3.2热力学第一定律课件-2021-2022学年高二下学期物理人教版(2019)高中物理选择性必修第三册

横县百合完全中学 韦衍虎 18276143537 3.2热力学第一定律 问题导入 汽缸内有一定质量的气体，压缩气体的同时给汽缸加热。那么，气体内能的变化会比单一方式（做功或传热）更明显。这是为什么呢? 压缩气体，内能增大，给气体加热内能也是增大。两者叠加所以就更明显。 一、热力学第一定律 焦耳的实验：做功与传热在改变系统内能方面是等价的。 对系统做机械功 对系统做电功 做 功 热传递 外界对物体做功 物体对外界做功 物体从外界吸热 物体对外界放热 内能增加 内能增加 内能减少 内能减少 改变内能的两种方式 △U＝W △U＝Q 思考：如果物体在跟外界同时发生做功和热传递的过程中，内能又如何变化呢？ 一个热力学系统的内能变化量等于外界向他传递的热量与外界对他所做的功的和。这就是著名的热力学第一定律。 ΔU=W+Q ①内能的变化量ΔU ＊气体内能只与温度有关 ＊发生物态变化时：温度不变，但内能改变 ΔU ΔEK ΔEP ：温度 ：温度、状态、体积 熔化 凝固 ②传递的热量Q Q>0: 系统吸热 Q<0: 系统放热 Q=0: 绝热状态 温度差 导热 隔热材料 做功>>放热 ③所做的功W W>0： 外界对系统做功 W<0： 系统对外界做功 F h F h W>0 V↓ W<0 V↑ 对于一般气体而言：体积减小（压缩）时外界对气体做功，W>0 体积增大（膨胀）时气体对外界做功，W<0 思考与讨论 一定质量的气体，膨胀过程中是外界对气体做功还是气体对外界做功?如果膨胀时气体对外做的功是135 J，同时向外放热85J，气体内能的变化量是多少?内能是增加了还是减少了?请你通过这个例子总结功和热量取正、负值的物理意义。 解： 气体对外界做功 系统对外做功：W=-135J 系统向外放热：Q=-85J ΔU = W + Q 代入得： ΔU =-135+（-85） =-220J 内能变化了220J，减少 热力学第一定律中各量的正、负号及含义 物理量 符号 意义 符号 意义 W + 外界对系统做功 － 系统对外界做功 Q + 物体吸热 － 物体放热 ΔU + 内能增加 － 内能减少 气体被压缩 气体膨胀 二、热力学第一定律的应用 如图，一台四冲程内燃机，活塞在压缩冲程某段时间内移动的距离为0.1 m，这段过程活塞对气体的压力逐渐增大，其做的功相当于2×103N的恒力使活塞移动相同距离所做的功（图甲）。内燃机工作时汽缸温度高于环境温度，该过程中压缩气体传递给汽缸的热量为25J。 （1）求上述压缩过程中气体内能的变化量。 （2）燃烧后的高压气体对活塞做功，气体推动活塞移动0.1m，其做的功相当于9×103N的恒力使活塞移动相同距离所做的功（图乙），该做功过程气体传递给汽缸的热量为30J，求此做功过程气体内能的变化量。 课本例题 分析：明确W与Q的正负。 解 （1）压缩过程活塞（外界）对气体（系统）做功，W是正值： W1= F1l1= 2×10²×0.1 J = 200 J 系统向外放热：Q=-25J 气体内能的变化量：ΔU1= W1＋Q1= 200 J -25 J = 175 J （2）气体膨胀过程中气体（系统）对外界所做功，W是负值： W2= F2L2=-9×10²×0.1 J =-900 J 系统向外放热：Q=-30J 气体内能的变化量：ΔU2= W2＋Q2=-900 J - 30J =-930 J ③再根据未知量结果的正、负来确定吸热、放热情况或做功和内能增减情况。 ①根据符号法则写出各已知量（W、Q、∆U）的正负。 ②代入方程ΔU＝W＋Q 求出未知量。 解题的一般步骤 科学漫步 探索热的本质 对于"热是什么"，历史上有两种不同的观点。一种是热的物质说（热质说），另一种是热的运动说（热动说）。 课堂练习 例1：对一定量的气体，下列说法正确的是（ ） A. 在体积缓慢地不断增大的过程中，气体一定对外界做功 B. 在压强不断增大的过程中，外界对气体一定做功 C. 在体积不断被压缩的过程中，内能一定增加 D. 在与外界没有发生热量交换的过程中，内能一定不变 A 课堂练习 例题2：下列说法正确的（ ) A.外界对一定质量的理想气体做功，其体积一定减小，内能一定增大 B.一定质量的理想气体从外界吸收热量，其温度一定升高，内能一定增大 C.一定质量的理想气体内能增加，其温度不一定升高 D.做功和热传递可以改变物体的内能，但从能量转化或转移观点来看这两种改变方式是有区别的 D 课堂练习 例3：一定质量的理想气体在某一过程中，外界对气体做功7.0×104J，气体内能减少1.3×105J，则此过程（ ） A.气体从外