3.2-3.3热力学第一定律 能量守恒定律（原卷版）-2024年高二物理同步培优讲练（人教版选择性必修第三册）.pdf

3.2-3.3热力学第一定律能量守恒定律

知识点一、热力学第一定律

1．改变内能的两种方式：与两者对改变系统的内能是

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所

的和．

1．对公式ΔU＝Q＋W符号的规定

符号WQΔU

体积减小，外界对热力学系

＋热力学系统吸收热量内能增加

统做功

体积增大，热力学系统对外

－热力学系统放出热量内能减少

界做功

2.气体状态变化的几种特殊情况

(1)绝热过程：Q＝0，则ΔU＝W，系统内能的增加(或减少)量等于外界对系统(或物体对外界)做的功．

(2)等容过程：W＝0，则ΔU＝Q，物体内能的增加量(或减少量)等于系统从外界吸收(或系统向外界放

出)的热量．

(3)等温过程：始末状态一定质量理想气体的内能不变，即ΔU＝0，则W＝－Q(或Q＝－W)，外界对

系统做的功等于系统放出的热量(或系统吸收的热量等于系统对外界做的功)．

3．判断气体是否做功的方法

一般情况下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.

4．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)根据方程ΔU＝W＋Q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．

知识点二、气体实验定律和热力学第一定律的综合应用

热力学第一定律与理想气体状态方程结合问题的分析思路：

(1)利用体积的变化分析做功情况．气体体积增大，气体对外界做功；气体体积减小，外界对气体做

功．

(2)利用温度的变化分析理想气体内能的变化．一定质量的理想气体的内能仅与温度有关，温度升高，

内能增加；温度降低，内能减小．

(3)利用热力学第一定律判断是吸热还是放热．

由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，则Q＝ΔU－W，若已知气体的做功情况和内能的变化情况，即可判

断气体状态变化是吸热过程还是放热过程

知识点三、能量守恒定律

1．能量的存在形式及相互转化

(1)各种运动形式都有对应的能：机械运动有机械能，分子的热运动有内能，还有电磁能、化学能、

核能等．

(2)各种形式的能，通过某种力做功可以相互转化．例如：利用电炉取暖或烧水，电能转化为内能；

煤燃烧，化学能转化为内能；列车刹车后，轮子温度升高，机械能转化为内能．

2．能量守恒的两种表达

(1)某种形式的能减少，一定有其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等．

(2)某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等．

3．第一类永动机不可能制成的原因分析

如果没有外界供给热量而对外做功，由ΔU＝W＋Q知，系统内能将减小．若想源源不断地做功，在

无外界能量供给的情况下是不可能的．

[例题1]（多选）（2023秋•密山市期末）某同学用喝完的饮料罐，制作一个简易气温计。如图所示，

在这个空的铝制饮料罐中插入一根粗细均匀的透明吸管，接口处用蜡密封。吸管中引入一段长

度可忽略的油柱，在吸管上标上温度刻度值。罐内气体可视为理想气体，外界大气压不变，以

下说法中正确的有（）

A．吸管上的温度刻度值左小右大

B．吸管上的温度刻度分布不均匀

C．气温升高时，罐内气体增加的内能大于吸收的热量

D．在完全失重的环境下，这个气温计仍可使用

[例题2]（2023春•桂林期末）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V

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﹣T图像如图所示。已知该气体在状态B的压强为2.0×10Pa。下列说法正确的是（）

A．状态A→B过程是等容变化

B．状态B→C过程是等温变化

C．状态A→B的过程气体吸热

D．状态B→C过程气体对外做功200J

[例题3]（2023秋•