1 甲
乙 第二节 热力学第一定律 学案
班级 姓名 2014/3/12
【学习目标】
1. 理解热力学第一定律的内容及表达式，并能进行简单的计算。
2. 会用热力学第一定律分析、解释有关的物理问题。
【学习过程】
一、热力学第一定律
1. 热力学第一定律：如果物体和外界同时发生做功和热传递的过程，那么物体内能的增加ΔU就等于 和 之和。
2.公式：ΔU= 。
其中，ΔU表示 ，Q表示 ，W表示 。
3.公式中各量正负号的意义
+（>0） -(<0)
W
Q
ΔU
例1. 一定质量的气体，在被压缩的过程中外界对气体做功３００ J，但这一过程中气体的内能减少了300 J，问气体在此过程中是吸热还是放热？吸收（或放出）多少热量？
二、热力学第一定律在理想气体中的应用
理想气体的特点：由于理想气体不计分子间的作用力，也就忽略了分子的势能，所以理想气体的内能只是分子热运动
的总和，理想气体的内能只跟
有关。
1. 绝热过程
（1）绝热系统：不与外界发生热交换的系统
（2）写出绝热系统的热力学第一定律表达式：
（3）如何改变一个绝热系统的内能？
气体与外界无热交换，Q= 。体积膨胀，外界对气体做 （正、负）功，内能 ；体积压缩，外界对气体做 （正、负）功，内能 。
例2．(单选)如图所示活塞将气缸分成两气室，气缸和活塞（连同拉杆）都是绝热的，且不漏气，以E甲、E乙分别表示甲、乙两气室中气体的内能，则在将拉杆缓慢向外拉的过程中：（ ） 2
A．E甲不变，E乙减小
1 甲
乙 第二节 热力学第一定律 学案
班级 姓名 2014/3/12
【学习目标】
1. 理解热力学第一定律的内容及表达式，并能进行简单的计算。
2. 会用热力学第一定律分析、解释有关的物理问题。
【学习过程】
一、热力学第一定律
1. 热力学第一定律：如果物体和外界同时发生做功和热传递的过程，那么物体内能的增加ΔU就等于 和 之和。
2.公式：ΔU= 。
其中，ΔU表示 ，Q表示 ，W表示 。
3.公式中各量正负号的意义
+（>0） -(<0)
W
Q
ΔU
例1. 一定质量的气体，在被压缩的过程中外界对气体做功３００ J，但这一过程中气体的内能减少了300 J，问气体在此过程中是吸热还是放热？吸收（或放出）多少热量？
二、热力学第一定律在理想气体中的应用
理想气体的特点：由于理想气体不计分子间的作用力，也就忽略了分子的势能，所以理想气体的内能只是分子热运动
的总和，理想气体的内能只跟
有关。
1. 绝热过程
（1）绝热系统：不与外界发生热交换的系统
（2）写出绝热系统的热力学第一定律表达式：
（3）如何改变一个绝热系统的内能？
气体与外界无热交换，Q= 。体积膨胀，外界对气体做 （正、负）功，内能 ；体积压缩，外界对气体做 （正、负）功，内能 。
例2．(单选)如图所示活塞将气缸分成两气室，气缸和活塞（连同拉杆）都是绝热的，且不漏气，以E甲、E乙分别表示甲、乙两气室中气体的内能，则在将拉杆缓慢向外拉的过程中：（ ） 2
A．E甲不变，E乙减小
第五章 热力学第一定律
５-1 ０．０２０kg的氦气温度由１７℃升为２７℃，若在升温过程中：（１）
体积保持不变；（２）压强保持不变；（３）不与外界交换热量，试分别求出气
体内能的改变，吸收的热量，外界对气体所作的功，设氦气可看作理想气体，且
Ｃv＝R
23
．
解：理想气体内能是温度的单值函数，三过程中气体温度的改变相同，所以
内能的改变也相同，为：
ΔＵ＝)(
12TTCM
V
