3.1热力学第一定律（备课件）【上好课】2021-2022学年高二物理同步备课系列（鲁科版2019选择性必修第三册）

鲁科版2019 选择性必修3 第1节 热力学第一定律 第三章 热力学定律 水车和水泵 水可以自发地从高处流向低处，将势能转化为动能。水车就是利用水的动能工作的。被水冲击的水车获得动能后，可以对外做功，带动其他机械工作。在这一过程中，水的机械能最终转化为内能。 水的势能 水车的动能 内能 做功是能量转化过程的体现 水车和水泵 水可以自发地从低处流，但却不能自发的往高处流。 要想让“水往高处流”，就必须借助外力做功。 “水泵”抽水。将电能转化为水的重力势能。同时伴有内能产生。 可见，自然界中能量的转化有些是具有方向性的 一、功、热量与内能 一、功、热量与内能 一、功、热量与内能 一、功、热量与内能 如果一个物体既不吸热也不放热，那么，当外界对它做功时，物体内能增加，且增加量等于外界做的功。当物体对外界做功时，物体内能减少，且减少量等于物体做的功。 研究表明 做功可能改变物体的内能 一、功、热量与内能 一、功、热量与内能 如果一个物体既不对外界做功，外界也不对它做功，那么当物体从外界吸热时，物体内能增加，其增加量等于吸收的热量；当物体向外放热时，物体内能减少，其减少量等于放出的热量。 研究表明 热传递可能改变物体的内能 二、热力学第一定律 1、改变物体的内能的两种方式： 做功和热传递 如果物体与外界之间同时存在做功和热传递的过程，那么物体内能的改变量ΔU等于外界对物体所做的功W与物体从外界吸收的热量Q之和 2、热力学第一定律： ΔU=Q+W 上式中，当物体内能增加时，ΔU为正值，物体内能减少时，ΔU为负值；当物体从外界吸热时，Q为正值，物体向外界放热时，Q为负值；当外界对物体做功时，W为正值，物体对外界做功时，W为负值。 热力学第一定律 二、热力学第一定律 在一切涉及热现象的宏观过程中，能量可以发生转移或转化，在转移或转化过程中总能量守恒。 热力学第一定律表明： 一个物体的内能增加，必定有其他物体对它做功，或向它传递热量。与此同时，对此物体做功或向它传递热量的其他物体要减少等量的能量，而系统的总能量保持不变。 虽然万米高空气温很低，但飞机上的空调不是使机舱内的空气升温，而是降温。为什么？ 飞机在万米高空飞行时，高空的气压低于机舱内的气压，要使舱内获得新鲜空气，必须使用空气压缩机把空气从舱外压进舱内。在这个过程中，由于空气压缩机对气体做功，必然使气体的内能增加，温度上升，如果不使用空调，机舱内的温度可能升至50℃，甚至更高。所以，虽然万米高空气温很低，但飞机上的空调不是使机舱内的空气升温，而是降温。 一定质量的气体从外界吸收了3.5×105J的热量，内能增加了1.2×103J。气体对外界做功还是外界对气体做功？做了多少功？ 解 由热力学第一定律，外界对气体所做的功 W=ΔU-Q =(1.2×103-3.5×105)J =-2.3×105J W为负值，说明气体对外界做功2.3×103J。 生活中的热学问题通常涉及多个过程。例如，将气泡内的气体视为理想气体，气泡在从湖底上升到湖面过程中，对外界做了0.20J的功。假设湖水温度保持不变，此过程中的气泡是吸热还是放热？吸收或放出的热量是多少？气泡到达湖面后，在其温度上升的过程中，又对外界做了0.02J的功，同时吸收了0.05J的热量，气泡内气体内能增加了多少？ 解 （1）气体温度不变，内能不变，即ΔU=0 由Q=ΔU-W得Q=-0.20J, 气泡上升过程放热。 （2）到水面后，由ΔU=Q+W得 ΔU=0.05-0.02 J=0.03J 气泡气体内能增加了0.03J。 三、第一类永动机 历史上，有人幻想设计一种不消耗任何能量而能永远对外做功的机器，这类机器通常称为第一类永动机 17世纪，有人设计了一种螺旋汲水永动机（图3-2).他设想：上面水槽流出的水冲击水轮转动，水轮在带动水磨转动的同时，通过一组齿轮带动螺旋汲水器，永不停止地把蓄水池里的水重新提升到上面的水槽中，这样就可永久地使用水磨了。 三、第一类永动机 设想利用短杆上的重球产生的作用，使轮子不停地转动； 三、第一类永动机 设想利用像灯芯那样的棉线把水吸到高处，再流下冲击轮子的叶片，使轮子不停地转动； 三、第一类永动机 设想利用重物在水中受浮力作用而上升，带动轮子不停地转动。 三、第一类永动机 第一类永动机本质上都是认为能量能无中生有地创造出来，这违背了热力学第一定律，因而是不可能实现的。 热力学第一定律也被表述为： 第一类永动机是不可能实现的。 作业： P54 2、3、4、5、6 Lavf58.20.100 $