熱力學定律（課堂PPT）

1、.110.1功和內(nèi)能.2知識回顧知識回顧2.什么叫內(nèi)能？什么叫內(nèi)能？ 與哪些因素有關？與哪些因素有關？1.（機械）功的兩個不可缺少的因素是什么？（機械）功的兩個不可缺少的因素是什么？ 電流做功與哪些因素有關？電流做功與哪些因素有關？ .3結論：結論：做功使得物體（密閉氣體）溫度升高做功使得物體（密閉氣體）溫度升高.4焦耳焦耳 18181818年年1212月月2424日生于英國曼徹斯日生于英國曼徹斯特特 ，起初研究電學和磁學。，起初研究電學和磁學。 18401840年在英國皇家學會上宣布了電流通年在英國皇家學會上宣布了電流通過導體產(chǎn)生熱量的定律，即焦耳定過導體產(chǎn)生熱量的定律，即焦耳定律。焦耳測量

2、了熱與機械功之間的律。焦耳測量了熱與機械功之間的當量關系當量關系熱功當量，為熱力學熱功當量，為熱力學第一定律和能量守恒定律的建立奠第一定律和能量守恒定律的建立奠定了實驗基礎。定了實驗基礎。一、焦耳的實驗 系統(tǒng)只由于外界對它做功而與外界交換能量它不從系統(tǒng)只由于外界對它做功而與外界交換能量它不從外界吸熱，也不向外界放熱，這樣的過程叫絕熱過程外界吸熱，也不向外界放熱，這樣的過程叫絕熱過程絕熱過程：絕熱過程：焦耳實驗是一個需要在絕熱過程中完成的實驗焦耳實驗是一個需要在絕熱過程中完成的實驗.5焦耳二個代表性實驗：焦耳熱功當量實驗裝置焦耳二個代表性實驗：焦耳熱功當量實驗裝置機械功機械功 實驗結論：只要重力

3、所做的功相同，容器內(nèi)水溫上升的數(shù)值都是相同的，實驗結論：只要重力所做的功相同，容器內(nèi)水溫上升的數(shù)值都是相同的，即系統(tǒng)狀態(tài)的變化是相同的。即系統(tǒng)狀態(tài)的變化是相同的。.6焦耳二個代表性實驗：焦耳二個代表性實驗：焦耳熱功當量實驗裝置焦耳熱功當量實驗裝置電功電功 實驗結論：只要所做的電功相等，則系統(tǒng)溫度上升實驗結論：只要所做的電功相等，則系統(tǒng)溫度上升的數(shù)值是相同的，即系統(tǒng)的狀態(tài)變化是相同的。的數(shù)值是相同的，即系統(tǒng)的狀態(tài)變化是相同的。.7從焦耳的實驗中可以得出什么結論？從焦耳的實驗中可以得出什么結論？在各種不同的絕熱過程中，系統(tǒng)狀態(tài)的改變與在各種不同的絕熱過程中，系統(tǒng)狀態(tài)的改變與做功方式做功方式無關，僅

4、與無關，僅與做功數(shù)量做功數(shù)量有關。有關。.8 在熱力學系統(tǒng)的絕熱過程中，外界對系統(tǒng)所做的功在熱力學系統(tǒng)的絕熱過程中，外界對系統(tǒng)所做的功僅由過程的僅由過程的始末兩個狀態(tài)始末兩個狀態(tài)決定，不依賴于做功的決定，不依賴于做功的具體具體過程和方式過程和方式。類比思考：哪些力做功僅由物體的起點和終點類比思考：哪些力做功僅由物體的起點和終點兩個位置決定，與物體的運動路徑無關？兩個位置決定，與物體的運動路徑無關？重力重力 重力做功對應重力勢能重力做功對應重力勢能.9 在熱力學系統(tǒng)的絕熱過程中，外界對系統(tǒng)所做的功在熱力學系統(tǒng)的絕熱過程中，外界對系統(tǒng)所做的功僅由過程的僅由過程的始末兩個狀態(tài)始末兩個狀態(tài)決定，不依賴