＝)(
12ttCM
V
＝J25.623)1727(
31.823
420
热量和功因过程而异，分别求之如下：
(1)等容过程：Ｖ＝常量 Ａ＝０
由热力学第一定律，Ｑ＝ΔＵ
(2)等压过程 Ｑ＝)(
12TTCM
P
＝１０３８．７５Ｊ
由热力学第一定律， Ａ＝ΔＵ-Q=623.25-1038.75=-415.5J
负号表示气体对外作功。
(3)绝热过程
Q=0
由热力学第一定律A=ΔU
5-2 分别通过下列过程把标准状态下的0.014kg氮气压缩为原体积的一半:(1)
等温过程；（２）绝热过程；（３）等压过程，试分别求出在这些过程中气
体内能的改变，传递的热量和外界对气体所作的功，设氮气可看作理想气体．且Ｃｖ＝R
25
解：把上述三过程分别表示在Ｐ－Ｖ图上；（１）等温过程，理想气体内能
是温度的单值函数，过程中温度不变，故：ΔU＝０ Ａ＝
12
1ln
VV
RT＝
21
1ln
VV
RTM
＝2ln27331.8
2814
＝７８６Ｊ
由热一：Ｑ＝－Ａ＝－７８６Ｊ 负号表示系统向外界放热
（２）绝热过程 Ｑ＝０ 由Ｔ１V
2r-1=T
2V
2γ-1 或T
2=T
1(V
1/V
2)γ-1
得△U= J
VV
CM
TTCM
v
VV906)2(27331.8
25
2814
]1)[()(14.11
21
12
由热力学第一定律A=ΔU
另外,也可由A=)(
11
1122VpVp
及p
１V
1γ=p
２V
2γ 先求得A
(３)等压过程,有 V
第2章 热力学第一定律
思考题
1．判断下列6个过程中，哪些是可逆过程?
（1）用摩擦的方法生电；
（2）房间内一杯水蒸发为蒸汽；
（3）水在沸点时变成同温、同压的蒸汽；
（4）在等温等压下混合N2(g)和O2(g)；
（5）恒温下将1mol水倾入大量溶液中，溶液浓度未变；
（6）水在冰点时变成同温、同压的冰。
2．下面两种说法是否正确？
（1）状态固定后状态函数都固定，反之亦然。
（2）状态改变后，状态函数一定都改变。
3．因为△U=QV，△H=Qp，所以QV，Qp是特定条件下的状态函数。这种说法对吗？
4．气缸内有一定量理想气体，反抗一定外压做绝热膨胀，则△H=Qp=0。这种说法对不对？
5．理想气体绝热可逆和绝热不可逆过程的功，都可用公式W=CV△T计算，两种过程的功是否一样？
6．请指出下面所列公式的适用条件：
（1）△H=Qp；（2）△U=QV；（3）21VlnVWnRT
7．用热力学概念判断下列各过程中功、热、热力学能和焓的变化值。第一定律△U= Q-W。
（1）理想气体自由膨胀；
（2）Zn(s) + 2HCl(l) = ZnCl2 + H2(g)进行非绝热等压反应；
（3）H2(g) + Cl2(g) = 2HCl(g)在绝热钢瓶中进行；
（4）常温、常压下水结成冰(273.15K，101.325kPa）
8．在相同的温度和压力下，一定量氢气和氧气从4种不同的途径生成相同终态的水：（1）氢气在氧气中燃烧；（2）爆鸣；（3）氢氧热爆炸；（4）氢氧燃料电池。请问这4种变化途径的热力学能和焓的变化值是否相同？
9．一定量的水，从海洋蒸发变为云，云在高山上变为雨、雪，并凝结成冰。冰、雪融化变成水流入江河，最后流入大海。整个循环，水的热力学能和焓的变化是多少？
10．298K，101kPa压力下，一杯水蒸发为同温、同压的蒸汽是不可逆过程。试将它设计成可逆过程。
概念题
1．对于理想气体的热力学能有下述4种理解：
