3.2 热力学第一定律 课件-2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

高中物理 选必3 第三章 热力学定律 第二节 热力学第一定律 14 十二月 2025 热力学第一定律 热力学第一定律应用 第二节 热力学第一定律 热力学第一定律 探究1：热量Q、功W和内能变化ΔU关系 改变内能的两种方式： 热传递 做功 系统内能变化 过程 做功 对内 对外 热传递 对内 等温变化 对外 做功、热传 递同时发生 热量 功 气体 自由膨胀 +Q>0 ΔU=Q>0→内能增加 -Q<0 ΔU=Q<0→内能减少 +W>0 ΔU=W>0→内能增加 -W<0 ΔU=W<0→内能减少 ±Q ΔU=W+Q 内能可能增加或减少 ±W Q=0 W=0 ΔU=0→内能不变 热力学第一定律（内能增加量ΔU、热量Q、做功W）： 一个热力学系统的内能的增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的代数和； 物理意义： ①反映了做功、传热改变系统内能是等效的； ②给出了功、热量跟系统内能改变之间的定量关系； 例1：一定量的气体膨胀对外做功100J，同时从外界吸收了120J的热量，它的内能的变化可能是（ ） A、减小20J B、增大20J C、减小220J D、增大220J 解： 气体对外做功W=-100J，吸收热量Q=120J； 由热力学第一定律有： ΔU=W+Q=-100J+120J=20J ΔU>0，说明气体的内能增加； B 指点迷津： ①清楚ΔU、W、Q物理意义； ②判断ΔU、W、Q的正负； 例2：（多选）如图所示，舱A与舱B之间装有阀门K，舱A中充满空气，舱B内为真空。打开阀门K，A中的气体进入B中，最终达到平衡。假设此过程中系统与外界没有热交换，舱内气体可视为理想气体，下列说法正确的是（　 ） A、气体并没有对外做功，气体内能不变 B、气体温度不变，体积增大，压强减小 C、气体体积膨胀，对外做功，内能减小 D、气体体积变大，气体分子单位时间对气缸壁单位面积碰撞的次数将 变少 ABD 判断气体是否做功的方法： 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； ②若气体体积减小，表明外界对气体做功，W>0； 压缩气体， 气体体积减小，W>0； 气体膨胀， 气体体积正大，W<0； 例3：如图所示，某同学将空的薄金属桶开口向下压入水中。设水温均匀且恒定，桶内空气无泄漏（不计气体分子间的相互作用），则被淹没的金属桶在缓慢下降过程中，桶内空气（ ） A、从外界吸热 B、向外界放热 C、内能增大 D、内能减小 B 探究2：理想气体状态变化时Q、W、ΔU变化情况 ①绝热过程：Q=0，则ΔU=W； 如：绝热膨胀、绝热压缩； ②等温过程：ΔU=0，则W=-Q； 如：等温膨胀、等温压缩； ③等容过程：W=0，则ΔU=Q； 如：升温升压、降温降压； ④等压过程： 如：等压膨胀：温度升高，内能增加ΔU>0，对外做功W<0，气体吸热Q>0； 等压压缩：温度降低，内能减少ΔU<0，对内做功W>0，气体放热Q<0； 例4：20mol氧气由状态1变化到状态2所经历的过程如图所示，试分别求出这两个过程中外界对气体做功；（氧气视为理想气体） 1）沿1→3→2折线； 2）沿1→2直线； 解： 指点迷津： P-S图象做功： ①W=P△V， 正负跟△V同号； ②W=面积S， 正负跟△V同号； 第二节 热力学第一定律 课时练习 练1：一定质量的理想气体，从某一状态开始，经过一系列变化后又回到开始的状态，用W1表示外界对气体做的功，W2表示气体对外界做的功，Q表示气体吸收的热量，Q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 D、Q1-Q2 A 练2：如图所示的p-V图像中A→B→C→A表示一定质量的理想气体的状态变化过程，1atm=1.01×105Pa，则以下说法正确的是（　　） A、由状态B到状态C的过程中， 外界对气体做了202J的功 B、由状态C到状态A的过程中， 气体吸收的热量等于外界对气体做的功 C、气体在A、B两状态时的温度相等，由状态A到状态B的过程中， 气体温度一直保持不变 D、由状态A到状态B的过程中，气体从外界吸收的热量大于气体对 外界所做的功 A 练3：一台四冲程内燃机，活塞在压缩冲程某段时间内移动的距离为0.1m，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； 1）求上述压缩过程中气体内能的变化量； 解1： 练3：一台四冲程内燃机，活塞在做功冲程，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； 2）求此做功过程气体内能的变化量； 解2： 热力学第一定律： 一个热力学系统的内能的增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和； 解题的一般步骤： 1、根据符号法则写出各已知量(W、Q、ΔU)的正、负； 2、根据方程ΔU=W＋Q求出未知量； 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； 微专题：微分、积分思想在气体做功中的应用 ①气体变压做功： 活塞受力：F=pS 活塞发生很小位移Δx： ΔW=FΔx=pSΔx=pΔV ②气体恒压做功 公式：W=pΔV V P O V2 V1 △V P S ΔX 自由压缩 P-V 图线与坐标轴 所围的面积即为功； S ΔX P 自由膨胀 18 结束页 B1 谢谢观赏！ $