课题：热力学定律 教学目标：1.掌握热力学第一定律内容 2. 掌握热力学定律与能量守恒综合应用 3. 掌握热力学定律和气体实验规律综合应用 一、热力学第一定律 1．定律内容：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。 公式：ΔU＝W＋Q； 2．符号规定：外界对系统做功，W＞0；系统对外界做功，W＜0。系统从外界吸收热量，Q＞0；系统 向外界放出热量，Q<0。系统内能增加，ΔU＞0；系统内能减少，ΔU＜0。（w=p.ΔV，等压变化中应 用） 3．三种特殊情况 (1)若过程是绝热的，即 Q＝0，则 W＝ΔU，外界对物体做的功等于物体内能的增加量； (2)若过程中不做功，即 W＝0，则 Q＝ΔU，物体吸收的热量等于物体内能的增加量； (3)若过程的初、末状态物体的内能不变（对于理想气体温度不变内能不变），即 ΔU＝0，则 W＋Q＝0 或 W＝－Q，外界对物体做的功等于物体放出的热量． 热力学第一定律与图象的综合应用 1.定质量的理想气体，从状态 M 开始，经状态 N、Q 回到原状态 M，其 p－V 图像如图所示，其中 QM 平行于横轴，NQ 平行于纵轴。则(　　) A.M→N 过程气体温度不变 B.N→Q 过程气体对外做功 C.N→Q 过程气体内能减小 D.Q→M 过程气体放出热量 2.一定质量的理想气体从状态 a 开始，经 a→b、b→c、c→a 三个过程后回到初始状态 a，其 p-V 图像如 图所示。已知三个状态的坐标分别为 a（V0， 2p0）、 b（2V0，p0）、c（3V0，2p0） 以下判断正确的 是（　　） A. 气体在 a→b 过程中对外界做的功小于在 b→c 过程中对外界做的 功 B. 气体在 a→b 过程中从外界吸收的热量大于在 b→c 过程中从外界吸收的热量 C. 在 c→a 过程中，外界对气体做的功小于气体向外界放出的热量 D. 气体在 c→a 过程中内能的减少量大于 b→c 过程中内能的增加 3. 如图所示，一定质量的理想气体从状态 a 依次经过状态 b、c 再回到状态 a，其中， a �b 为等温过程， b �c 为等容过程，下列说法正确的是（ ） A． B． C． D． a �b a �b b �c c�a 过程，气体和外界无热交换 过程，气体分子的速率均保持不变 过程，气体内能减小 过程外界对气体做的功与 a �b 过程气体对外做功相等 4.如图所示，一定质量的理想气体从状态 A 经绝热过程到达状态 等温过程返回到状态 A，已知在 B 到 C B 的过程中，气体吸收热量为 ，再经等容过程到达状态 12J C ，最后经 。下列说法正确的是（　　） A．A 到 B 过程气体温度升高 B． C． B C 到 C 过程气体内能增加 12J 到 A 过程气体吸收热量 D．图线 AB、、 BC CA 所围的面积表示做功 12J 5.一定质量的理想气体从状态 A 经过状态 B 变化到状态 C，其 V－T 图象如图。下列说法正确的有 A．A→B 的过程中，气体对外界做功 B．A→B 的过程中，气体放出热量 C．B→C 的过程中，气体压强改变 D．A→B→C 的过程中，气体内能增加 热力学第一定律与气体实验定律的综合应用 1.一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 图象如图所示．已知该气体在状态 A 时的温度为 27 ℃，求： (1)该气体在状态 B 时的温度； (2)该气体从状态 A 到状态 C 的过程中与外界交换的热量． 2.一定质量的理想气体，其内能跟温度成正比．在初始状态 A 时，体积为 V0，压强为 p0，温度为 T0，已 知此时其内能为 U0.该理想气体从状态 A 经由一系列变化，最终还回到原来状态 A，其变化过程的 p T 图 线如图所示，其中 CA 延长线过坐标原点，BA 在同一竖直线上．求： (1)状态 B 的体积； (2)状态 C 的体积； (3)从状态 B 经由状态 C，最终回到状态 A 的过程中，气体与外界交换的热量是多少？ 3.在如图甲所示的密闭汽缸内装有一定质量的理想气体，图乙是它从状态 A 变化到状态 B 的 V－T 图象. 已知图线 AB 的反向延长线通过坐标原点，气体在 A 点的压强为 p＝1.0×105 Pa，在从状态 A 变化到状态 B 的过程中，气体吸收的热量 Q＝6.0×102 J，求： (1)气体在状态 B 的体积 VB； (2)此过程中气体内能的增量 ΔU. 4.一只瓶盖拧紧不漏气的空矿泉水瓶置于室外，内部气体质量为 m。夜间气温为 T1，瓶子瘪了一部分， 体积为 V。中午太阳暴晒时，气温升至 T2，矿泉水瓶恢复原状。矿泉水瓶瘪了一部分时，内外压强可视 为相等，瓶体恢复原状后，体积为 V0 且不会再增大。瓶内气体可以视为理想气体，其内能与热力学温度 的关系为 U=αmT，外界大气压强为 p0 （1）求气温为 T2 时，瓶内的压强 p； （2）求上述过程中瓶内气体吸收的热量 Q。 5.如图所示，密闭导热容器 A、B 的体积均为 V0 ，A、B 浸在盛水容器中，达到热平衡后，A 中压强为 p0，温度为 T0，B 内为真空，将 A 中的气体视为理想气体。打开活栓 C，A 中部分气体进入 B。 ① 若再次达到平衡时，水温未发生变化，求此时气体的压强； ② 若密闭气体的内能与温度的关系为 ΔU＝k(T2－T1)(k 为大于 0 的已知常量，T1、T2 分别为气体始末状态 的温度)，在①所述状态的基础上，将水温升至 1.2T0，重新达到平衡时，求气体的压强及所吸收的热量。 6.如图所示，一个质量为 20 kg 的绝热汽缸竖直放置，绝热活塞的质量为 5 kg，处于静止状态时被封闭 气体的高度为 50 cm，现在活塞上方加 15 kg 的物体，待稳定后，被封闭气体的高度变为 40 cm。求在这 一过程中气体的内能增加多少。（g 取 10 m/s2，不考虑活塞受到的大气压力及摩擦阻力） 7.如图，一竖直放置的汽缸上端开口，汽缸壁内有卡口 a 和 b，a、b 间距为 h，a 距缸底的高度为 H；活 塞只能在 a、b 间移动，其下方密封有一定质量的理想气体。已知活塞质量为 m，面积为 S，厚度可忽略； 活塞和汽缸壁均绝热，不计它们之间的摩擦。开始时活塞处于静止状态，上、下方气体压强均为 p0，温 度均为 T0。现用电热丝缓慢加热汽缸中的气体，直至活塞刚好到达 b 处。求此时汽缸内气体的温度以及 在此过程中气体对外所做的功。重力加速度大小为 g。