5、于做功的決定，不依賴于做功的具體具體過程和方式過程和方式。功是能量轉(zhuǎn)化的量度功是能量轉(zhuǎn)化的量度內(nèi)能U：只依賴于系統(tǒng)自身狀態(tài)的物理量：只依賴于系統(tǒng)自身狀態(tài)的物理量 內(nèi)能與狀態(tài)參量溫度、體積有關，內(nèi)能與狀態(tài)參量溫度、體積有關，即由它的狀態(tài)決定即由它的狀態(tài)決定 內(nèi)能的增加量內(nèi)能的增加量UU2U1等于外界對系等于外界對系統(tǒng)所做的功統(tǒng)所做的功UW二、內(nèi)能二、內(nèi)能.10一個鐵塊沿斜面勻速滑下，關于物體的機械能和一個鐵塊沿斜面勻速滑下，關于物體的機械能和內(nèi)能的變化，下列判斷中正確的是（內(nèi)能的變化，下列判斷中正確的是（ ）A 物體的機械能和內(nèi)能都不變物體的機械能和內(nèi)能都不變B 物體的機械能減少，內(nèi)能不變物體的

6、機械能減少，內(nèi)能不變 C 物體的機械能增加，內(nèi)能增加物體的機械能增加，內(nèi)能增加D 物體的機械能減少，內(nèi)能增加物體的機械能減少，內(nèi)能增加D.11問題與練習問題與練習v1.分子動理論對內(nèi)能的微觀定義是：分子動理論對內(nèi)能的微觀定義是：-v本節(jié)熱力學對內(nèi)能的定義是：本節(jié)熱力學對內(nèi)能的定義是：-v當系統(tǒng)狀態(tài)改變時，按照熱力學對內(nèi)能的定義，則當系統(tǒng)狀態(tài)改變時，按照熱力學對內(nèi)能的定義，則物體的內(nèi)能改變；而按分子動理論，系統(tǒng)狀態(tài)改變物體的內(nèi)能改變；而按分子動理論，系統(tǒng)狀態(tài)改變時，描述系統(tǒng)狀態(tài)的參量發(fā)生了變化，例如溫度和時，描述系統(tǒng)狀態(tài)的參量發(fā)生了變化，例如溫度和體積改變，而分子的平均動能與溫度有關，分子的體積

7、改變，而分子的平均動能與溫度有關，分子的勢能與體積有關，所以系統(tǒng)的內(nèi)能就要改變。因此勢能與體積有關，所以系統(tǒng)的內(nèi)能就要改變。因此內(nèi)能年的兩種定義是一致的。內(nèi)能年的兩種定義是一致的。.12問題與練習問題與練習v2.（從功是能量轉(zhuǎn)化的量度角度出發(fā)思考）（從功是能量轉(zhuǎn)化的量度角度出發(fā)思考）v例例1：汽車剎車：汽車剎車v例例2：雙手摩擦：雙手摩擦v3.10.1-2重物的重力勢能轉(zhuǎn)化為水的內(nèi)能；重物的重力勢能轉(zhuǎn)化為水的內(nèi)能；v 10.1.3重物的機械能轉(zhuǎn)化為電能，電能再轉(zhuǎn)重物的機械能轉(zhuǎn)化為電能，電能再轉(zhuǎn)化為液體的內(nèi)能化為液體的內(nèi)能.1310.2熱和內(nèi)能.14思考：思考： 請同學們想辦法如何將一段鐵請同學

8、們想辦法如何將一段鐵絲的溫度升高？絲的溫度升高？.15一、熱傳遞一、熱傳遞 兩個溫度不同的物體互相接觸時溫度高的物體兩個溫度不同的物體互相接觸時溫度高的物體要降溫，溫度低的物體要升溫，并將持續(xù)到系統(tǒng)間達要降溫，溫度低的物體要升溫，并將持續(xù)到系統(tǒng)間達到熱平衡即溫度相等為止，這個過程稱之為到熱平衡即溫度相等為止，這個過程稱之為熱傳遞熱傳遞熱傳遞的熱傳遞的三種方式三種方式：熱傳導熱傳導、熱對流熱對流、熱輻射熱輻射.16熱傳導熱傳導熱沿著物體傳遞的熱傳遞方式，不同物質(zhì)熱沿著物體傳遞的熱傳遞方式，不同物質(zhì)傳到熱的能力各不相同，容易傳到熱的物體稱之為熱傳到熱的能力各不相同，容易傳到熱的物體稱之為熱的良導體

