12.2 能量的转化和守恒 课件-2022-2023学年高二下学期物理沪科版（2020）选择性必修第三册

第十二章 热力学定律 第二节 能量的转化和守恒 金山世外普高综合大组 Kimmy 2023年6月8日 选修系列 前文回顾 改变内能的两种方式 做功 热传递 对内 对外 吸热 放热 内能增加 内能增加 内能减少 内能减少 （外界对物体做功） （物体对外界做功） （物体从外界吸热） （物体对外界放热） 功是一种能量转化为另一种能量的形式 热量是物体间或内部内能转移的形式 2 前文回顾 一、热力学第一定律 做功和热传递是改变物体内能的两条途径。 内能、功、热量三者之间的定量关系如何呢？ 控制变量法： 当没有热量传递的情况，研究做功W和内能U之间的关系 当没有力做功的情况，研究传递的热量Q和内能U之间的关系 绝热过程 3 内能 功 热量 一、热力学第一定律 绝热材料 重物P 重物Pʹ 固定在量热器 内壁上的叶片 装水的量热器 固定在轴 上的叶片 焦耳 英国 1818-1889 4 一、热力学第一定律 水的内能变化如何计算？ 重物P和重物P΄做功如何计算？ 假设两重物的质量为m，下降高度为h 可以计算出重力所做的功 假设水的质量m、比热容C、升高的温度Δt 焦耳通过多次实验证明，重力对 P 与 P′ 所做的功总等于水和容器组成的系统增加的内能。 在上述过程中，它既不从外界吸热，也不向外界放热，这种过程叫做绝热过程。 我们用 表示系统内能的变化量 在绝热过程中系统内能的变化量 ∆ U 就等于外界对系统所做的功 W，即 5 一、热力学第一定律 一般而言，我们把研究对象称为系统，当系统与外界仅有热传递时，热量是系统内能变化的量度。没有外界做功 当某系统从内能为 U1 的初状态通过热传递到达内能为 U2 的末状态，系统内能的变化量 ∆U 就等于外界向系统传递的热量 Q，即 热量的概念只在涉及能量传递时才有意义。所以不能说物体具有多少热量，只能说物体吸收或放出了多少热量。 于是，在系统与外界同时发生做功和热传递的过程中，系统内能的变化量 ∆U 等于外界对系统所做的功 W 与系统从外界吸收的热量 Q 的代数和。这就是热力学第一定律，用公式表示为 6 一、热力学第一定律 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。 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。 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 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。 内容： 物理意义： 注意： 7 二、做功与气体体积变化的关系 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 气体膨胀，气体对外做功，W < 0 气体收缩，外界对内做功，W > 0 8 p O V1 V2 p1S p1 Δh p1 等压变化 非等压变化 p O V1 V2 p-V 图下方(与坐标轴所围的面积)的“面积” 表示做功多少。 做正功还是负功取决于箭头的图像（压缩还是膨胀） 虽然以上结论是在等压p-V 图像推导而来，但是也适用于非等压情况。 二、做功与气体体积变化的关系 p0 9 p1S p1 Δh 等温线 p O 绝热吗？ 理想气体忽略分子势能，只有分子动能。 ΔU = W + Q = 0 因此分子动能不变，温度不变。 所以是等温变化（红线）。 二、做功与气体体积变化的关系 真空 做功吗？ 理想气体真空自由膨胀 真空绝热 没有能量受体 10 p1S p1 Δh 等温线 p O 绝热吗？ 理想气体忽略分子势能，只有分子动能。 ΔU = W + Q < 0 因此分子动能变小，温度降低。 所以是等温变化（蓝线）。 二、做功与气体体积变化的关系 大气 做功吗？ 理想气体绝热膨胀 题干信息 对外做功 绝热线 11 示例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 B 变式1 下列关于内能的说法正确的是（ ） 多选 （A）物体吸收热量，内能一定增加 （