高中物理培优讲义 选修第三册：热力学第一定律 中档版.pdfVIP

热力学第一定律

一、热力学第一定律

1．内能改变的两种方式

⑴功和内能变化的关系

从19世纪30年代起，人们逐渐认识到，为了使系统的热学状态发生变化，既可以向它传热，

也可以对它做功。从1840年起，英国物理学家焦耳进行了多种多样的实验，以求精确测定

外界对系统做功和传热对于系统状态的影响，以及功与热量的相互关系。

①绝热过程：系统变化过程中，只由于做功而与外界交换能量，它不从外界吸热，也不向

外界放热，这样的过程叫做绝热过程。

②焦耳的实验表明，要使系统状态通过绝热过程发生变化，做功的数量只由始末两个状态

决定，而与功的方式无关。

U

③当系统从某一状态经过绝热过程达到另一状态时，内能的增加量就等于外界对系统

WUU2U1W

所做的功，用式子表示为。

⑵热量和内能变化的关系

不仅对系统做功可以改变系统的热力学状态，单纯的对系统传热也能改变系统的热力学状态。

所以，热量是在单纯的传热过程中系统内能变化的量度。

UUU

当系统从状态1经过单纯的传热到达状态2，内能的增加量21就等于外界向系统

QUQ

传递的热量，即。

⑶改变物体内能的两种方式的比较

做功热传递

外界对物体做功，物体的内能增物体吸收热量，内能增加；物体放

内能变化加；物体对外界做功，物体的内能出热量，内能减少

减少

本质其它形式的能与内能之间的转化不同物体间或同一物体不同部分

之间内能的转移

相互联系做一定量的功或传递一定量的热在改变内能的效果上是相同的

典例精讲

【例1.1】（2019春•吉阳区校级月考）关于热传递，下列说法中正确的是（）

A．热传递的实质是温度的传递

B．物体间存在着温度差，才能发生热传递

C．热传递可以在任何情况下进行

D．物体内能发生改变，一定是吸收或放出了热量

【分析】改变内能的两种方式为热传递和做功，其中热传递的实质是能量的传递，而且必须

在有温度差的情况下进行。

【解答】解：A、热传递的实质是能量的传递。故A错误；

B、物体间存在着温度差，才能发生热传递。故B正确；

C、热传递必须在有温度差的情况下进行。故C错误；

D、物体的内能发生了改变，可能是由于发生了热传递，也可能是由于做功导致的。故D错

误；

故选：B。

2．热力学第一定律

⑴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做功之和

⑵表达式：UWQ

⑶符号规定：

①外界对系统做功，W0；系统对外界做功W0

②系统从外界吸收热量，Q0；系统向外界放出热量Q0

③系统内能增加，U0，系统内能减少，U0

典例精讲

【例2.1】（2019•丰台区一模）下列说法正确的是（）

A．气体的温度升高，每个气体分子的运动速率都会增大

B．从微观角度讲，气体压强只与气体分子的密集程度有关

C．当分子力表现为引力时，分子势能随分子间距离的增大而增大

D．若一定质量的气体膨胀对外做功50J，则内能一定减少50J

【分析】温度是分子平均动能的标志，温度升高，气体分子的平均动能会增大，但温度对单

个分子来说没有意义，即当气体温度升高时，有的分子的速率可能增大，有的分子的速率可

能减小，有的分子的速率可能不变；

从微观角度讲，气体压强与气体分子的密集程度和分子平均动能有关；通过分子力做功分析

分子势能变化；

改变物体内能方式时做功和热传递，然后根据热力学第一定律分析物体内能变化。

【解答】解：A、温度是分子平均动能的标志，温度升高，气体分子的平均动能会增大，但

温度对单个分子来说