9、，所有金屬都是熱的良導體，不容易傳導熱的良導體，所有金屬都是熱的良導體，不容易傳導熱的物體稱之為熱的不良導體，如空氣、橡膠、絨毛、的物體稱之為熱的不良導體，如空氣、橡膠、絨毛、棉紗、木頭、水、油等棉紗、木頭、水、油等熱對流熱對流靠液體或氣體的流動來傳遞熱的方式，熱靠液體或氣體的流動來傳遞熱的方式，熱對流是液體和氣體所特有的熱傳遞方式對流是液體和氣體所特有的熱傳遞方式熱輻射熱輻射熱從高溫物體向周圍以電磁波的形式沿直熱從高溫物體向周圍以電磁波的形式沿直線射出去的方式，熱輻射不依賴媒介質(zhì)，可在真空中線射出去的方式，熱輻射不依賴媒介質(zhì)，可在真空中進行，溫差越大，表面顏色越深，物體向外的熱輻射進行，溫差

10、越大，表面顏色越深，物體向外的熱輻射能力越強能力越強.17二、熱和內(nèi)能二、熱和內(nèi)能 在外界對系統(tǒng)沒有做功的情況下，在外界對系統(tǒng)沒有做功的情況下，內(nèi)能和熱量之間有什么樣的關系呢？內(nèi)能和熱量之間有什么樣的關系呢？ 即在外界對系統(tǒng)不做功的情況下，外界傳即在外界對系統(tǒng)不做功的情況下，外界傳遞給系統(tǒng)的遞給系統(tǒng)的熱量熱量等于系統(tǒng)內(nèi)能的改變量等于系統(tǒng)內(nèi)能的改變量UQ.18二、熱和內(nèi)能二、熱和內(nèi)能做功做功是內(nèi)能和其他形式的能發(fā)生轉(zhuǎn)化是內(nèi)能和其他形式的能發(fā)生轉(zhuǎn)化熱傳遞熱傳遞是不同物體或同一物體不同部分內(nèi)能的轉(zhuǎn)移是不同物體或同一物體不同部分內(nèi)能的轉(zhuǎn)移做功和熱傳遞在改變物體的內(nèi)能上是等效的做功和熱傳遞在改變物體的內(nèi)

11、能上是等效的 但是它們還是有但是它們還是有重要區(qū)別重要區(qū)別的的 UQUW不同能量形式的轉(zhuǎn)化不同能量形式的轉(zhuǎn)化同種能量形式的轉(zhuǎn)移同種能量形式的轉(zhuǎn)移.19例例1 1 、如果鐵絲的溫度升高了，則（、如果鐵絲的溫度升高了，則（ ）A.A.鐵絲一定吸收了熱量鐵絲一定吸收了熱量 B.B.鐵絲一定放出了熱量鐵絲一定放出了熱量C.C.外界可能對鐵絲做功外界可能對鐵絲做功 D.D.外界一定對鐵絲做功外界一定對鐵絲做功解析：解析：做功和熱傳遞對改變物體的內(nèi)能是等效的，做功和熱傳遞對改變物體的內(nèi)能是等效的，溫度升高可能是做功，也可能是熱傳遞。故溫度升高可能是做功，也可能是熱傳遞。故C正確。正確。答案：答案：C.20

12、例例2 2 下列關于熱量的說法，正確的是下列關于熱量的說法，正確的是 （ ）A.A.溫度高的物體含有的熱量多溫度高的物體含有的熱量多 B.B.內(nèi)能多的物體含有的熱量多內(nèi)能多的物體含有的熱量多C.C.熱量、功和內(nèi)能的單位相同熱量、功和內(nèi)能的單位相同 D.D.熱量和功都是過程量，而內(nèi)能是一個狀態(tài)量熱量和功都是過程量，而內(nèi)能是一個狀態(tài)量解析：解析：熱量和功都是過程量，而內(nèi)能是一個狀態(tài)量，熱量和功都是過程量，而內(nèi)能是一個狀態(tài)量，所以不能說溫度高的物體含有的熱量多，內(nèi)能多的所以不能說溫度高的物體含有的熱量多，內(nèi)能多的物體含有的熱量多；熱量、功和內(nèi)能的單位相同都物體含有的熱量多；熱量、功和內(nèi)能的單位相同都

