熱力學第一定律一、熱力學第一定律1．內能改變的兩種方式⑴功和內能變化的關系從19世紀30年代起，人們逐漸認識到，為了使系統的熱學狀態發生變化，既可以向它傳熱，也可以對它做功。從1840年起，英國物理學家焦耳進行了多種多樣的實驗，以求精確測定外界對系統做功和傳熱對于系統狀態的影響，以及功與熱量的相互關系。①絕熱過程：系統變化過程中，只由于做功而與外界交換能量，它不從外界吸熱，也不向外界放熱，這樣的過程叫做絕熱過程。②焦耳的實驗表明，要使系統狀態通過絕熱過程發生變化，做功的數量只由始末兩個狀態決定，而與功的方式無關。③當系統從某一狀態經過絕熱過程達到另一狀態時，內能的增加量就等于外界對系統所做的功，用式子表示為。⑵熱量和內能變化的關系不僅對系統做功可以改變系統的熱力學狀態，單純的對系統傳熱也能改變系統的熱力學狀態。所以，熱量是在單純的傳熱過程中系統內能變化的量度。當系統從狀態1經過單純的傳熱到達狀態2，內能的增加量就等于外界向系統傳遞的熱量，即。⑶改變物體內能的兩種方式的比較做功熱傳遞內能變化外界對物體做功，物體的內能增加；物體對外界做功，物體的內能減少物體吸收熱量，內能增加；物體放出熱量，內能減少本質其它形式的能與內能之間的轉化不同物體間或同一物體不同部分之間內能的轉移相互聯系做一定量的功或傳遞一定量的熱在改變內能的效果上是相同的典例精講【例1.1】（吉陽區校級月考）關于熱傳遞，下列說法中正確的是（）A．熱傳遞的實質是溫度的傳遞 B．物體間存在著溫度差，才能發生熱傳遞 C．熱傳遞可以在任何情況下進行 D．物體內能發生改變，一定是吸收或放出了熱量【分析】改變內能的兩種方式為熱傳遞和做功，其中熱傳遞的實質是能量的傳遞，而且必須在有溫度差的情況下進行。【解答】解：A、熱傳遞的實質是能量的傳遞。故A錯誤；B、物體間存在著溫度差，才能發生熱傳遞。故B正確；C、熱傳遞必須在有溫度差的情況下進行。故C錯誤；D、物體的內能發生了改變，可能是由于發生了熱傳遞，也可能是由于做功導致的。故D錯誤；故選：B。2．熱力學第一定律⑴內容：一個熱力學系統的內能增量等于外界向它傳遞的熱量與外界對它做功之和⑵表達式：⑶符號規定：①外界對系統做功，；系統對外界做功②系統從外界吸收熱量，；系統向外界放出熱量③系統內能增加，，系統內能減少，典例精講【例2.1】（豐臺區一模）下列說法正確的是（）A．氣體的溫度升高，每個氣體分子的運動速率都會增大 B．從微觀角度講，氣體壓強只與氣體分子的密集程度有關 C．當分子力表現為引力時，分子勢能隨分子間距離的增大而增大 D．若一定質量的氣體膨脹對外做功50J，則內能一定減少50J【分析】溫度是分子平均動能的標志，溫度升高，氣體分子的平均動能會增大，但溫度對單個分子來說沒有意義，即當氣體溫度升高時，有的分子的速率可能增大，有的分子的速率可能減小，有的分子的速率可能不變；從微觀角度講，氣體壓強與氣體分子的密集程度和分子平均動能有關；通過分子力做功分析分子勢能變化；改變物體內能方式時做功和熱傳遞，然后根據熱力學第一定律分析物體內能變化。【解答】解：A、溫度是分子平均動能的標志，溫度升高，氣體分子的平均動能會增大，但溫度對單個分子來說沒有意義，即當氣體溫度升高時，有的分子的速率可能增大，有的分子的速率可能減小，有的分子的速率可能不變；故A錯誤；B、從微觀角度講，氣體壓強與氣體分子的密集程度和分子平均動能有關，故B錯誤；C、當分子力表現為引力時，隨著分子距離增大，引力做負功，分子勢能增大，故C正確；D、氣體膨脹，氣體對外做功，W＝﹣50J，根據熱力學第一定律得：△U＝W+Q＝﹣50+Q，由于吸放熱情況不確定，故內能變化不確定，故D錯誤；故選：C。