3.2 热力学第一定律（教学课件）-【上好课】高中物理同步备课（人教版2019选择性必修第三册）

第2节 热力学第一定律 第三章 人教版 选择性必修第三册 热力学第一定律 01 热力学第一定律的应用 02 做功与气体体积变化的关系 03 典例分析 04 CONTENTS 目录 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。 新课导入 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？ 另一方面也向我们表明，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 ΔU=W 单纯地对系统做功做功： 单纯地对系统传热： △U＝Q 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： △U＝Q+ W 新课导入 热力学第一定律 PART 01 1、内容：一个热力学系统的内能变化量（增量）等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和. 2、物理意义：热力学第一定律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. 3、表达式： ΔU ：物体内能的增加量 W： 外界对物体做的功 Q： 物体吸收的热量 ΔU＝W + Q 4、推广：上式也适用于物体对外做功、向外界散热和内能减少的情况。但要注意各量的符号. 物理量 符号 意义 符号 意义 W ＋ 外界对物体做功 － 物体对外界做功 Q ＋ 物体吸收热量 － 物体放出热量 ΔU ＋ 内能增加 － 内能减少 气体被压缩 气体膨胀 定律中各量的正、负号及含义 ΔU = W + Q 5、判断是否做功的方法 一般情况下外界对系统做功与否，需要看物体的体积是否变化。 ①若系统体积增大， 表明系统对外界做功，W ＜ 0； ②若系统体积减小， 表明外界对系统做功，Ｗ ＞ 0． 6、几种特殊情况 (1)若过程是绝热的，即Q＝0，则ΔU＝W，系统内能的增加量等于外界对物体做的功。 (2)若过程中不做功（单纯传热），即W＝0，则ΔU＝Q，系统内能的增加量等于物体从外界吸收的热量。 (3)若过程的始末状态系统的内能不变，即ΔU＝0，则W＝－Q(或Q＝－W)，外界对系统做的功等于系统放出的热量(或系统吸收的热量等于系统对外界做的功)。 (4)对于理想气体，温度变化，内能一定变化，等温过程ΔU＝0。 【特别提醒】 (1)当做功和热传递同时发生时，物体的内能可能增加，也可能减小，还可能保持不变。 (2)物体内能发生变化可能是由做功引起的，也可能是由热传递引起的，还可能是两者共同作用的结果。 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： 膨胀过程中气体对外界做功 系统对外做功：W=-135J 系统向外放热：Q=-85J 根据热力学第一定律：ΔU = W + Q 代入得：ΔU =-135+（-85）=-220J 内能减少了220J。 思考与讨论 小试牛刀 1.如图所示，某同学将空的薄金属桶开口向下压入水中。设水温均匀且恒定，桶内空气无泄漏(不计气体分子间的相互作用)，则被淹没的金属桶在缓慢下降过程中，桶内空气(　　) A．从外界吸热 B．向外界放热 C．内能增大 D．内能减小 B 小试牛刀 2．在一个大气压下，1 kg的100 ℃的水变为1 kg的100 ℃的水蒸气的过程，下列说法中正确的是(　　) A．内能不变，对外界做功，一定是吸热过程 B．内能增加，吸收的热量等于内能的增加量 C．内能不变，吸收的热量等于对外界做的功 D．内能增加，从外界吸热，吸收的热量等于对外界做的功和增加的内能之和 D 热力学第一定律的应用 PART 02 用热力学第一定律解释生活中的现象 热的本质 【例题】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。 （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 ③正确选取W与Q的正负。 ②明确气体状态变化过程。 分析： 解析： 【例题】如图，一台四冲