【高中物理】熱力學(xué)第一定律（好課件） 高二物理同步課件（人教版2019選擇性必修第三冊(cè)）

§2熱力學(xué)第一定律高二物理（人教版2019）選擇性必修第三冊(cè)第三章熱力學(xué)定律思考與討論：新課引入

汽缸內(nèi)有一定質(zhì)量的氣體，壓縮氣體的同時(shí)給汽缸加熱。那么，氣體內(nèi)能的變化會(huì)比單一方式（做功或傳熱）更明顯。這是為什么呢？改變內(nèi)能的兩種方式做功熱傳遞對(duì)內(nèi)對(duì)外（外界對(duì)物體做功）（物體對(duì)外界做功）（物體從外界吸熱）（物體對(duì)外界放熱）吸熱放熱內(nèi)能減少內(nèi)能增加內(nèi)能減少內(nèi)能增加復(fù)習(xí)與回顧：絕熱：?U=W僅傳熱：?U=Q如果做功和傳熱都發(fā)生那么內(nèi)能如何變化新課引入一、熱力學(xué)第一定律1.內(nèi)容：一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)能增量等于外界向它傳遞的熱量與外界對(duì)它所做的功的和。3.意義：熱力學(xué)第一定律反映了功、熱量跟系統(tǒng)內(nèi)能改變之間的定量關(guān)系。ΔU=Q+W2.公式：新課講授新課講授思考與討論：

一定質(zhì)量的氣體，膨脹過程中是外界對(duì)氣體做功還是氣體對(duì)外界做功？如果膨脹時(shí)氣體對(duì)外做功是135J，同時(shí)向外放熱85J，氣體內(nèi)能變化量是多少？?jī)?nèi)能是增加了還是減少了？請(qǐng)你通過這個(gè)例子總結(jié)功和熱量取正、負(fù)值的物理意義。二、熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用1.定律中各量的正、負(fù)號(hào)及含義：物理量符號(hào)意義符號(hào)意義W+-Q+-ΔU+-外界對(duì)物體做功物體吸收熱量?jī)?nèi)能增加物體對(duì)外界做功物體放出熱量?jī)?nèi)能減少ΔU=Q+W新課講授新課講授二、熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用2.判斷是否做功的方法：

