高中物理《A 热力学第一定律》微课精讲+知识点+教案课件+习题
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知识点：
1. 热力学第零定律、热力学平衡态
热力学第零定律：如果两个系统分别和处于确定状态的第三个系统达到平衡，则这两个系统彼此也将处于热平衡，又叫热平衡定律。
热力学平衡态：当系统的诸种性质不随时间改变而改变，则系统就处于热力学平衡状态。热力学平衡状态必须同时满足热动平衡、力学平衡、相平衡、化学平衡。
2. 功与热
热和功不是能量，是系统和环境进行能量交换的两种基本形式。
功和热只出现与系统状态变化的过程中，只存在于系统和环境的界面上。
3. 功的计算公式：W=－
☆可逆膨胀做最大功，可逆压缩最做小功。
4. 封闭系统热力学第一定律：△U=W+Q，dU=δQ+δW，热力学能是状态函数，广度性质，是系统内部所有的能量，包括分子的动能和分子间相互作用的位能，理想气体的热力学能仅是温度的函数，U=U(T)，实际气体的热力学能不仅与温度有关，还与体积或压力有关，U=U(T,V)或U=U(T,p)。热力学第一定律适应于封闭系统的任何变化。隔离系统热力学能守恒。
对单一理想气体而言，△U=0，则过程温度不变；理想气体混合过程中，△U=0，不能说明温度不变，只有当两种气体初始温度相同时，温度才不变。
5. 焓与焓变：H=U+pV，△H=△U+△(pV)=△U+nR△T，焓是状态函数，广度性质，焓无明确物理意义，理想气体的焓仅是温度的函数，H=H(T)，实际气体的焓不仅与温度有关，还与压力或体积有关，H=H(T,p)或H=H(T,V)。
6. 恒压热与恒容热
恒容条件下：V2=V1；可得△U=W+QV=p(V2－V1)+QV=QV；即恒容热与热力学能相等，△U=QV
恒压条件下：p2=p1；可得△H=H2－H1=(U2+p2V2)－(U1+p1V1)=(U2－U1)+p(V2－V1)=△U－W=Qp；即恒压热与焓变相等，△H=Qp
△H=Qp适用于封闭体系中非体积功为零的任何物质的等压过程，△U=QV适用于封闭体系中非体积功为零的任何物质的等容过程，包括有化学反应的过程。
Qp－QV=△H－△U=△(pV)，恒容热与恒压热都只取决于始态和终态，但不是状态函数；
7. 热容：
（1）摩尔热容：
（2）摩尔定压热：
☆dH=CpdT=nCp,mdT，dHm=Cp,mdT，△H=n
（3）摩尔定容热：
☆dU=CVdT=nCV,mdT，dUm=CV,mdT，△U=n
（4）Cp,m与CV,m的关系：Cp,m－CV,m=
8. 节流膨胀系数μJ－T=
节流膨胀中dp<0，若μJ－T>0，则dT<0，表示节流膨胀后气体温度下降，产生制冷效应；若μJ－T<0，则dT>0，表示节流膨胀后气体温度上升，产生制热效应。
理想气体节流膨胀后温度不变，μJ－T=0。
9. 化学反应焓变
(1)标准态：标准态的压力规定为100kPa，用符号p
(2)摩尔反应焓变△rHm
在非体积功为零时，对于温度T、压力p条件下进行的化学反应，完成单位反应进度所引起的反应焓变为摩尔反应焓变，△rHm。
(3)标准摩尔反应焓变
在温度T下，反应方程式中各物质都处于标准态时，化学反应的摩尔反应焓变就是温度T时的标准摩尔反应焓变，
(4)标准摩尔生成焓
温度为T的标准态下，由稳定的单质生成1 mol β相态的化合物B时的反应焓变，称为化合物B(β)在温度T时的标准摩尔生成焓，
任何温度下稳定单质的标准摩尔生成焓为零，如石墨、正交硫、红磷（常用白磷）等。
根据生成焓计算焓变：
(5)标准摩尔燃烧焓
温度为T的标准态下，由单位物质的量的B(β)与氧气发生完全氧化反应时的焓变，称为物质B(β)在温度T时的标准摩尔燃烧焓，
当完全氧化产物的标准摩尔燃烧焓为零，C→CO2(g)，H→H2O(l)，S→SO2(g)，N→N2(g)，Cl→HCl(aq)，金属变为游离态。
根据燃烧焓计算焓变：
10. 热机效率
热机效率ŋ<1，且只与两个热源的温度有关，与过程中是什么物质没有关系，两个热源温差越大，效率越高，等温过程中效率为0。
11. 过程方程与状态方程
（1）状态方程：系统状态函数之间的定量关系式称为状态方程
