3.2 热力学第一定律 课件-2023-2024学年高二下学期物理人教版（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（2019）选择性必修三 CONTENTS 目录 热力学第一定律 01 热力学第一定律的应用 02 学以致用提高练习 03 思考与讨论：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？ 新课导入 知识讲解 课堂小结 随堂练习 布置作业 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。 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 因此，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 知识讲解 课堂小结 随堂练习 布置作业 一、热力学第一定律 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. 表达式： ΔU＝ Q + W W —— 外界对物体做的功 —— W＞0，表示外界对系统做功； W＜0，表示系统对外界做功； Q —— 物体吸收的热量 —— Q＞0，表示系统吸热； Q＜0，表示系统放热； ΔU —— 物体内能的增加量 —— ΔU＞0，表示系统内能增加； ΔU＜0，表示系统内能减少。 3. 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. 新课导入 知识讲解 随堂练习 课堂小结 布置作业 (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。 4.几种特殊情况 【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。 新课导入 知识讲解 随堂练习 课堂小结 布置作业 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： 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。 新课导入 知识讲解 随堂练习 课堂小结 布置作业 二、热力学第一定律的运用 1.定律中各量的正、负号及含义：ΔU = W + Q 做功 W 热量 Q 内能的改变 ΔU 取正值“＋” 外界对系统 做功 系统从外界 吸收热量 系统的内能增加 取负值“－” 系统对外界 做功 系统向外界 放出热量 系统的内能减少 气体被压缩 气体膨胀 新课导入 知识讲解 随堂练习 课堂小结 布置作业 2.判断是否做功的方法： 一般情况下看气体的体积是否变化. ①若气体体积增大,表明气体对外界做功,W<0.(自由膨胀除外) ②若气体体积减小,表明外界对气体做功,W>0. 3.对理想气体应用热力学第一定律 （1）对于理想气体来说，因不考虑分子势能，故其内能为所有分子动能的总和（即等于分子数与分子热运动的平均动能的乘积）。内能仅由分子数与温度决定，因此对于一定质量的理想气体来说，内能是否变化取决于其温度是否变化。 （2）热量取决于容器是绝热的还是导热的，并不是温度升高吸热，温度降低放热。 （3）外界对理想气体做功或理想气体对外界做功时，若恒压膨胀，即压强不变时，功的计算公式为W=P∆V（P为理想气体的压强、∆V为理想气体体积的变化量）。 新课导入 知识讲解 随堂练习 课堂小结 布置作业 理想气体做功的计算 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 推动活塞缓慢