一般情況下外界對(duì)物體做功與否，需看物體的體積是否變化。(1)若物體體積增大，表明物體對(duì)外界做功，W<0。(2)若物體體積減小，表明外界對(duì)物體做功，W>0。新課講授二、熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用3.幾種特殊情況：(1)若過程是絕熱的，則Q＝0，W＝ΔU，外界對(duì)物體做的功等于物體內(nèi)能的增加。(2)若過程中不做功，即W＝0，則Q＝ΔU，物體吸收的熱量等于物體內(nèi)能的增加。(3)若過程的始末狀態(tài)物體的內(nèi)能不變，即ΔU＝0，則W＋Q＝0或W＝－Q，外界對(duì)物體做的功等于物體放出的熱量。新課講授二、熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用4.對(duì)理想氣體應(yīng)用熱力學(xué)第一定律：（1）對(duì)于理想氣體來說，因不考慮分子勢(shì)能，故其內(nèi)能為所有分子動(dòng)能的總和（即等于分子數(shù)與分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能的乘積）。內(nèi)能僅由分子數(shù)與溫度決定，因此對(duì)于一定質(zhì)量的理想氣體來說，內(nèi)能是否變化取決于其溫度是否變化。升溫，為正;降溫，為負(fù);溫度不變，。（2）理想氣體是否做功，取決于其體積的變化。若體積變大，則氣體對(duì)外界做功；體積變小，則外界對(duì)氣體做功；體積不變，則做功為零。新課講授二、熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用4.對(duì)理想氣體應(yīng)用熱力學(xué)第一定律：（3）熱量取決于容器是絕熱的還是導(dǎo)熱的，并不是溫度升高吸熱，溫度降低放熱。（4）外界對(duì)理想氣體做功或理想氣體對(duì)外界做功時(shí)，若恒壓膨脹，即壓強(qiáng)不變時(shí)，功的計(jì)算公式為W=P?V（P為理想氣體的壓強(qiáng)、?V為理想氣體體積的變化量）。新課講授【例題】如圖，一臺(tái)四沖程內(nèi)燃機(jī)，活塞在壓縮沖程某段時(shí)間內(nèi)移動(dòng)的距離為0.1m，這段過程活塞對(duì)氣體的壓力逐漸增大，其做的功相當(dāng)于2×103N的恒力使活塞移動(dòng)相同距離所做的功(如圖甲)。內(nèi)燃機(jī)工作時(shí)汽缸溫度高于環(huán)境溫度，該過程中壓縮氣體傳遞給汽缸的熱量為25J。新課講授(1)求上述壓縮過程中氣體內(nèi)能的變化量；(2)燃燒后的高壓氣體對(duì)活塞做功，氣體推動(dòng)活塞移動(dòng)0.1m，其做的功相當(dāng)于9×103N的恒力使活塞移動(dòng)相同距離所做的功(如圖乙)，該做功過程氣體傳遞給汽缸的熱量為30J，求此做功過程氣體內(nèi)能的變化量。分析：根據(jù)熱力學(xué)第一定律，在第(1)問中，活塞壓縮氣體的過程是外界對(duì)系統(tǒng)做功，活塞對(duì)氣體所做的功W1為正值；在第(2)問中，氣體膨脹推動(dòng)活塞的過程是系統(tǒng)對(duì)外界做功，氣體對(duì)外界所做的功W2為負(fù)值。在兩種情況下，氣體都把熱量傳遞給了汽缸，都屬于放熱，因此Q1、Q2均為負(fù)值。解：(1)壓縮過程活塞對(duì)氣體做的功：W1＝F1l1＝2×103×0.1J＝200J氣體內(nèi)能的變化量：ΔU1＝W1＋Q1＝200J－25J＝175J。(2)氣體膨脹過程中外界對(duì)氣體所做的功：W2＝－F2l2＝－9×103×0.1J＝－900J氣體內(nèi)能的變化量：ΔU2＝W2＋Q2＝－900J－30J＝－930J新課講授新課講授方法總結(jié)：應(yīng)用熱力學(xué)第一定律解題的一般步驟(1)首先應(yīng)明確研究對(duì)象是哪個(gè)物體或者是哪個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)。(2)分別列出物體或系統(tǒng)吸收或放出的熱量；外界對(duì)物體或系統(tǒng)所做的功或物體或系統(tǒng)對(duì)外所做的功。(3)根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W列出方程進(jìn)行求解。(4)特別應(yīng)注意的就是物理量的正負(fù)號(hào)及其物理意義。1．在一個(gè)絕熱氣缸里，若因氣體膨脹，活塞把重物逐漸舉高，如圖所示。則在這個(gè)過程中，氣缸內(nèi)的氣體（）A．溫度升高 B．溫度不變 C．內(nèi)能增大 D．內(nèi)能減小D課堂練習(xí)【答案】D【詳解】氣體絕熱膨脹，則Q=0對(duì)外做功W<0根據(jù)?U=W+Q可知?U<0即氣體內(nèi)能減小，溫度降低。故選D。課堂練習(xí)2．如圖是密閉的氣缸，外力推動(dòng)活塞P壓縮氣體，對(duì)缸內(nèi)氣體做功800J，同時(shí)氣體向外界放熱200J，缸內(nèi)氣體的（）A．溫度升高，內(nèi)能增加600JB．溫度升高，內(nèi)能減少200JC．溫度降低，內(nèi)能增加600JD．溫度降低，內(nèi)能減少200JA課堂練習(xí)【答案】A【詳解】選A.根據(jù)熱力學(xué)第一定律，氣體內(nèi)能增量ΔU＝W＋Q＝800J－200J＝600J，對(duì)于一定質(zhì)量的理想氣體，內(nèi)能增加溫度必然升高，故A選項(xiàng)正確．課堂練習(xí)3．如圖所示，一定質(zhì)量的理想氣體在狀態(tài)A時(shí)壓強(qiáng)為1.5×105Pa，經(jīng)歷A→B→C→A的過程，已知B→C過程中氣體做功數(shù)值是C→A過程中氣體做功數(shù)值的3倍，下列說法中正確的是（

）A．C→A的過程中外界對(duì)氣體做功300JB．B→C的過程中氣體對(duì)外界做功600JC．整個(gè)過程中氣體從外界吸收600J的熱量D．整個(gè)過程中氣體從外界吸收450J的熱量AC課堂練習(xí)【答案】AC【詳解】A．在C→A過程中，氣體體積減小，外界對(duì)氣體做功，根據(jù)WCA=p?V得WCA=300J，A正確；B．由題知B→C過程中氣體做功數(shù)值是C→A過程中氣體做功數(shù)值的3倍，則B→C的過程中氣體對(duì)外界做功900J，B錯(cuò)誤；CD．A→B→C→A整個(gè)過程中，溫度不變，則內(nèi)能?U=0，A→B過程，氣體體積不變，做功為零；B→C的過程中氣體對(duì)外界做功900J；C