13、是焦耳。選是焦耳。選C、D答案：答案：C、D.21注意：注意：熱量是單純的傳熱過程熱量是單純的傳熱過程中系統(tǒng)內(nèi)能變化的一個量度，中系統(tǒng)內(nèi)能變化的一個量度，是一個是一個過程量過程量，不能講在某個，不能講在某個時刻物體具有多少熱量應該講時刻物體具有多少熱量應該講在熱傳遞過程中有多少熱量從在熱傳遞過程中有多少熱量從高溫物體傳遞到了低溫物體高溫物體傳遞到了低溫物體.22第十章第十章 熱力學定律熱力學定律第三節(jié)第三節(jié) 熱力學第一定律熱力學第一定律 能量守恒定律能量守恒定律.23 既然既然做功做功和和熱傳遞熱傳遞都可以改變物體的都可以改變物體的內(nèi)能，那么，功、熱量跟內(nèi)能的改變之間內(nèi)能，那么，功、熱量跟內(nèi)能

14、的改變之間一定有某種聯(lián)系，我們就來研究這個問題一定有某種聯(lián)系，我們就來研究這個問題. .改變物體內(nèi)能的方式有哪些？改變物體內(nèi)能的方式有哪些？ 做功熱傳遞做功熱傳遞.241. 1.一個物體，它既沒有吸收熱量也沒有放出熱量，那么：一個物體，它既沒有吸收熱量也沒有放出熱量，那么：如果外界做的功為，則它的內(nèi)能如何變化？變化了如果外界做的功為，則它的內(nèi)能如何變化？變化了多少？多少？如果物體對外界做的功為，則它的內(nèi)能如何變化？如果物體對外界做的功為，則它的內(nèi)能如何變化？變化了多少？變化了多少？2.一個物體，如果外界既沒有對物體做功，物體也沒有一個物體，如果外界既沒有對物體做功，物體也沒有對外界做功，那么：

15、對外界做功，那么：如果物體吸收熱量，它的內(nèi)能如何變化？變化了多如果物體吸收熱量，它的內(nèi)能如何變化？變化了多少？少？如果放出熱量，它的內(nèi)能如何變化？變化了多少？如果放出熱量，它的內(nèi)能如何變化？變化了多少？U = Q U = W.253.如果物體在跟外界同時發(fā)生做功和熱傳如果物體在跟外界同時發(fā)生做功和熱傳遞的過程中，內(nèi)能的變化遞的過程中，內(nèi)能的變化U與熱量及與熱量及做的功之間又有什么關系呢？做的功之間又有什么關系呢？ .26U = W + Q 該式表示的是內(nèi)能的變化量跟功、熱量的該式表示的是內(nèi)能的變化量跟功、熱量的定量關系，在物理學中叫做定量關系，在物理學中叫做熱力學第一定律熱力學第一定律. .U

16、 U 物體內(nèi)能的增加量物體內(nèi)能的增加量 W W 外界對物體做的功外界對物體做的功 Q Q 物體吸收的熱量物體吸收的熱量 一個熱力學系統(tǒng)的內(nèi)能增量等于外界向它傳一個熱力學系統(tǒng)的內(nèi)能增量等于外界向它傳遞的熱量與外界對它所做的功的和。遞的熱量與外界對它所做的功的和。（數(shù)學表達式）（數(shù)學表達式）.27物理量物理量 符號符號意義意義符號符號意義意義W W外界外界對對物體物體做功做功物體物體對對外界外界做功做功Q Q物體物體吸收吸收熱量熱量物體物體放出放出熱量熱量UU內(nèi)能內(nèi)能增加增加內(nèi)能內(nèi)能減少減少U = W + Q .28 例題：一定量的氣體從外界吸收了例題：一定量的氣體從外界吸收了2.62.61010

17、5 5J J的熱量，的熱量，內(nèi)能增加了內(nèi)能增加了4.2 4.2 10105 5J J。問：。問： 是氣體對外界做了功，還是外界對氣體做了功？是氣體對外界做了功，還是外界對氣體做了功？做了多少焦耳的功？做了多少焦耳的功？解：解：根據(jù)根據(jù)U = W + Q 得得W = U Q = 4.2 105J 2.6105J= 1.6105J W為正值，為正值，外界對氣體做功，做了外界對氣體做功，做了1.6105J 的功。的功。 同理可得：同理可得：W =U Q = 1.6 105J 2.6105J= 1.0105J W為為負值，說明氣體對外界做功（氣體體積變大），做了負值，說明氣體對外界做功（氣體體積變大）