【例2.2】（黃山三模）下面說法正確的是（）A．飽和蒸汽壓隨溫度的升高而增大 B．單晶體在某些物理性質上具有各向異性 C．一定量的理想氣體從外界吸熱，其內能一定增加 D．液體溫度越高，懸浮顆粒越小，布朗運動越劇烈 E．當分子之間作用力表現為斥力時，分子力隨分子間的距離增大而增大【分析】飽和汽壓跟溫度有關，跟體積無關；晶體有單晶體和多晶體兩種，單晶體各向異性，而多晶體各向同性；分子力與分子間距離之間的關系比較復雜，分子間距離增大，分子力不一定減小；做功與熱傳遞都可以改變物體的內能；影響布朗運動的劇烈程度的因素是溫度、固體小顆粒的大小。【解答】解：A、液體的飽和汽壓僅僅與溫度有關，隨溫度的升高而增大，故A正確。B、單晶體在某些物理性質上具有各向異性，而多晶體和非晶體是各向同性的。故B正確；C、一定量的理想氣體從外界吸熱，若同時對外做功，其內能不一定增加。故C錯誤。D、影響布朗運動的劇烈程度的因素是溫度、固體小顆粒的大小；液體溫度越高，懸浮顆粒越小，布朗運動越劇烈。故D正確；E、分子力與分子之間的距離關系比較復雜，隨著分子間距離的增大，分子間作用力不一定減小；當分子表現為斥力時，分子之間的距離增大，分子力減小。故E錯誤。故選：ABD。【例2.3】（賓陽縣校級月考）關于熱力學定律，下列說法正確的是（）A．氣體吸熱后溫度一定升高 B．理想氣體等壓膨脹過程一定放熱 C．熱量不可能自發地從低溫物體傳到高溫物體 D．如果兩個系統分別與狀態確定的第三個系統達到熱平衡，那么這兩個系統彼此之間也必定達到熱平衡【分析】根據理想氣體狀態方程結合熱力學第一定律判斷吸放熱；熱量能自發地從高溫物體傳到低溫物體，但不能自發地從低溫物體傳到高溫物體；熱力學第零定律：如果兩個系統分別與第三個系統達到熱平衡，那么這兩個系統彼此之間必定處于熱平衡；【解答】解：A、物體吸熱后溫度不一定升高，如冰熔化，冰吸收熱量，但溫度不變，故A錯誤；B、A、由pVTC、熱量能自發地從高溫物體傳給低溫物體，不能自發地從低溫物體傳給高溫物體，故C正確；D、如果兩個系統分別與第三個系統達到熱平衡，那么這兩個系統彼此之間必定處于熱平衡，故D正確；故選：CD。【例2.4】（惠城區校級模擬）下列說法中正確的是（）A．圖1為氧氣分子在不同溫度下的速率分布圖象，由圖可知狀態①的溫度比狀態②的溫度高 B．圖2為一定質量的理想氣體狀態變化的P﹣V圖線，由圖可知氣體由狀態A變化到B的過程中，氣體分子平均動能先增大后減小 C．圖3為分子間作用力的合力與分子間距離的關系，可知當分子間的距離r＞r0時，分子勢能隨分子間的距離增大而增大 D．液體表面層中分子間的距離比液體內部分子間的距離大；附著層內液體分子間的距離小于液體內部分子間的距離 E．一定質量的理想氣體在等壓膨脹過程中，氣體內能增加的同時向外界釋放熱量【分析】溫度是分子平均動能的標志，溫度升高分子的平均動能增加，不同溫度下相同速率的分子所占比例不同；根據氣體狀態方程pVT【解答】解：A、由圖可知，①中速率大分子占據的比例較大，則說明①對應的平均動能較大，故①對應的溫度較高，故A正確。B、直線AB的斜率k=?12pV=?1根據pV＝CT，可知C不變，pV越大，T越高。