3.2 热力学第一定律 课件-2022-2023学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册

3.2 热力学第一定律 詹姆斯·普雷斯科特·焦耳，出生于曼彻斯特近郊的沙弗特，英国皇家学会会员，英国物理学家。焦耳在研究热的本质时，发现了热和功之间的转换关系，并由此得到了能量守恒定律，最终发展出热力学第一定律。国际单位制导出单位中，能量的单位--焦耳，就是以他的名字命名。 功W、热量Q跟内能改变量U之间关系 1.如果系统跟外界不发生热交换 (1)外界对系统做多少功，系统内能就增加多少；U正 (2)系统对外界做多少功,系统内能就减少多少。U负 2.如果外界既没有对系统做功，系统也不对外做功 (1)系统吸收了多少热量，系统内能就增加多少；U正 (2)系统放出多少热量，系统内能就减少多少。U负 一、热力学第一定律 如果系统与外界同时发生做功和热传递的过程？ U=W+Q 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功的和。 例：一定量的气体从外界吸收了2.6105J的热量，内能增加了4.2105J。是气体对外界做了功，还是外界对气体做了功？做了多少焦耳的功？ 外界对气体做功。 1.6105J 解：△U= 4.2105J，Q= 2.6105J, △U=W+Q, W= △U-Q=4.2105J- 2.6105J=1.6105J 例：如果气体吸收的热量仍为2.6105J不变，但是内能只增加了1.6105J，做了多少功？ 解析：△U= 1.6105J，Q= 2.6105J, △U=W+Q, W= △U-Q=1.6105J- 2.6105J=-1.0105J 在热力学第一定律U=W+Q中，U、W、Q，的正值、负值各代表什么物理意义？ △U=W+Q 定律中各量的正、负号及含义 二、热力学第一定律应用 物理量 符号 意义 符号 意义 W Q ΔU + 外界对系统做功 - 系统对外界做功 + 系统吸收热量 - 系统放出热量 + 系统内能增加 - 系统内能减少 例：某物体在对外做功为75J的同时，从外界吸收的热量为50J，则在此过程中物体的内能 (填增加或减少) J。 解：根据热力学第一定律U＝W＋Q， U＝－75J＋50J＝－25J 式中负号说明内能减少。 减少 25 例：一定质量的理想气体从状态A经B至C的P—1/V图线，则在此过程中（　　） A.气体的内能不变 B.气体的体积增大 C.气体向外界放热 D.气体对外界做功 1/V P C B A AC 物理量 热学过程 压强P 体积V 温度T 内能U 热量Q 功W 等温过程 等容过程 等压过程 绝热过程 总结：四个理想热学过程 减小 增大 不变 不变 吸热 - 增大 不变 升高 增加 0 吸热 增大 不变 升高 增加 吸热 - 0 减小 增大 升高 增加 + 例：四冲程内燃机，活塞在压缩冲程某段时间内移动的距离为0.1m，这段过程活塞对气体的压力逐渐增大，其做的功相当于2000N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9000N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。 练1：一定量的气体吸收热量，体积膨胀并对外做功，则此过程的末态与初态相比，（ ） A．气体内能一定增加 B．气体内能一定减小 C．气体内能一定不变 D．气体内能是增是减不能确定 D 练2：下列说法正确的是（ ） A．外界对气体做功，气体的内能一定增大 B．气体从外界吸收热量，气体的内能一定增大 C．气体的温度越低，气体分子无规则运动的平均动能越大 D．气体的温度越高，气体分子无规则运动的平均动能越大 D 练3：下列说法正确的是（ ） A．外界对一物体做功，此物体的内能一定增加 B．机械能完全转化成内能是不可能的 C．将热量传给一个物体，此物体的内能一定改变 D．一定量气体对外做功，气体的内能不一定减少 D 练4：一定质量的理想气体，从某一状态开始，经过一系列变化后又回一开始的状态，用W1表示外界对气体做的功，W2表示气体对外界做的功，Q1表示气体吸收的热量，Q2表示气体放出的热量，则在整个过程中一定有（ ） A．Q1—Q2=W2—W1 B．Q1=Q2 C．W1=W2