对于一定量的单组分均匀系统，状态函数 p, V，T 之间有一定量的联系。经验证明，只有两个是独立的，它们的函数关系可表示为T=f(p,V)、p=f(T,V)、V=f(T,p)，例如理想气体的状态方程可表示为：pV=nRT；实际气体的状态方程可表示为：（范德华方程）
对于多组分系统，系统的状态还与组成有关，如T=f(p,V,n1,n2…)
（2）过程方程：即用来描述系统从热力状态1到热力状态2所经历热力过程的数学表达式，就叫热力过程方程式。
这类方程式通常是用可测量P、V和T来表达的。如理想气体等温过程的方程式为：P1×V1=P2×V2=常数；理想气体等压过程方程式为：
视频教学：
练习：
1．下列说法正确的是（ ）
A．一个热力学系统吸收热量后，其内能一定增加
B．一个热力学系统对外做功后，其内能一定减少
C．理想气体的质量一定且体积不变，当温度升高时其压强一定增大
D．理想气体的质量一定且体积不变，当温度升高时其压强一定减小
2．如图所示为内燃机的示意图，其原理结构简化模型就是一个汽缸活塞模型，活塞上部封闭一定质量的理想气体。如果活塞向上运动，关于内部气体（忽略与外界热交换）的说法正确的是（ ）
A．体积减小，压强不变，温度升高 B．外界对气体做功，内能增大
C．体积减小，压强增大，温度不变 D．气体对外界做功，内能增大
3．下列说法中正确的是（ ）
A．温度低的物体内能小
B．温度低的物体分子热运动的平均速率小
C．做加速运动的物体，由于速度越来越大，因此物体分子的平均动能越来越大
D．物体的体积改变，内能不一定改变
4．下列说法中正确的是（ ）
A．氢气球飞到高空会破裂是因为气球内部气体分子间斥力增大的缘故
B．浴室玻璃隔断上当水珠凝结到一定程度时会沿玻璃下落，说明水不浸润玻璃
C．海边比较潮湿、洗了衣服不容易晾干，是因为空气的绝对湿度大
D．恒温水池中，小气泡由底部缓慢上升过程中，气泡中的理想气休内能不变，对外做功，吸收热量
5．地面附近有一正在上升的空气团，它与外界的热交换忽略不计。已知大气压强随高度增加而降低，则该空气团在上升过程中（不计空气团内分子间的势能）（ ）
A．体积减小，温度降低 B．体积减小，温度不变
C．体积增大，温度降低 D．体积减小，温度升高
6．一气泡从湖底上升到湖面的过程中温度保持不变,将气泡内气体视为理想气体,气泡从湖底上升到湖面的过程中,对外界做了0.6J的功,此过程中下列说法正确的是( )
A．气泡内气体的内能增加
B．气泡内气体的内能减少
C．气泡内气体从外界吸收了0.6J的热量
D．气泡内气体向外界放出了0.6J的热量
7．一定质量的理想气体，由状态A经状态B变为状态C，其中
A．
B．
C．
D．
8．如图所示，水平放置的密闭绝热气缸，被绝热隔板K分隔成体积相等的两部分，K与气缸壁的接触是光滑的。两部分中分别盛有相同质量、相同温度的同种气体a和b。现通过电热丝对气体a加热一段时间后，a、b各自达到新的平衡，此时a、b的体积分别为Va、Vb，温度分别为Ta、Tb，则下列正确的是（ ）
A．Va=Vb，Ta=Tb B．Va
C．Va
9．如图所示，p－V图中，一定质量的理想气体由状态A经过程Ⅰ变至状态B时，从外界吸收热量420J，同时做功300J。当气体从状态B经过程Ⅱ回到状态A时，做功200J，求此过程中气体吸收或放出的热量是（ ）
A．吸热80J B．吸热220J C．放热520J D．放热320J
10．李宁气垫鞋是篮球爱好者们很喜欢的运动鞋。某款李宁气垫鞋底部装有一种由小分子铸膜材料制作的气垫，气垫内封闭着一定量的气体。一同学穿着该款鞋子打篮球时，他跳跃起一定高度抢到篮板球后双脚稳稳落地。研究他双脚着地的短暂过程，不计气垫内气体分子间的相互作用则（ ）
A．气垫内的气体对外做功，气体密度减小
B．外界对气体做功等于气体向外传递的热量
C．气垫内的气体的温度升高，气垫内所有气体分子热运动的速率均增大
D．外界对气垫内的气体做功，气体内能增大
11．天然气水合物是20世纪科学考察中发现的一种新的矿产资源．它是水和天然气在高压和低温条件下混合时产生的一种固态物质，外貌极像冰雪或固体酒精，点火即可燃烧，有“可燃水”、“固体瓦斯”之称，开采时只需将固体的“天然气水合物”升温减压就可释放出大量的甲烷气体，可燃冰的形成过程可简化为把甲烷气体压缩到低温的“容器”中，开采时通过升温再把甲烷气体从“容器”中释放出来，甲烷可视为理想气体，以下说法中正确的是（ ）