狀態在（5，52C、由分子間作用力的合力與分子間距離的關系圖象知，r＞r0時分子力表現為引力，分子間的距離增大，分子力做負功，分子勢能增加，所以當分子間的距離r＞rD、液體表面層中分子間的距離比液體內部分子間的距離大，表現為引力；附著層內液體分子間距離小于液體內部分子間的距離，分子力表現為斥力，附著層有擴展的趨勢，表現為浸潤，如果附著層內液體分子間的距離大于液體內部分子間的距離，分子力表現為引力，附著層有收縮的趨勢，表現為不浸潤，故D錯誤；E、一定質量的理想氣體等壓膨脹的過程中，體積增大，溫度升高，內能增加△U＞0，膨脹過程中氣體對外做功W＜0，根據熱力學第一定律△U＝Q+W知Q＞0，即氣體內能增加的同時從外界吸熱，故E錯誤；故選：ABC。【例2.5】（云南二模）下列說法中正確的是（）A．氣體如果失去了容器的約束就會散開，這是因為氣體分子之間存在勢能的緣故 B．物體溫度升高時，速率小的分子數目減小，速率大的分子數目增多 C．一定量的100℃的水變成100℃的水蒸氣，其分子平均動能增加 D．物體從外界吸收熱量，其內能不一定增加 E．液晶的光學性質具有各向異性【分析】氣體分子間距離比較大，分子間作用力小，所以氣體分子容易散開．物體溫度升高時，速率小的分子數目減小，速率大的分子數目增多．溫度是分子平均動能的標志．做功和熱傳遞都能改變物體的內能．液晶的光學性質具有各向異性．【解答】解：A、氣體分子間的距離比較大，甚至可以忽略分子間作用力，分子勢能也就可以忽略不計，所以氣體在沒有容器約束的情況下散開是分子無規則運動的結果。故A錯誤。B、在一定溫度下，分子速率大小按一定的統計規律分布，物體溫度升高時，速率小的分子數目減小，速率大的分子數目增多，故B正確。C、100℃的水變成100℃的水蒸氣，溫度不變，其分子平均動能不變，故C錯誤。D、做功和熱傳遞都能改變物體的內能，根據熱力學第一定律知，物體從外界吸收熱量，其內能不一定增加，故D正確。E、液晶的光學性質具有晶體的各向異性，故E正確。故選：BDE。3．能量守恒定律能量既不能憑空產生，也不能憑空消失，它只能從一種形式轉化為另一種形式，或者從一個物體轉移到另一個物體，在轉化和轉移的過程中，其總量保持不變。典例精講【例3.1】（越城區校級月考）電動車以電力為能源，一般使用鉛酸電池或鋰離子電池進行供電；太陽能電動車在此基礎上，將太陽能轉化成電能對車供電，很大程度上降低了電動車的使用成本，而且非常環保。太陽能電動車能量管理系統軟件程序不僅要能夠監測和記錄傳感器的輸入，而且還應包括有電動源組在內的電動汽車功能模塊，這個模塊系統以電動源組、控制系統和負載為主要對象，通過優化計算，可以使電動車在任何速度和負載下都達到最佳的運行效率。現假設太陽能電動車的電能可以全部輸出且輸出功率恒定，已知太陽光垂直照射到地面上時，單位面積的輻射功率為P0，太陽能電池的光電轉換效率為n，電池板面積為S，太陽能電動車質量為m，在水平公路上行駛時所受的阻力恒定，經過時間t，太陽能電動車達到了最大行駛速度vm．在時間t內太陽能電動車行駛的距離為（）A．X=vB．X=vC．X=vD．X=【分析】先求出電動車的最大功率為P＝nP0S，當牽引力和阻力相等時，有最大速度vm，利用vm=P【解答】解：電動車的最大功率為P＝nP0S，當牽引力和阻力相等時，有最大速度vm，vm=Pf，得f=Pvm=n故選：D。【例3.2】（臨沂月考）為測算太陽輻射到地面的輻射能，某校科技實驗小組的同學把一個橫截面積是300cm2的矮圓筒的內壁涂黑，外壁用保溫材料裹，內裝水0.6kg。