高中物理：热力学第一定律及其应用

1、内容：物体内能的增加等于外界对物体所做的功与从外界吸收的热量之和

2、表达式：ΔU= Q + W

符号法则：Q——吸热取“+”，放热取“－”；

W——对物体做功取“+”，物体对外界做功取“－”；

ΔU——增加取“+”，减少取“－”。

3、第一类永动机：不消耗任何能量而能永远对外做功的机器。

第一类永动机不可能实现，因为它违背了热力学第一定律（也可以说是违背了能量守恒定律）

例1、下列说法中正确的是

A、物体吸热后温度一定升高

B、物体温度升高一定是因为吸收了热量

C、0℃的冰化为0℃的水的过程中内能不变

D、100℃的水变为100℃的水汽的过程中内能增大

解：吸热后物体温度不一定升高，例如冰融化为水或水沸腾时都需要吸热，而温度不变，这时吸热后物体内能的增加表现为分子势能的增加，所以A不正确。做功也可以使物体温度升高，例如用力多次来回弯曲铁丝，铁丝弯曲点的温度会明显升高，这是做功增加了物体的内能，使温度上升，所以B不正确。冰化为水时要吸热，内能中的分子动能不变，但分子势能增加，因此内能增加，所以C不正确。水沸腾时要吸热，内能中的分子动能不变但分子势能增加，所以内能增大，D正确。

例2、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？如果气体吸收的热量仍为2.6×10⁵J不变，但是内能只增加了1.6×10⁵J，这一过程做功情况怎样？

解：根据题意得出：

Q = 2.6×10⁵J，△U =4.2×10⁵J，求：W = ？

根据△U = W + Q代入可得：4.2×10⁵J = W + 2.6×10⁵J

W = 1.6×10⁵J

W为正值，外界对气体做功，做了1.6×10⁵J的功。

第二问中：Qˊ= 2.6×10⁵J，△Uˊ=1.6×10⁵J，计算结果Wˊ= - 1.0×10⁵J。

这说明气体对外界做功（气体体积变大），做了1.0×10⁵J的功。

 

例3、关于物体的内能变化，以下说法中正确的是：

A、物体吸收热量，内能一定增大

B、物体对外做功，内能一定减小

C、物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变

D、物体放出热量，同时对外做功，内能可能不变

解析：根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，仅知道物体吸热或仅知道物体对外做功，内能的变化无法确定，选项A、B错误。

若物体吸热（Q>0），而对外做功（W<0），当满足条件W＋Q＝0时，ΔU＝0，选项C正确。

若物体放热（Q<0），对外做功（W<0），则ΔU肯定小于零，即内能必减小，选项D错误。

正确答案为C。