18、，做了1.0105J 的功。的功。 如果氣體吸收的熱量仍為如果氣體吸收的熱量仍為2.62.610105 5J J不變，但是內(nèi)不變，但是內(nèi)能只增加了能只增加了1.61.610105 5J J，這一過程做功情況怎樣？，這一過程做功情況怎樣？.29應用熱力學第一定律解題的一般步驟：應用熱力學第一定律解題的一般步驟： 根據(jù)符號法則寫出各已知量（根據(jù)符號法則寫出各已知量（W、Q、U）的正、負；）的正、負；根據(jù)方程根據(jù)方程U=W+Q求出未知量；求出未知量；再根據(jù)未知量結果的正、負來確定吸再根據(jù)未知量結果的正、負來確定吸熱、放熱情況或做功情況。熱、放熱情況或做功情況。.30 能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑能量

19、既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到別一種形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到別的物體；在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程中其總量的物體；在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程中其總量不變，這就是不變，這就是能量守恒定律能量守恒定律.自然界存在著多種不同形式的運動，每種運自然界存在著多種不同形式的運動，每種運動對應著一種形式的能量。如機械運動對應機動對應著一種形式的能量。如機械運動對應機械能；分子熱運動對應內(nèi)能；電磁運動對應電械能；分子熱運動對應內(nèi)能；電磁運動對應電磁能。磁能。 .不同形式的能量之間可以相互轉(zhuǎn)化。摩擦可不同形式的能量之間可以相互轉(zhuǎn)化。摩擦可以將機

20、械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；熾熱電燈發(fā)光可以將以將機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；熾熱電燈發(fā)光可以將電能轉(zhuǎn)化為光能。電能轉(zhuǎn)化為光能。.31(1) 熱力學第一定律、機械能守恒定律都是能量守熱力學第一定律、機械能守恒定律都是能量守恒定律的具體體現(xiàn)。恒定律的具體體現(xiàn)。(2) 能量守恒定律適用于任何物理現(xiàn)象和物理過程。能量守恒定律適用于任何物理現(xiàn)象和物理過程。(3) 能量守恒定律的重要意義能量守恒定律的重要意義:第一，能量守恒定律是支配整個自然界運動、發(fā)展、變化的第一，能量守恒定律是支配整個自然界運動、發(fā)展、變化的普遍規(guī)律，學習這個定律，不能滿足一般理解其內(nèi)容，更重普遍規(guī)律，學習這個定律，不能滿足一般理解其內(nèi)容，更重要的是，從

21、能量形式的多樣化及其相互聯(lián)系，互相轉(zhuǎn)化的事要的是，從能量形式的多樣化及其相互聯(lián)系，互相轉(zhuǎn)化的事實出發(fā)去認識物質(zhì)世界的多樣性及其普遍聯(lián)系，并切實樹立實出發(fā)去認識物質(zhì)世界的多樣性及其普遍聯(lián)系，并切實樹立能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失的觀點，作為以后學能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失的觀點，作為以后學習和生產(chǎn)實踐中處理一切實際問題的基本指導思想之一。習和生產(chǎn)實踐中處理一切實際問題的基本指導思想之一。第二，宣告了第一類永動機的失敗。第二，宣告了第一類永動機的失敗。說明：說明：.32.33.34.35U = W + Q 能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，它只能

22、從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到別的物體；在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程一個物體轉(zhuǎn)移到別的物體；在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程中其總量不變，這就是中其總量不變，這就是能量守恒定律能量守恒定律. .36一定量的氣體吸收熱量，體積膨脹并對外做功，一定量的氣體吸收熱量，體積膨脹并對外做功，則此過程的末態(tài)與初態(tài)相比，則此過程的末態(tài)與初態(tài)相比， （ ）A氣體內(nèi)能一定增加氣體內(nèi)能一定增加 B氣體內(nèi)能一定減小氣體內(nèi)能一定減小C氣體內(nèi)能一定不變氣體內(nèi)能一定不變 D氣體內(nèi)能是增是減不能確定氣體內(nèi)能是增是減不能確定例題例題1D.37下列說法正確的是下列說法正確的是（ ）A外界對氣體做功，氣體的內(nèi)能一定增大外界對氣體做功，氣體的內(nèi)能一定增大B氣體從外界吸收熱量，氣體的內(nèi)