讓陽光垂直圓筒口照射2min后，水的溫度升高了1攝氏度。由此估算在陽光直射時地面上每平方米每分鐘接受的太陽能（水的比熱容為4.2×103J/（kg?°C）（）A．4.2×104J B．4.2×103J C．4.2×102J D．4.2J【分析】先算出圓筒內的水經過2mm照射后，內能的增加，再算出每分每平方厘米獲得的能量。【解答】解：圓筒內的水經過2mm照射后，增加的內能為△U＝Q＝cm△t，其中c＝4.2×103J/（kg?℃）所以△U＝4.2×103×0.6×1J＝2.5×103J每分獲得的能量為2.5×103J÷2min＝1.25×103J/min圓筒面積S＝3×10﹣2m2＝3×102cm2地球每分每平方厘米獲得的能量為1.25×103÷（3×102）J/（min?cm2）＝4.2J/（min?cm2）每分每平方米獲得的能量為4.2×104J/（min?m2）故A正確，BCD錯誤。故選：A。【例3.3】（深圳期末）下列有關能量的描述正確的是（）A．“又要馬兒跑得快，又要馬兒不吃草”違背了能量守恒定律 B．工作中的電風扇，消耗的電能大于輸出的機械能，該過程能量不守恒 C．滑塊在粗糙的水平面上減速滑行，最終停了下來，動能消失，能量不守恒 D．同時做自由落體運動的物體，質量越大，勢能減少越快，機械能減少也越快【分析】自然界中存在不同形式的能量，各種不同形式的能量在一定條件下都可以相互轉化，同種形式能量也可在不同物體間進行轉移，在轉化和轉移的過程中，能量的總量保持不變，但是具有方向性的。【解答】解：A、馬兒跑的時候需要消耗能量，而草能夠為馬兒提供能量，因此“既要馬兒跑，又要馬兒不吃草”違背了能量轉化和守恒定律，故A正確；B、工作中的電風扇，消耗的電能大于輸出的機械能，損失的轉化為內能，該過程能量仍守恒，故B錯誤；C、滑塊在粗糙的水平面上減速滑行，最終停了下來，動能減小轉化為內能，能量守恒，故C錯誤；D、同時做自由落體運動的物體，運動的快慢與質量無關，勢能減少轉化為動能，機械能不變，故D錯誤；故選：A。隨堂練習一．選擇題（共4小題）1．（洪澤縣校級學業考試）關于物體內能的以下說法正確的是（）A．物體內能的多少可以用物體吸熱或放熱的多少來量度 B．內能大的物體熱量多 C．兩物體發生熱傳遞，達到平衡后，它們的內能必定相等 D．做功和熱傳遞對于改變物體內能是等效的2．（嘉峪關校級期末）某同學將一氣球打好氣后，不小心碰到一個尖利物體而迅速破裂，則在氣球破裂過程中（）A．氣體對外界做功，溫度降低 B．外界對氣體做功，內能增大 C．氣體內能不變，體積增大 D．氣體壓強減小，溫度升高3．（南安市校級模擬）一個帶活塞的氣缸內盛有一定量的氣體，若此氣體的溫度隨其內能的增大而升高，則（）A．將熱量傳給氣體，其溫度必升高 B．壓縮氣體，其溫度必升高 C．壓縮氣體，同時氣體向外界放熱，其溫度必不變 D．壓縮氣體，同時將熱量傳給氣體，其溫度必升高4．（廣東學業考試）關于家用電器工作時發生能量轉化的描述，下列說法正確的是（）A．電飯煲將內能轉化為電能 B．電熨斗將機械能轉化為電能 C．手搖發電機將機械能轉化為電能 D．電吹風將機械能轉化為電能二．多選題（共3小題）5．（銀川校級模擬）下列說法正確的是（）A．對于一定質量的理想氣體，體積不變時，溫度越高，氣體的壓強就越大 B．在毛細現象中，毛細管中的液面有的升高，有的降低，這與液體的種類和毛細管的材質有關 C．布朗運動就是液體分子的熱運動 D．