象内能的改变量，等于外界对它传递的热量与外界对它所做的功之和。

注：热量的传导与做功均需要注意正负性。

热力学第一定律公式热力学第一定律公式：△U=W+Q其中，△U——内能的变化量，单位焦耳（J），如果为负数，则说明研究对象内能减小。

Q——研究对象吸收的热量，单位焦耳（J），如果为负数，则说明研究对象向外释放热量。

在自然态下，Q传导具有方向性，即只能从高温物体向低温物体传递热量。

W——外界对研究对象做的功，单位焦耳（J），如果为负数，则说明研究对象对外界做功。

热力学第一定律理解误区之吸热内能一定增加？老师：并非如此。

如果对外做功，内能可能不变，甚至减小。

物体的内能是变大还是变小，取决于两个外在因素，其一是吸收（或放出）热量，另外一个是做功。

如果吸收了10J的热量，向外界做了20J的功，物体的内能不会增加，反而会减小（减小10J）。

热力学第一定律深入理解之温度与分子平均动能关系老师：分子平均动能Ek与热力学温度T是正比例关系，即分子平均动能Ek越大，热力学温度T就越大。

分子平均动能Ek是微观表现方式，而热力学温度T是宏观表现方式。

热力学第一定律深入理解之做功与气体体积关系老师：W与气体的体积相关，V减小，则是外界对气体做正功（压缩气体）。

反之，V增大，则是外界对气体做负功（气体膨胀向外界做功）。

热力学第一定律深入理解之能量守恒定律在热学的变形式老师：从热力学第一定律公式来看：△U=W+Q这与能量守恒定律是一致的。

能量守恒定律的内容是：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只能从一个物体传递给另一个物体，而且能量的形式也可以互相转换。

在热学领域，物体内能改变同样遵守能量守恒定律。

物体内能的增加，要么是伴随着外界做功，要么是由外界热量传导引起的。

在物体A内能增加的同时，物体B因为向A做功能量减小，或者物体C把自身内能以热量形式向物体A传导，自身能量减小。

第二章 热力学第一定律一、目的及要求：掌握热力学第一定律在闭口系统及开口系统的表达式，掌握状态参数热力学能U 及焓H 的含义，掌握各种功（流动功、推动功、容积变化功、技术功等）的含义。

二、内容：2.1热力学第一定律的实质 2.2热力学能和总能 2.3能量的传递与转化 2.4焓及热力学第一定律的基本能量方程式 2.5 开口系统的能量方程式及能量方程式的应用三、重点及难点：2.1 深入理解热力学第一定律的实质，熟练掌握热力学第一定律及其表达式。

能够正确、灵活地应用热力学第一定律表达式来分析计算工程实际中的有关问题。

2.2 掌握能量、储存能、热力学能、总能的概念。

2.3 掌握体积变化功、推动功、轴功和技术功的要领及计算式。

2.4 注意焓的引出及其定义式。

四、主要外语词汇：enthalpy, first law of thermodynamics,五、本章节采用多媒体课件六、复习思考题及作业：思考题：1、热力学第一定律的实质是什么？2、闭口系热力学第一定律的两个数学表达式q du w δδ=+和t q dh w δδ=+的适用范围有何不同？3、工质进行膨胀时是否必须对工质加热？工质吸热后热力学能是否一定增加？对工质加热其温度反而降低是否有可能？4、膨胀功、推动功、轴功和技术功四者之间有何联系和区别？5、为什么推动功出现在开口系能量方程式中，而不出现在闭口系能量方程式中？6、什么是焓？它的物理意义是什么？为什么说它是工质的状态参数？7、如图中过程1-2与过程1-a-2，有相同的初态和终态，试比较两过程的功谁大谁小？热量谁大谁小？热力学能的变化量谁大谁小？8、如图所示一内壁绝热的容器，中间用隔板分为两部分，A 中存有高压空气，B 中保持高度真空。

如果将隔板抽出，容器中空气的热力学能如何变化？为什么？作业：2－3，2－5,2－6,2－8,2－9,2－11，2－12第二章热力学第一定律热力学第一定律是热力学的基本定律之一，它给出了系统与外界相互作用过程中，系统能量变化与其它形式能量之间的数量关系。

热力学第一定律的内容及公式
热力学第一定律是热力学很重要的定律，简称为第一定律。

热力学第一定律是物理和化学中最基本也是最重要的定律，概括地说，它指出了总热量是不可消失的，即能量守恒定律。

它是由德国物理学家莱布尼兹在1850年发现的。

热力学第一定律指出，内能系统内所有物质之间的总热量交换是不可消失的，即总热量守恒定律，在反应过程中能量不会消失，它只能以动能形式存在，也就是说，能量可以有很多形式存在，但是总量是不变的。

