热力学第一律的应用.doc

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1、热力学第一定律的应用陈超众热力学第一定律的表达式，揭示了包括内能在内的能的转化和守恒定律，在实际中具有很广泛的应用。在运用来分析问题时，首先必须理解表达式的物理意义，掌握它的符号法则：①W＞0，表示外界对系统做功；W＜0，表示系统对外界做功；②Q＞0，表示系统吸热；Q＜0，表示系统放热；③△U＞0，表示系统内能增加；△U＜0，表示内能减少。如果事先不便确定其正负，可以先假定它为正，在定量计算出结果后再作出判断。若大于零，说明与原假定的相同，为负则相反。必须指出的是，一般来说系统对外界做功，表现出系统体积膨胀；外界对系统做功，系统体积则被压缩。但在某些特定条件下，例

2、如气体自由膨胀（外界为真空）时，气体就没有克服外力做功。另外，在判断内能变化时，还必须结合物态变化以及能的转化与守恒来进行。应用热力学第一定律解题的步骤（1）确定研究对象就是要明确内能变化的是哪一个物体或哪一个热力学系统。（2）定性分析研究对象的内能变化是由外界哪些物体或系统通过哪些过程引起的。（3）根据符号法则，确定△U、Q、W的正负号，代入公式△U＝Q＋W进行计算。例1.在温度均匀的液体中，一个小气泡由液体的底层缓慢地升到液面，上升过程中气泡的体积不断增大，则气泡在浮起过程中（）A.放出热量B.吸收热量C.不吸热也不放热D.无法判断解析：本题容易看出，需选择气

3、泡为研究对象。由于气体分子之间的距离很大，相互作用力非常小，对气体来说，气体状态变化时，分子势能几乎不变，所以，一定质量的气体的内能的变化，就由气体分子热运动的动能总和的变化，即由温度变化所决定。在温度均匀的液体中，一个小气泡由液体的底层缓慢地升至液面的过程中，小气泡温度不变，其内能增量△U＝0。上升过程中，由于气泡内的压强不断减小（气泡内的压强等于上部液体产生的压强与外界大气压之和），所以气泡体积不断增大，气体要对外做功。即W＜0，根据热力学第一定律△U＝Q＋W，可知Q＞0。所以气泡在浮起过程中，吸收热量。所以答案为B。例2.如图1所示，有两个同样的球，其中a球

4、放在不导热的水平面上，b球用细线悬挂起来，现供给a、b两球相同的热量，则两球升高的温度与的关系是（）图1A.B.C.D.无法确定解析：两球受热后，体积都要膨胀，a球因放在不导热的水平面上，受热膨胀后，球的重心升高，要克服重力做功，而耗费一部分能量，所以用来提高球体温度的能量就减少了些（严格地讲，是a球内能的增量就减少了些）。b球情况刚好与a球相反，b球重心的下降引起b球重力势能的减小，重力对b球做了功，所以b球内能的增量要大于“供给的热量”，两球因膨胀而引起的对大气的做功情况是几乎相同的，所以，答案为B。例3.如图2所示，容器A、B中各有一个可自由移动的轻活塞，活

5、塞下面是水，上面是大气，大气压恒定。A、B的底部由带有阀门K的管道相连，整个装置与外界绝热。原来，A中水面比B中高，打开阀门，使A中的水逐渐向B中流，最后达到平衡，在这个过程中（）图2A.大气压力对水做功，水的内能增加B.水克服大气压力做功，水的内能减小C.大气压力对水不做功，水的内能不变D.大气压力对水不做功，水的内能增加解析：由题设条件可知，打开阀门，由于水的重力作用，水从A流向B，由于水与器壁间的摩擦作用，振动一段时间最后达到平衡状态，A中和B中水面静止在同一高度上。水受到重力、器壁压力和两水面上大气压力的作用。器壁压力跟水流方向垂直，不做功。最后A和B中水

6、面等高相当于A中部分水下移到B中，重力对水做功。设A和B的横截面积分别为和，两个活塞竖直位移分别为和，大气压力对容器A中的活塞做的功，容器B中的活塞克服大气压力做的功，由于，所以，因此大气压力通过活塞对整个水做的功为零，即大气压力对水不做功。根据能的转化和守恒定律，重力势能的减少等于水的内能的增加，所以本题的正确答案为D。例4.水在1个标准大气压下沸腾时，汽化热，这时质量的水变为水蒸汽，某体积由变为，在该过程中吸收的热量是多少？水蒸汽对外界做的功是多少？增加的内能是多少？解析：1g水汽化的过程中吸收的热量为水蒸汽在1个标准大气压下膨胀，对外界所做的功为：根据热力学

7、第一定律，增加的内能为注意：理解和掌握△U、Q、W的符号法则是正确应用热力学第一定律解答问题的关键。Q、W这两个量只要有助于增加系统内能的均取正值，如吸热、受压缩，Q、W就取正值，反之就取负值。