1g水中所含的分子數目和地球上的人口總數差不多 E．做功和熱傳遞在改變物體內能上是等效的6．（鐵西區校級期末）用下述方法改變物體的內能，屬于做功的方式是（）A．搓搓手會感到水暖和些 B．汽油機氣缸內被壓縮的氣體 C．車刀切下的熾熱的鐵屑 D．物體在陽光下被曬熱7．（金安區校級模擬）以下說法中正確的有（）A．功可以全部轉化為熱，但熱量不能全部轉化為功 B．物體吸收熱量，同時對外做功，其內能可能增加 C．食鹽熔化過程中，溫度保持不變，說明食鹽是晶體 D．布朗運動是指液體分子的無規則運動 E．當分子力表現為引力時，分子勢能都隨分子間距離的增大而增大三．解答題（共2小題）8．（鹿城區校級模擬）冬天，一個大房間要維持恒定的溫度T室＝+15℃需要集中供熱型裝置的三只散熱器串聯起來（注入散熱器的是熱水）．如圖所示，同時，第一只散熱器的溫度T1＝+80℃，第三只散熱器的溫度T3＝+30℃，試問第二只散熱器的溫度T2為（假設散熱器跟房間之間的熱交換和熱水與散熱器之間的熱交換一樣，跟兩者的溫度差成正比）．9．住在非洲沙漠中的居民，由于沒有電，夏天無法用冰箱保鮮食物．當地人發明了一種簡易“沙漠冰箱”，如圖所示，它由內罐和外罐組成，兩罐之間填滿潮濕的沙子．使用時把食物放在內罐，罐上蓋上濕布，放在干燥通風的地方，并經常向內、外罐之間的沙子灑些水，這樣對內罐中的食物可以起到一定的保鮮作用．請回答：（1）經常在兩罐間灑些水的原因是．（2）放在干燥通風的地方是為了．

隨堂練習參考答案與試題解析一．選擇題（共4小題）1．（洪澤縣校級學業考試）關于物體內能的以下說法正確的是（）A．物體內能的多少可以用物體吸熱或放熱的多少來量度 B．內能大的物體熱量多 C．兩物體發生熱傳遞，達到平衡后，它們的內能必定相等 D．做功和熱傳遞對于改變物體內能是等效的【分析】物體的內能的變化可以用物體吸熱或放熱的多少來量度。熱量是熱傳遞的能量多少的量度，不是內能的量度。物體發生熱傳遞，達到平衡后，溫度相等。做功和熱傳遞對于改變物體內能是等效的。【解答】解：A、物體的內能的變化可以用物體吸熱或放熱的多少來量度，故A錯誤。B、熱量是熱傳遞的能量多少的量度，不是內能的量度，故B錯誤。C、物體發生熱傳遞，達到平衡后，溫度相等，而不是內能相等，內能除了與溫度有關，還與物質的量有關，故C錯誤。D、做功和熱傳遞對于改變物體內能是等效的，故D正確。故選：D。2．（嘉峪關校級期末）某同學將一氣球打好氣后，不小心碰到一個尖利物體而迅速破裂，則在氣球破裂過程中（）A．氣體對外界做功，溫度降低 B．外界對氣體做功，內能增大 C．氣體內能不變，體積增大 D．氣體壓強減小，溫度升高【分析】在氣球破裂過程中體積增大，對外做功，然后根據熱力學第一定律即可解答．【解答】解：在氣球破裂過程中體積增大，對外做功，由于在氣球破裂過程的時間比較短，氣體來不及吸收熱量，根據熱力學第一定律、E＝W+Q可知，氣體的內能減小，溫度降低；氣體的體積增大，溫度降低，所以壓強減小。故只有A正確。故選：A。3．（南安市校級模擬）一個帶活塞的氣缸內盛有一定量的氣體，若此氣體的溫度隨其內能的增大而升高，則（）A．將熱量傳給氣體，其溫度必升高 B．壓縮氣體，其溫度必升高 C．壓縮氣體，同時氣體向外界放熱，其溫度必不變 D．壓縮氣體，同時將熱量傳給氣體，其溫度必升高【分析】本題可根據熱力學第一定律判斷氣體內能的變化，即可判斷其溫度的變化．結合氣態方程分析溫度．