它可以用如下的公式来表示：
E=q+w
其中，E表示热力学第一定律定义的能量总量；q表示热量；w
表示功能。

热力学第一定律可以用来解释诸如内能的变化、热动力学中的功能过程、经典热力学定律的发展，以及熵的概念。

它的应用还可以普遍用于热力学和热工程的其他领域。

所有的能量转换都可以用热力学第一定律进行表述，即能量在某种形式变换到另一种形式的守恒定律。

比如，当将动能转化为功能，则q+w=E，即动能变为功能的过程中，能量总量E是不变的。

当功能转化为动能，则q-w=E，即功能变为动能的过程中，能量总量E也是不变的。

总之，热力学第一定律是一个重要的定律，它表明能量总量在任何过程中都是守恒的，它是对物理和化学中反应过程能量变化的最基
本的定律。

热力学第一定律解释了热力学和热工程中诸如内能的变化、热动力学中的功能过程、熵的性质及其变化的原理，在热力学和热工程的理论和应用方面有着重要的意义。

选择性必修第三册第三章热力学定律知识点热力学第一定律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．2.表达式ΔU＝Q＋W.在热力学第一定律的表达式中，U∆是系统的内能的变化量，U∆为正,表示系统内能增加, U∆为负,表示系统内能减少。

Q为正, 表示系统从外界吸收热量；Q为负, 表示系统向外界放出热量；当系统的变化是绝热过程时，Q=0。

物体的体积变大，W为正, 表示外界对系统做正功,；物体体积变小，W为负, 表示系统对外界做正功或者表示外界对系统做负功；物体的体积不变，W=0。

3．应用热力学第一定律解题的一般步骤(1)选择研究对象；(2)确定初末状态；(3)根据符号法则写出W、Q、ΔU中的已知量；(4)根据ΔU＝W＋Q写出方程；(5)求解、答。

