3.2 热力学第一定律（课件）-2024-2025学年高二物理同步精讲练（人教版2019选择性必修第三册）

第三章：第2节 热力学第一定律 高中物理选择性必修第三册 制作：陈庆威 目录 CONTENT 高中物理选择性必修第三册 热力学第一定律 第一定律的应用 总结提升 问题？ 00. 高中物理选择性必修第三册 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？ 热力学第一定律 第一部分 做功改变内能 01. 高中物理选择性必修第三册 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； 单纯地对系统做功： ΔU=W 传热改变内能 01. 高中物理选择性必修第三册 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。 单纯地对系统传热：△U＝Q 热力学第一定律 01. 高中物理选择性必修第三册 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 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. 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 思考与讨论 01. 高中物理选择性必修第三册 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功是135J，同时向外放热85J，气体内能变化量是多少？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。 正负号的含义 01. 高中物理选择性必修第三册 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 判断是否做功的方法 01. 高中物理选择性必修第三册 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． P V Va Vb 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 高中物理选择性必修第三册 1.绝热过程：Q＝0，则ΔU＝W，不发生热传递，系统内能的变化只与做功有关（分绝热膨胀和绝热压缩）； 2.等温过程： ΔU＝0，则W＝－Q，气体内能不变，外界对气体做的功与气体吸收的热量等值异号（分等温膨胀和等温压缩）； 3.等容过程：W＝0，则ΔU＝Q，气体不做功，系统内能的变化 只与热传递有关（分升温升压和降温降压）； 4.等压过程：等压膨胀，温度升高，内能增加，对外做功，气体吸热；等压压缩，温度降低，内能减少，对内做功，气体放热。 几种特殊情况 01. 热力学第一 定律的应用 第二部分 教材例题 01. 高中物理选择性必修第三册 【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。 高中物理选择性必修第三册 ⑴求上述压缩过程中气体内能的变化量。 【解析】（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 教材例题 02. 高中物理选择性必修第三册 ⑵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9×103N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。 （2）气体膨胀过程中气体（系统）对外界所做功，W是负值： 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 教材例题 03. 总结提升 第三部分 高中物理选择性必修第三册 课堂小结 热力学第一定律 单击此处 添加标题 热力学第一定律的应用 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. △U＝Q+ W 若系统体积增大，表明系统对外界做功，W ＜ 0； 若系统体积减小，表明外界对系统做功，Ｗ ＞ 0． 例题1 例题精选 01. 【参考答案】C 高中物理选择性必修第三册 如图所示，一定质量的理想气体，经历a→b→c→a的循环过程，ab与纵轴平行，ac与横轴平行，cb的延长线过原点。下列说法正确的是（　　） A．a→b过程，外界对气体做正功 B．b→c过程，单位体积内的气体分子数增多 C．c→a过程，气体分子的平均动能减小 D．整个过程中，气体吸收的热量大于释放的热量 解析 例题解析 02. 高中物理选择性必修第三册 【解析】A．a→b过程为等温变化，根据 可知，因此气体对外界做功，故A错误； B．b→c过程为等容变化，则单位体积的分子数不变，故B错误； C．c→a过程为等压变化，此过程温度降低，则分子平均动能减小，故C正确； D．a→b→c→a整个循环系统内能变化量为零，则 根据图形变化得到整个循环过程的p—V图像如图所示 根据图像可知a→b→c→a整个过程外界对系统做功，则系统向外放热，所以气体吸收的热量小于释放的热量，故D错误。故选C。 例题2 例题精选 03. 【参考答案】BD 高中物理选择性必修第三册 （多选）如图是“筒式二冲程柴油锤”的工作简图。压缩冲程：气缸锤座压在水泥桩顶上，柱塞从一定高度释放落入气缸内，压缩气缸内的空气，并点燃气缸内的柴油。做功冲程：柴油被点燃，通过高压气体将水泥桩压入泥土，同时柱塞被反推到气缸外。柱塞和气缸密封良好，则（　　） A．在压缩冲程，气缸内气体发生等温变化 B．在压缩冲程，柱塞对气缸内气体做正功 C．在做功冲程，气缸内气体压强保持不变 D．在做功冲程，气缸内气体对柱塞做正功 解析 例题解析 04. 高中物理选择性必修第三册 【解析】AB．压缩冲程中，柱塞对气缸内气体做正功，柱塞机械能转化为气体内能，气缸内气体内能增大，气缸内气体温度升高，故A错误、B正确； CD．做功冲程中，气缸内气体对柱塞做正功，将内能转化为机械能，气缸内气体内能减少，气缸内气体温度降低；由于气缸内气体质量不变，气体体积增大，由理想气体状态方程可知气体压强变小，故C错误、D正确。 故选BD。 例题3 例题精选 05. 高中物理选择性必修第三册 如图所示，内壁光滑的柱形导热汽缸内被活塞封闭了一定质量的理想气体，当封闭气体的热力学温度时，封闭气体的体积，现对汽缸内的气体缓慢加热，当封闭气体的热力学温度上升至时，活塞恰好到达汽缸口，该过程中缸内气体吸收的热量。已知活塞的质量，横截面积，外界大气压，取重力加速度大小。求： (1)缸内气体的压强P； (2)该过程中封闭气体内能的增量。 解析 例题解析 06. 高中物理选择性必修第三册 【解析】（1）选活塞为研究对象，则 则缸内气体的压强解得 （2）对汽缸内的气体缓慢加热，封闭气体等压膨胀，由盖·吕萨克定律可得解得 则活塞上升的距离外界对气体做功 对封闭气体由热力学第一定律，可得该过程中封闭气体内能的增量   THANKS cqw (c) - $$