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

第三章 热力学定律 人教版（2019）选择性必修 第三册 第二节 热力学第一定律 课堂导入——思考与讨论 汽缸内有一定质量的气体，如图所示 （1）快速推动活塞对汽缸内气体做功10J，气体内能改变了多少？能改变多少 （2）若保持气体体积不变，外界对气缸内气体传递10J的热量，则气体内能改变了多少？ （3）若推动活塞压缩气体做功10J的同时汽缸内气体传热10J的热量，则气体内能改变多少？ 当外界既对系统做功又对系统传热时，内能的变化量是： ΔU=W+Q 一、热力学第一定律 一个热力学系统的内能变化量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和。 物理意义：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。 ΔU=W+Q ——热力学第一定律 ——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。 ΔU= Q +W 式中各量的正、负号及含义 二、热力学第一定律的应用 气体膨胀 物理量 意义 符号 意义 符号 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 探究新知——热力学第一定律的应用 1.绝热过程：Q＝0，则ΔU＝W，不发生热传递； 2.等温过程： ΔU＝0，则W＝－Q，气体内能不变； 3.等容过程：W＝0，则ΔU＝Q，气体不做功； 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； 特殊情况： 探究新知——典例分析 【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。 ⑴求上述压缩过程中气体内能的变化量。 探究新知——典例分析 【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。 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。 课堂小结 热力学第一定律 ΔU= Q+ W 当系统内能增加时，ΔU > 0 外界对系统做功时，W > 0 系统从外界吸收热量，Q > 0 各值的正负 课堂练习 【例题2】如图甲所示，用活塞将一定质量的理想气体封闭在上端开口的直立圆筒形汽缸内，气体从状态A→B→C→A完成一次循环，其状态变化过程的p−V图像如图乙所示。已知该气体在状态A时的温度为600K，求： (1)气体在状态B和状态C时的温度为多少K； (2)气体从状态A→B→C的过程中，气体对外 做的功； (3)已知气体从状态C→A的过程中，外界对气体做的功=1.4×J，试说明全过程中气体是吸热还是放热并求吸收（或放出）了多少热量Q。 课堂练习 $