一般情况功的计算用力学知识；对于做等压变化的气体可用公式V=pW∆来计算，其中p为气体的压强，Vp-图像中，∆是气体的体积变化；在气体的Vp-中的“面积”。

W在数值上等于V对于一定质量的理想气体，内能只是温度的函数，气体的温度升高；内能增大，气体的温度降低，内能减小；气体的温度不变，内能不变。

基础必做练习【1】关于内能的变化，以下说法正确的是(C)A．物体吸收热量，内能一定增大B．物体对外做功，内能一定减少C．物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变D．物体放出热量，同时对外做功，内能可能不变【2】(多选)下列过程可能发生的是(ABD)A．物体吸收热量，对外做功，同时内能增加B．物体吸收热量，对外做功，同时内能减少C．外界对物体做功，同时物体吸热，内能减少D．外界对物体做功，同时物体放热，内能增加【3】一定质量的气体在某一过程中，外界对气体做了8×104×105 J，则下列各式正确的是(B)A．W＝8×104 J，ΔU×105 J，Q＝4×104 JB．W＝8×104 J，ΔU×105 J，Q＝－2×105 JC．W＝－8×104 J，ΔU×105 J，Q＝2×104 JD．W＝－8×104 J，ΔU×105 J，Q＝－4×104 J【4】如图所示是密闭的汽缸，外力推动活塞P压缩一定质量的理想气体，对缸内气体做功800 J，同时气体向外界放热200 J，缸内气体的(A)A．温度升高，内能增加600 JB．温度升高，内能减少200 JC．温度降低，内能增加600 JD．温度降低，内能减少200 J【5】(多选)二氧化碳是导致“温室效应”的主要原因之一，目前专家们正在研究二氧化碳的深海处理技术．在某次实验中，将一定质量的二氧化碳气体封闭在一个可自由压缩的导热容器中，将容器缓慢移到海水某深处，气体体积减为原来的一半，不计温度的变化，二氧化碳可视为理想气体，则此过程中(BC) A．封闭气体对外界做正功B．封闭气体向外界传递热量C．封闭气体分子的平均动能不变D．封闭气体从外界吸收热量【6】一定质量的气体从外界吸收了50 J的热量，同时对外做功100 J，则物体的内能________(填“增加”或“减少”)________ J.答案减少50【7】如图所示，快速推动活塞对汽缸内气体做功10 J，气体内能改变了多少？若保持气体体积不变，汽缸向外界传递10 J的热量，气体内能改变了多少？若推动活塞对汽缸内气体做功10 J的同时，汽缸向外界传递10 J的热量，气体的内能改变了多少？答案内能增加了10 J；减少了10 J；没改变．【8】(2020·济南市期中)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(B)A．400 J B．1200 J C．2 000 J D．2 800 J【9】(多选)用密封性好、充满气体的塑料袋包裹易碎品，如图所示，充气袋四周被挤压时，假设袋内气体与外界无热交换，则袋内气体(AC)A．体积减小，内能增大B．体积减小，压强减小C．对外界做负功，内能增大D．对外界做正功，压强减小【10】(2020·天津市期中)如图所示，一定质量的理想气体，由状态a等压变化到状态b，再从b等容变化到状态c，a、c两状态温度相等．下列说法正确的是(D) A．从状态b到状态c的过程中气体吸热B．气体在状态a的内能大于在状态c的内能C．气体在状态b的温度小于在状态a的温度D．从状态a到状态b的过程中气体对外做正功【11】(2020·济南市期末)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)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综合提升练习【1】(多选)×104×104 J，则下列关于理想气体的说法正确的是(AD)A．气体温度一定升高B．气体的内能一定减少C．气体的压强一定不变D．分子间平均距离一定增大【2】(多选)夏天，从湖底形成一个气泡，在缓慢上升到湖面的过程中没有破裂，如图.若越接近水面，湖内水的温度越高，大气压强没有变化，将气泡内气体看作理想气体．则上升过程中，以下说法正确的是(AB)A．气泡内气体对外界做功B．气泡内气体分子平均动能增大C．气泡内气体温度升高导致放热D．气泡内气体的压强可能不变【3】(多选)(2020·山东高二期中)如图为一消毒水简易喷洒装置，内部装有一定量的水，水上部是密封的空气，喷洒口管径细小．现保持阀门紧闭，通过打气筒再充入一些空气．设所有过程温度保持不变，下列说法正确的有(ACD) A．充气后，密封气体分子单位时间撞击器壁次数增多B．充气后，密封气体的分子平均动能增大C．打开阀门后，密封气体对外界做正功D．打开阀门后，密封气体从外界吸热【4】(多选)(2020·南和县第一中学高二期中)一定质量的理想气体，经历如图所示的循环，该过程每个状态视为平衡态，各状态参数如图所示，已知a×10－3 m3，则下列说法正确的是(BD)A．各状态气体体积V a＝V b＞V c＝V dB．b→c过程中，气体吸热C．c→d过程中，气体内能增加D．d→a过程中，外界对气体做功200 J【5】(2020·安徽省二模)一定质量的理想气体从状态A变化到状态B，再变化到状态C，其状态变化过程的p－V图像如图所示．已知该气体在状态A时的温度为27 ˚C，气体由状态B到C过程从外界吸收热量Q＝300 J，求：(1)该气体在状态C时的温度；(2)该气体从状态B到状态C的过程中内能变化量．答案(1)300 K(2)100 J【6】(2020·长郡中学高二月考)一定质量的理想气体，状态从A→B→C→D→A 的变化过程可用如图所示的p－V图线描述，其中D→A为等温线，气体在状态A时温度为T A＝300 K，试求：(1)气体在状态C时的温度T C；(2)若气体在A→B过程中吸热1 000 J，则在A→B过程中气体内能如何变化？变化了多少？答案(1)375 K(2)气体内能增加了400 J【7】(2020·福建期末)研究表明，新冠病毒耐寒不耐热，温度在超过56 ˚C时，30分钟就可以灭活．如图，含有新冠病毒的气体被轻质绝热活塞封闭在绝热汽缸下部a内，汽缸顶端有一绝热阀门K，汽缸底部接有电热丝E.a缸内被封闭气体初始温度t1＝27 ˚C，活塞位于汽缸中央，与底部的距离h1＝60 cm，活塞和汽缸间的摩擦不计．(1)若阀门K始终打开，电热丝通电一段时间，稳定后活塞与底部的距离h2＝66 cm，持续30分钟后，试分析说明a内新冠病毒能否被灭活？(2)若阀门K始终闭合，电热丝通电一段时间，给a缸内气体传递了Q×104 J的热量，稳定后气体a内能增加了ΔU×103 J，求此过程气体b的内能增加量．答案×103 J。

高二物理选修3-3 热力学第一定律【知识要点】1.热力学第一定律（1）.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。

其数学表达式为：ΔU=W+Q（2）.与热力学第一定律相匹配的符号法则（3）热力学第一定律说明了做功和热传递是系统内能改变的量度，没有做功和热传递就不可能实现能量的转化或转移，同时也进一步揭示了能量守恒定律。

（4）应用热力学第一定律解题的一般步骤：①根据符号法则写出各已知量（W、Q、ΔU）的正、负；②根据方程ΔU=W+Q求出未知量；③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.能量守恒定律⑴能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中其总量不变。