A．可燃冰在开采时甲烷气体对外做功，内能变小
B．可燃冰在开采时甲烷气体对外做功，又从外界吸热，内能变大
C．可燃冰在形成时外界对气体做功，内能变大
D．可燃冰在形成时外界对气体做功，气体又对外放热，内能变小
12．将冰块打碎后放在烧杯中，碎冰慢慢熔化成水，再逐渐蒸发。下列说法正确的是（ ）
A．打碎后的冰没有规则的几何形状，不再是晶体
B．冰熔化成水的过程中，水分子的平均动能不变，分子势能增大
C．在水的表面层，分子比较稀疏，分子间作用力表现为斥力
D．水变成水蒸气，分子间距增大，分子势能增大
E.水蒸发成同质量水蒸气的过程中，吸收的热量大于内能的增加量
13．如图所示，一定质量的理想气体从状态a出发，经历等容过程①到状态b，再经历等压过程②到状态c，最后经历过程③又回到状态a，其中状态a和状态c气体的温度相同。下列说法正确的是（ ）
A．在过程①中气体向外界放热
B．在过程①中气体对外界做功
C．在过程②中气体从外界吸收热量
D．在过程③中气体的内能始终保持不变
E.在过程①和②中气体对外界做的总功小于过程③中外界对气体做的功
课件：
教案：
教学目的
1．理解、掌握物体跟外界做功和热传递的过程中W、Q、ΔU的物理意义．
2．会确定W、Q、ΔU的正负号．
3．理解热力学第一定律ΔU＝W＋Q．
4．会用ΔU＝W＋Q分析和计算问题．
教学重点
热力学第一定律ΔU＝W＋Q的理解
教学难点
ΔU＝W＋Q 中正负号的理解．
课时安排
1课时
教具
柴油机模型、电动机、灯泡、打气筒、多媒体．
教学过程
引入新课
我们在前面学习了改变内能的两种方法：做功和热传递，那么它们之间有什么数量关系呢？以前我们还学习过电能、化学能等各种形式的能，它们在转化过程中遵守什么样的规律呢？今天我们就来研究这些问题．
【板书】 一、做功W、热传递Q、内能变化ΔU的物理意义
1．做功：做功使物体内能发生变化，本质是能量的转化，是一种形式的能向另一种形式的能转化，功是能量转化的量度．
2．热传递：是能量的转移，内能由一个物体传递给另一个物体，传递的能量用热量Q表示．
3．内能的改变：是物体内所有分子动能和势能之和发生了变化，宏观表现在温度变化和体积变化．
【板书】 二、W、Q、ΔU正负号确定
1．W，外界对物体做功，W取正；物体对外界做功，W取负．
2．Q，物体吸热，Q取正；物体放热，Q取负．
3．ΔU，物体内能增加，ΔU取正；物体内能减少，ΔU取负．
【板书】 三、W、Q、ΔU三者之间关系
在一般情况下，如果物体跟外界同时发生做功和热传递的过程，它们遵守下列关系：
ΔU＝W＋Q
这就是势力学第一定律，它表示了功、势量跟内能改变之间的定量关系．
例：一定量的气体从外界吸收了2.6×105J的热量，内能增加了4.2×105J．是气体对外界做了功，还是外界对气体做了功？做了多少焦耳的功？
启发学生讨论：1．引起物体内能变化的物理过程有哪两种？2．物体内能增加量大于物体从外界吸收的热量是什么原因？3．怎样找W、Q、ΔU的正负值．
引起物体内能变化的物理过程有两种，做功和热传递；物体内能增加量大于物体从外界吸收的热量，是由于还有做功，一定是外界对气体做了功．
【例题】一定质量的理想气体在某一过程中，外界对气体做功1.7×105 J，气体内能减少1.3×105 J，则此过程中气体______(填“吸收”或“放出”)的热量是______J．此后，保持气体压强不变，升高温度，气体对外界做了5.0×105J的功，同时吸收了6.0×105 J的热量，则此过程中，气体内能增加了_____J.
【解析】根据热力学第一定律得：W＝1.7×105 J，ΔU＝－1.3×105 J，代入ΔU＝W＋Q可得，Q＝－3.0×105 J，Q为负值，说明气体要放出热量，放出的热量为3.0×105 J；同理
W＝－5×105 J，Q＝6×105 J，ΔU＝W＋Q＝1.0×105 J，即内能增加了1.0×105 J.
【答案】放出 3.0×105 1.0×105
作业
1．复习本节课文．
2．读一些课外科普读物．
3．课后作业1、2、3题．
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