3.2热力学第一定律-2022-2023学年高二物理备课高效互动课件（人教2019选择性必修第三册）

绝热过程 仅传热过程 如果物体在跟外界同时发生做功和热传递的过程中， 内能的变化ΔU与热量Q及做的功W之间又有什么关系呢？ 高中物理选择性必修第三册 第三章 热力学定律 热力学定律 复习回顾： 高中物理选择性必修第三册 第三章 热力学定律 热力学定律 3.2 热力学第一定律 问题：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？ 一、热力学第一定律 热力学 1、表述：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. 2、意义：热力学第一定律反映了功、热量跟系统内能改变之间的定量关系. 3、数学表达式： ΔU= Q +W 一、热力学第一定律 思考讨论：一定质量的气体封闭在一个有活塞的容器中，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。 气体对外界做功 气体内能减少了220J 一、热力学第一定律 4、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 ΔU = W + Q 一、热力学第一定律 学 6、气体状态变化的几种特殊情况 (1)绝热过程：Q＝0，则ΔU＝W. (2)等容过程：W＝0，则ΔU＝Q. (3)等温过程：始末状态一定质量理想气体的内能不变，即ΔU＝0，则W＝－Q(或Q＝－W). 一、热力学第一定律 学 5、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；（自由膨胀除外，气体自由膨胀对外做功为0） ②若系统体积减小，表明外界对系统做功，Ｗ ＞0． 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2×103 N的恒力使活塞移动相同距离所做的功。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25 J。（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 0.1 m，其做的功相当于9×103 N 的恒力使活塞移动相同距离所做的功，该做功过程气体传递给汽缸的热量为 30 J，求此做功过程气体内能的变化量。 二、热力学第一定律的应用 学 解：（1）压缩过程活塞（外界）对气体（系统）做功，W为正值： 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为负值： 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 二、热力学第一定律的应用 学 热力学第一定律的应用步骤 (1)根据符号法则写出各已知量(W、Q、ΔU)的正、负． (3)再根据未知量结果的正、负来确定吸热、放热情况或做功情况． (2)根据方程ΔU＝W＋Q 求出未知量． 二、热力学第一定律的应用 学 P V Va Vb 气体等压变化对外界做功 P -V 图下方(与坐标轴所围的面积)的“面积” 表示做功多少。 W=PΔV 非等压变化 p S Δx V p O V2 V1 推动活塞缓慢移动， 外力F =pS 活塞发生很小位移Δx， ΔW=FΔx =pSΔx =pΔV 二、热力学第一定律的应用 3、特殊的气体做功的计算 1、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 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＝－8×104 J，ΔU＝1.2×105 J，Q＝2×104 J D.W＝－8×104 J，ΔU＝－1.2×105 J，Q＝－4×104 J √ 课堂练习 2、如图所示，内壁光滑的绝热汽缸固定在水平面上，其右端由于有挡板，厚度不计的绝热活塞不能离开汽缸，汽缸内封闭着一定质量的理想气体，活塞距汽缸右端的距离为0.2 m.现对封闭气体加热，活塞缓慢移动，一段时间后停止