这就是能量守恒定律。

⑵热力学第一定律、机械能守恒定律都是能量守恒定律的具体体现。

⑶能量守恒定律适用于任何物理现象和物理过程。

3.第一类永动机不可能制成任何机器运动时只能将能量从一种形式转化为另一种形式，而不可能无中生有地创造能量，即第一类永动机是不可能制造出来的。

【典型例题】例1．一定量的气体在某一过程中，外界对气体做了8×104J的功，气体的内能减少了1.2×105J，则下列各式中正确的是（）A.W=8×104J，ΔU =1.2×105J ，Q=4×104JB.W=8×104J，ΔU =－1.2×105J ，Q=－2×105JC.W=－8×104J，ΔU =1.2×105J ，Q=2×104JD.W=－8×104J，ΔU =－1.2×105J ，Q=－4×104J例2．一定质量的理想气体经过一系列过程，如图所示．下列说法中正确的是( )a→过程中，气体体积增大，压强减小，气体吸热A.bb→过程中，气体压强不变，体积增大，气体对外做功B.cC.a c →过程中，气体压强增大，体积变小，气体吸热D.a c →过程中，气体内能增大，体积不变例３．水在1个标准大气压下沸腾时，汽化热为L=2264 J/g ，这时质量m=1g 的水变为水蒸气，其体积由V1=1.043 cm3变为V2=1676 cm3，在该过程中水增加的内能是多少？例4．“和平号”空间站己于2001年3月23日成功地坠落在南太平洋海域，坠落过程可简化从为一个近圆轨道（可近似看作圆轨道）开始．经过与大气摩擦，空间站的大部分经过升温、熔化、最后汽化而销毁，剩下的残片坠入大海．此过程中，空间站原来的机械能中除一部分用于销毁和一部分被残片带走外，还有一部分能量Ｅ’通过其他方式散失（不考虑坠落过程中化学反应的能量）．（1）试导出下列各物理量的符号表示散失能量Ｅ’的公式． （2）算出Ｅ’的数值（结果保留两位有效数字）． 坠落开始时空间站的质量Ｍ＝1. 57×105㎏； 轨道离地面的高度为h =146km ； 地球半径为Ｒ＝6.4×106m ；坠落空间范围内重力加速度可看作g =10m/s 2； 入海残片的质量m =1.2×104㎏； 入海残片的温度升高△Ｔ＝3000K ； 入海残片的入海速度为声速v =340m/s ；空间站材料每1千克升温1k 平均所需能量Ｃ=1.0×103J ； 每销毁1千克材料平均所需能量7100.1⨯=μJ【当堂反馈】１．如题图，某同学将空的薄金属筒开口向下压入水中。

高二物理热力学第一定律能量守恒定律【三维目标】[知识与技能]1、了解热力学第一定律，会用其数学表达式进展简单计算；2、理解热力学第一定律公式中各量的正负号的含义3、理解能量守恒定律，能应用其解释一些现象；4、知道第一类永动机是不可能制成的,它违反了能量守恒定律。

[过程与方法]1.结合实例，引导学生自己归纳出热力学第一定律ΔU =W+Q以与ΔU、W、Q正负号的意义，注重过程的探讨，培养学生应用所学知识分析问题的能力。

2. 能量守恒定律是自然科学的根本定律之一，应用能量守恒的观点来分析物理现象、解决物理问题是很重要的物理思维方法。

[情感、态度与价值观]1．通过了解能量守恒定律确立的过程，体会科学家们探索物理规律的艰辛，培养学生勇于探索、不畏困难的意志品志。

2．通过了解第一类永动机不可能制成，使学生明白“不想付出，却想获得〞是不可能的，要想有所成就，就必须付出加倍的努力。

【重点难点】[重点]热力学第一定律和能量守恒定律，强调能量守恒定律是自然科学中最根本的定律。

学会运用热力学第一定律和能量守恒定律分析、计算一些物理习题。

[难点]1.热力学第一定律中各个物理量正负的取值.2.运用能的转化和守恒定律对具体的自然现象进展分析，并能够说明能量是怎样转化的. 【新课导入】通过前面两节的学习，我们明确了做功和热传递都可以改变物体的内能，它们的最终目的都是使物体的内能发生变化。

反过来讲，如果一个物体的内能发生了变化，我们能否判断出其变化的原因是做功还热传递呢？这又说明了什么？生：不能。

说明二者在改变物体内能方面是等效的。

师：如果做功和热传递同时进展，△Ｕ、W、Q之间有什么样的数量关系呢？导语二：打个比方，甲如果给我三块钱，乙不给我钱，那么我身上就增加了三块钱，如果甲不给我钱，乙给我五块钱，那么我身上就增加了五块钱，如果甲乙同时分别给我三块钱和五块钱，那么我身上就增加了八块钱。

对于一个热力学系统来讲，如果外界向它做功的同时也向它传递热量，那么它的内能变化是多少呢？【互动探究】1．热力学第一定律（1）定义：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功的和。