3.2 热力学第一定律-【物理优课PPT】高中物理选择性必修第三册同步PPT课件（人教版2019）

授课老师：*** 1.掌握热力学第一定律及其表达式； 2学会运用热力学第一定律解释自然界能量的转化、转移问题； 3.理解能量守恒定律，知道能量守恒定律是自然界普遍遵从的基本规律； 4.理解第一类永动机是不可能制成的。 核心素养要求 核心素养呈现 热力学第一定律 物理观念 热力学第一定律 能量守恒定律 科学思维 第一类永动机不可能制成 科学探究 应用两大定律解决实际问题 能量守恒定律是自然界普遍遵从的基本规律 科学 态度 与责任 情景导入 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？ 温故知新 另一方面也表明，为了改变系统的状态，做功和传热这两种方法是等价的。也就是说，一定数量的功与确定数量的热相对应。 一方面表明，以不同的方式对系统做功时，只要系统始末两个状态是确定的，做功的数量就是确定的； 焦耳的实验 当外界既对系统做功又对系统传热时，内能的变化量就应该是： ΔU=W 单纯地对系统做功做功： 单纯地对系统传热： △U＝Q △U＝Q+ W 一、热力学第一定律 热力学第一定律 一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和。 W： 外界对物体做的功 Q： 物体吸收的热量 ΔU ：物体内能的增加量 ΔU=U2-U1 △U＝Q+ W 不仅反映了做功与传热在改变系统内能方面是等效的，而且给出了功、热量跟系统内能改变之间的定量关系。 物理意义 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 135J，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。 解析 系统向外放热：Q=-85J 内能减少了220J 膨胀过程中气体对外界做功 系统对外做功：W=-135J 根据热力学第一定律：ΔU = W + Q 代入得：ΔU =-135+（-85）=-220J 解析 二、热力学第一定律的应用 物理量 符号 意义 符号 意义 W ＋ － Q ＋ － ΔU ＋ － 外界对物体做功 物体对外界做功 物体吸收热量 物体放出热量 内能增加 内能减少 △U＝W + Q 1、确定研究对象。 2、正确选取正、负号。 经典题型 例1 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。 ⑴ 求上述压缩过程中气体内能的变化量。 ① 确定研究对象：汽缸中的气体。 ② 明确气体状态变化过程。 ③ 正确选取 W 与 Q 的正负。 分析 解析 （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 经典题型 例1 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 确定研究对象：汽缸中的气体。 ② 明确气体状态变化过程。 ③ 正确选取 W 与 Q 的正负。 分析 解析 （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 ⑵ 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。 经典题型 例2 一定质量的气体在某一过程中，外界对气体做了8×104 J的功，气体的内能减少了1.2×105 J，则下列各式正确的是（ ） 解析 因为外界对气体做功，W 取正值，即W＝8×104 J；气体内能减少，ΔU 取负值，即 ΔU＝－1.2×105 J；根据热力学第一定律 ΔU＝W＋Q，可知 Q＝ΔU－W＝－1.2×105 J－8×104 J＝－2×105 J，B 选项正确。 B A.W＝8×104 J，ΔU＝1.2×105 J，Q＝4×104 J B.W＝8×104 J，ΔU＝－1.2×105 J，Q＝－2×105 J C.W＝－8×1