第三章　2　热力学第一定律-3　能量守恒定律.docx

2热力学第一定律

3能量守恒定律

［学习目标］1.理解热力学第一定律，并能运用热力学第一定律分析和解决相关问题(重点)。2.理解并会运用能量守恒定律解决实际问题(难点)。3.知道什么是第一类永动机及其不可能制成的原因。

一、热力学第一定律

汽缸内有一定质量的气体，压缩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？

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1.改变内能的两种方式：与。两者对改变系统的内能是的。?

2.热力学第一定律：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的和。?

3.热力学第一定律的表达式：ΔU=。?

一定质量的气体，膨胀过程中是外界对气体做功还是气体对外界做功？如果膨胀时气体对外做的功是135J，同时向外放热85J，气体内能的变化量是多少？内能是增加了还是减少了？

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1.ΔU的正负：当系统内能增加时，ΔU取正值，内能减少时，ΔU取负值。

2.W的正负：外界对系统做功时，W取正值；系统对外界做功时，W取负值。

3.Q的正负：外界对系统传递热量时，Q取正值；系统向外界传递热量时，Q取负值。

例1(1)一定质量的气体，从外界吸收3.5×105J的热量，同时气体对外界做功2.5×105J，则气体的内能是增加还是减少？改变量是多少？

(2)一定质量的气体，外界对其做功1.6×105J，内能增加了4.2×105J，此过程中气体是吸热还是放热？吸收或放出的热量是多少？

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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ΔU=W+Q列方程求出未知量；

(3)再根据未知量结果的正负来确定吸、放热情况、做功情况或内能变化情况。

例2(多选)(2024·湛江市模拟)航天服是保障航天员的生命活动和正常工作的个人密闭装备，可防护空间的真空、高低温、太阳辐射和微流星等环境因素对人体的危害。航天员穿着航天服，从地面到达太空时内部气体将急剧膨胀，若航天服内气体的温度不变，视为理想气体并将航天服视为封闭系统。则关于航天服内的气体，下列说法正确的是()

A.体积增大，内能减小

B.压强减小，内能不变

C.对外界做功，吸收热量

D.压强减小，分子平均动能增大

1.判断气体内能变化：由于理想气体分子间距离较大，忽略其分子势能，只考虑其分子动能，故温度升高，分子动能增大，内能增大；反之内能减小。

2.判断是否做功及做功正负的方法

一般情况下外界对气体做功与否，需看气体的体积是否变化。

(1)若气体体积增大，表明气体对外界做功，W0。

(2)若气体体积减小，表明外界对气体做功，W0。

3.判断吸热还是放热

气体在变化过程是吸热还是放热要结合内能变化和气体做功情况，由热力学第一定律ΔU=W+Q综合判断。

例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0.2m。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2×105Pa。已知活塞的横截面积为0.04m2，外部大气压强为1×105Pa，加热过程中封闭气体吸收的热量为2000J，则封闭气体的内能变化量为()

A.400J B.1200J

C.2000J D.2800J

等压变化过程，功用公式W=pΔV计算