聚焦“熱力學(xué)第一定律”

“熱力學(xué)第一定律”是整個選修3-3模塊的重點，也是高考考查的熱點，應(yīng)給予足夠的重視。縱觀最近幾年全國各地的高考物理試題，可以發(fā)現(xiàn)高考對這部分內(nèi)容的考查集中在3個方面，現(xiàn)結(jié)合2011高考真題，分析如下。

考查方式一：熱力學(xué)第一定律與分子動理論相結(jié)合

例1.（2011高考重慶第15題）某汽車后備箱內(nèi)安裝有撐起箱蓋的裝置，它主要由氣缸和活塞組成。開箱時，密閉于氣缸內(nèi)的壓縮氣體膨脹，將箱蓋頂起，如圖所示。在此過程中，若缸內(nèi)氣體與外界無熱交換，忽略氣體分子間相互作用，則缸內(nèi)氣體（ ）

A.對外做正功，分子的平均動能減小

B.對外做正功，內(nèi)能增大

C.對外做負(fù)功，分子的平均動能增大

D.對外做負(fù)功，內(nèi)能減小

解析：密閉于氣缸內(nèi)的壓縮氣體膨脹對外做正功W<0，缸內(nèi)氣體與外界無熱交換，則有Q=0，忽略氣體分子間相互作用，說明內(nèi)能是所有分子動能的總和。根據(jù)熱力學(xué)第一定律，可知內(nèi)能減小，分子平均動能減小，溫度降低，所以只有選項A正確。

考查方式二：熱力學(xué)第一定律與理想氣體狀態(tài)方程的綜合

應(yīng)用

例2.（2011全國新課標(biāo)第33題）對于一定量的理想氣體，下

列說法正確的是（ ）

A.若氣體的壓強(qiáng)和體積都不變，其內(nèi)能也一定不變

B.若氣體的內(nèi)能不變，其狀態(tài)也一定不變

C.若氣體的溫度隨時間不斷升高，其壓強(qiáng)也一定不斷增大

D.氣體溫度每升高1K所吸收的熱量與氣體經(jīng)歷的過程有關(guān)

E.當(dāng)氣體溫度升高時，氣體的內(nèi)能一定增大

解析：理想氣體的內(nèi)能只由溫度決定，由理想氣體狀態(tài)方程可知，若氣體的壓強(qiáng)和體積都不變，溫度T也不變，所以內(nèi)能也一定不變，選項AE正確。若氣體的內(nèi)能不變，則溫度T不變，但氣體的壓強(qiáng)和體積可以改變，選項B錯誤。若氣體的溫度升高，體積增大，其壓強(qiáng)可以不變，選項C錯誤。由熱力學(xué)第一定律知，選項D正確。

考查方式三：用能量守恒觀點運用熱力學(xué)第一定律

例3.（2011江蘇物理第12題）如圖所示，一演示用的“永動機(jī)”轉(zhuǎn)輪由5根輕桿和轉(zhuǎn)軸構(gòu)成，輕桿的末端裝有形狀記憶合金制成的葉片，輕推轉(zhuǎn)輪后，進(jìn)入熱水的葉片因伸展而“劃水”，推動轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動。離開熱水后，葉片形狀迅速恢復(fù)，轉(zhuǎn)輪因此能較長時間轉(zhuǎn)動。下列說法正確的是（ ）

A.轉(zhuǎn)輪依靠自身慣性轉(zhuǎn)動，不需要消耗外界能量

B.轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動所需能量來自形狀記憶合金自身

C.轉(zhuǎn)動的葉片不斷攪動熱水，水溫升高

D.葉片在熱水中吸收的熱量一定大于在空氣中釋放的熱量

解析：輕推轉(zhuǎn)輪后，葉片開始轉(zhuǎn)動，由能量守恒定律可知，葉片在熱水中吸收的熱量等于在空氣中釋放的熱量與維持轉(zhuǎn)動的能量之和，所以葉片在熱水中吸收的熱量一定大于在空氣中釋放的熱量，選項D正確。

點評：用能量的觀點分析，熱力學(xué)第一定律就是其他形式的能與內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)化以及內(nèi)能與內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)移，而在能的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程中，能量是守恒的。在有些情況下用能量守恒定律來解決有關(guān)于內(nèi)能的問題會非常方便。

總之，從以上分析可以發(fā)現(xiàn)，雖然對熱力學(xué)第一定律考查的形式具有是多樣性、多變性的特點。但是，解題的關(guān)鍵仍是在于對定律的正確理解和熟悉的正負(fù)號的含義，并要同時考慮做功和熱傳遞兩個因素。

（作者單位 江西省石城中學(xué)）