【解答】解：A、將熱量傳給氣體，因改變內能有兩種方式：做功和熱傳遞，根據熱力學第一定律判斷可知，氣體的內能不一定增大，則其溫度不一定升高。故A錯誤。B、壓縮氣體，外界對氣體做功，且同時放熱，內能可能減小，則溫度就降低。故B錯誤。C、壓縮氣體，外界對氣體做功，同時氣體向外界放熱，根據熱力學第一定律可知，內能可能增大、可能不變，也可能減小，則其溫度變化是不確定的。故C錯誤。D、壓縮氣體，外界對氣體做功，同時將熱量傳給氣體，根據熱力學第一定律可知，內能一定增大，溫度一定升高。故D正確。故選：D。4．（廣東學業考試）關于家用電器工作時發生能量轉化的描述，下列說法正確的是（）A．電飯煲將內能轉化為電能 B．電熨斗將機械能轉化為電能 C．手搖發電機將機械能轉化為電能 D．電吹風將機械能轉化為電能【分析】解決此題的關鍵是弄清能量轉化過程前后的能量形式，結合影響各能量的因素分析能量轉化情況，結合具體選項進行分析。【解答】解：A、電飯煲、電熨斗都是將電能轉化為內能，故A、B錯誤。C、手搖發電機是將機械能轉化為電能，故C正確；D、電吹風是將電能轉化為機械能和內能，故D錯誤。故選：C。二．多選題（共3小題）5．（銀川校級模擬）下列說法正確的是（）A．對于一定質量的理想氣體，體積不變時，溫度越高，氣體的壓強就越大 B．在毛細現象中，毛細管中的液面有的升高，有的降低，這與液體的種類和毛細管的材質有關 C．布朗運動就是液體分子的熱運動 D．1g水中所含的分子數目和地球上的人口總數差不多 E．做功和熱傳遞在改變物體內能上是等效的【分析】理想氣體狀態方程PVT【解答】解：A、根據理想氣體狀態方程PVTB、由于不同物質之間的分子作用力性質不同，可能是引力也可能是斥力；故有毛細管中的液面有的升高，有的降低，與液體的種類和毛細管的材質有關，故B正確；C、布朗運動是懸浮在液體或氣體中固體小顆粒的無規則運動，不是液體分子的熱運動，故C錯誤；D、1g水中所含的分子數目：N=1gE、改變內能的方式有兩種，即做功和熱傳遞，在改變內能上，這兩種方式是等效的，故E正確；故選：ABE。6．（鐵西區校級期末）用下述方法改變物體的內能，屬于做功的方式是（）A．搓搓手會感到水暖和些 B．汽油機氣缸內被壓縮的氣體 C．車刀切下的熾熱的鐵屑 D．物體在陽光下被曬熱【分析】做功和熱傳遞都可以改變物體的內能，做功是能量的轉化，熱傳遞是能量的轉移，根據以上知識可解答此題．【解答】A、搓手是機械能轉化為手的內能，是通過做功方式改變物體內能的，故A選項正確；B、汽油機氣缸內被壓縮的氣體內能增加，是通過做功方式改變物體內能的，故B選項正確；C、車刀切下的熾熱的鐵屑屬于做功方式改變物體內能的，故C選項正確；D、物體在陽光下被曬熱是通過熱傳遞改變物體內能的，故D選項錯誤。故選：ABC。7．（金安區校級模擬）以下說法中正確的有（）A．功可以全部轉化為熱，但熱量不能全部轉化為功 B．物體吸收熱量，同時對外做功，其內能可能增加 C．食鹽熔化過程中，溫度保持不變，說明食鹽是晶體 D．布朗運動是指液體分子的無規則運動 E．當分子力表現為引力時，分子勢能都隨分子間距離的增大而增大【分析】明確熱力學第二定律的內容，知道逆向過程不是不可進行，而是會引起其他方面的變化；根據熱力學第一定律可以分析內能的變化；明確晶體的性質，知道晶體具有固定的熔點；布朗運動是指固體小顆粒的運動；根據分子間作用力做功情況可明確分子勢能的變化．【解答】解：A、熱力學第二定律表述：不可能從單一熱源吸熱，把