熱力學(xué)第一定律課件高二下學(xué)期物理人教版選擇性

第2節(jié)

熱力學(xué)第一定律第三章熱力學(xué)定律汽缸內(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內(nèi)對外吸熱放熱內(nèi)能增加內(nèi)能增加內(nèi)能減少內(nèi)能減少（外界對物體做功）（物體對外界做功）（物體從外界吸熱）（物體對外界放熱）絕熱過程僅傳熱過程如果物體在跟外界同時(shí)發(fā)生做功和熱傳遞的過程中，內(nèi)能的變化ΔU與熱量Q及做的功W之間又有什么關(guān)系呢？1.能以系統(tǒng)為研究對象，用綜合分析的方法推導(dǎo)出熱力學(xué)第一定律。2.能運(yùn)用熱力學(xué)第一定律解釋和計(jì)算能量的轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)移問題。知識點(diǎn)一：熱力學(xué)第一定律1.表述：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它所做的功的和。2.意義：(1)熱力學(xué)第一定律不僅反映了做功和傳熱這兩種改變內(nèi)能的方法是等價(jià)的，而且

給出了內(nèi)能的變化量與做功和傳熱之間的定量關(guān)系。(2)熱力學(xué)第一定律將單純的做功過程和單純的傳熱過程中內(nèi)能改變的定量表達(dá)

式推廣到一般情況，既有做功又有傳熱的過程，其中ΔU表示內(nèi)能改變的數(shù)量，W表示外界對系統(tǒng)所做的功，Q表示外界向系統(tǒng)傳遞的熱量。3.數(shù)學(xué)表達(dá)式：ΔU=Q+W思考討論：一定質(zhì)量的氣體，膨脹過程中是外界對氣體做功還是氣體對外界做功？如果膨脹時(shí)氣體對外做功是135J，同時(shí)向外放熱85J，氣體內(nèi)能的變化量是多少？內(nèi)能是增加了還是減少了？請你通過這個(gè)例子總結(jié)功和熱量取正、負(fù)值的物理意義。對外界做功減少了220J4.定律中各量的正、負(fù)號及含義物理量符號意義符號意義W＋外界對物體做功－物體對外界做功Q＋物體吸收熱量－物體放出熱量ΔU＋內(nèi)能增加－內(nèi)能減少ΔU=W+Q

5.判斷是否做功的方法一般情況下外界對物體做功與否，需看物體的體積是否變化。(1)若物體體積增大，表明物體對外界做功，W＜0。(2)若物體體積減小，表明外界對物體做功，W＞0。6.幾種特殊情況(1)若過程是絕熱的，即Q＝0，則ΔU＝W，物體內(nèi)能的增加量等于外界對物體做的功。(2)若過程中不做功，即W＝0，則ΔU＝Q，物體內(nèi)能的增加量等于物體從外界吸收的熱量。(3)若過程的始末狀態(tài)物體的內(nèi)能不變，即ΔU＝0，則W＝－Q(或Q＝－W)，外界對物體做的功等于物體放出的熱量(或物體吸收的熱量等于物體對外界做的功)。練一練1.一定量的氣體，從外界吸收熱量2.7×105J,內(nèi)能增加4.3×105J。在這一過程中，是氣體對外做功，還是外界對氣體做功？做了多少功？Q=+2.7×105JΔU=+4.3×105J﹀ΔU＝W+Q得：W=1.6×105J＞0即外界對氣體做功解：2.以下過程可能發(fā)生的是 （）A.對物體做功，物體的內(nèi)能增加B.對物體做功，同時(shí)物體吸熱，物體的內(nèi)能不變C.物體對外做功，同時(shí)放熱，物體的內(nèi)能不變D.物體對外做功，同時(shí)吸熱，物體的內(nèi)能不變AD知識點(diǎn)二：熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用規(guī)律方法：應(yīng)用熱力學(xué)第一定律解題的方法(1)首先應(yīng)明確研究對象是哪個(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，外界對物體(或系統(tǒng))所做的功或物體(或系統(tǒng))對外界所做的功；(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)特別注意的就是物理量的正負(fù)號及其物理意義。例：如圖，一臺四沖程內(nèi)燃機(jī)，活塞在壓縮沖程某段時(shí)間內(nèi)移動的距離為0.1m,這段過程活塞對氣體的壓力逐漸增大，其做的功相當(dāng)于2×103N的恒力使活塞移動相同距離所做的功(圖3.2-2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。(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活塞做功，氣體推動活塞移動0.1m,其做的功相當(dāng)于9×103N的恒力使活塞移動相同距離所做的功(圖3.2-2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系統(tǒng)做功，活塞對氣體所做的功W1

為正值；在第（2）問中，氣體膨脹推動活塞的過程是系統(tǒng)對外界做功，氣體對外界所做的功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)氣體膨脹過程中氣體對外界所做的功W2=F2l2=-9×103

×0.1J=-900J氣體內(nèi)能的變化量ΔU2=W2+Q2=-900J-30J=-930J汽缸內(nèi)氣體在壓縮過程中內(nèi)能增加了175J,在膨脹做功過程中氣體內(nèi)能減少了930J。1.如圖是用導(dǎo)熱性能良好的材料制成的氣體實(shí)驗(yàn)裝置，開始時(shí)封閉的空氣柱長度為20cm，用豎直向下的力F壓活塞，使空氣柱長度變?yōu)樵瓉淼囊话?，人對活塞做?0J，大氣壓強(qiáng)為p0=1×105Pa，不計(jì)活塞的重力，求：（1）若用足夠長的時(shí)間緩慢壓縮，壓縮后氣體的壓強(qiáng)；（2）若以適當(dāng)?shù)乃俣葔嚎s氣體，此過程氣體向外散失的熱量為2J，則氣體的內(nèi)能增加多少？（活塞的橫截面積S=1cm2）練一練解：（1）設(shè)壓縮后氣體的壓強(qiáng)為p，緩慢壓縮，氣體溫度不變，由玻意耳定律：p0V0=pV解得p=2×105Pa。（2）大氣壓力對活塞做功W1=p0SΔh=1J，人對活塞做功W2=10J，由熱力學(xué)第一定律：ΔU=W1+W2+Q將數(shù)據(jù)代入，解得ΔU=9J。熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律表述：一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)能增量等于外