2022-2023學(xué)年粵教版選擇性必修第三冊(cè) 3.1熱力學(xué)第一定律 課件（22張）

粵教版選擇性必修第三冊(cè)第三章熱力學(xué)定律第一節(jié)熱力學(xué)第一定律

在空氣壓縮引火儀底部放置少量的硝化棉，迅速壓下筒中的活塞，可以觀察到硝化棉燃燒的火苗。為什么筒底的硝化棉會(huì)被點(diǎn)燃呢？你能解釋這個(gè)現(xiàn)象嗎？

情境：焦耳的實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)1：用絕熱性能良好的材料制作容器，容器中安裝著葉片組成的攪拌器。重物下落時(shí)帶動(dòng)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)，攪拌容器中的水，水由于摩擦而溫度上升。

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。

實(shí)驗(yàn)2：讓正在下降的重物帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，電流通過(guò)浸在液體中的電阻絲，由電流的熱效應(yīng)給液體加熱，使液體溫度上升。

對(duì)于同一個(gè)系統(tǒng)，如果過(guò)程是絕熱的，那么不管通過(guò)電阻絲的電流或大或小、通電時(shí)間或長(zhǎng)或短，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)就發(fā)生了同樣的變化。

焦耳的實(shí)驗(yàn)表明：在各種不同的絕熱過(guò)程中，如果使系統(tǒng)從狀態(tài)1變?yōu)闋顟B(tài)2，所需外界做功的數(shù)量是相同的。

情境：焦耳的實(shí)驗(yàn)

在力學(xué)中，某一物體從高度

變化到高度

，重力做的功僅由物體的起點(diǎn)和終點(diǎn)兩個(gè)位置決定，而與物體的運(yùn)動(dòng)路徑無(wú)關(guān)。根據(jù)這一事實(shí)人們認(rèn)識(shí)到，物體具有重力勢(shì)能。

任何一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)必定存在一個(gè)只依賴于系統(tǒng)自身狀態(tài)的物理量，這個(gè)物理量在兩個(gè)狀態(tài)間的差別與外界在絕熱過(guò)程中對(duì)系統(tǒng)做的功相聯(lián)系。

1、內(nèi)能：物體中所有分子的動(dòng)能和分子勢(shì)能的總和，叫作物體的內(nèi)能。

2、分子動(dòng)能：分子不停地做無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)而具有的能量，這就是分子動(dòng)能。一、物體的內(nèi)能3、分子勢(shì)能：分子間存在著相互作用力，因此分子間所具有的由它們的相對(duì)位置所決定的能。地面上的物體，由于與地球相互作用重力勢(shì)能發(fā)生彈性形變的彈簧，相互作用分子間相互作用彈性勢(shì)能分子勢(shì)能【思考問(wèn)題】分子勢(shì)能的大小由分子間的相對(duì)位置決定，這說(shuō)明分子勢(shì)能

與分子間距

是有關(guān)系的。那么，它們之間存在怎樣的一種關(guān)系呢？

如圖所示，設(shè)兩個(gè)分子相距無(wú)窮遠(yuǎn)，我們可以規(guī)定它們的分子勢(shì)能為0。讓一個(gè)分子A不動(dòng)，另一個(gè)分子B從無(wú)窮遠(yuǎn)處逐漸靠近A。

（1）在

的條件下，分子力為引力，當(dāng)兩分子逐漸靠近至

過(guò)程中，分子力做正功，分子勢(shì)能減小。

（2）在

的條件下，分子力為斥力，當(dāng)兩分子間距離增大至

過(guò)程中，分子力也做正功，分子勢(shì)能也減小。（3）當(dāng)兩分子間距離

時(shí)，分子勢(shì)能最小。

1、內(nèi)能：物體中所有分子的動(dòng)能和分子勢(shì)能的總和，叫作物體的內(nèi)能。

2、分子動(dòng)能：分子不停地做無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)而具有的能量，這就是分子動(dòng)能。一、物體的內(nèi)能3、分子勢(shì)能：

1、內(nèi)能：物體中所有分子的動(dòng)能和分子勢(shì)能的總和，叫作物體的內(nèi)能。

決定物體內(nèi)能的因素：一、物體的內(nèi)能（1）從宏觀上看：物體內(nèi)能的大小由物體的摩爾數(shù)、溫度和體積三個(gè)因素決定。（2）從微觀上看：物體內(nèi)能的大小由組成物體的分子總數(shù)，分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能和分子間的距離三個(gè)因素決定。符號(hào)：二、改變物體內(nèi)能的兩種方式

情境1：在熱力學(xué)系統(tǒng)的絕熱過(guò)程中，當(dāng)系統(tǒng)從狀態(tài)1經(jīng)過(guò)絕熱過(guò)程達(dá)到狀態(tài)2。（1）內(nèi)能的變化量：（2）內(nèi)能的變化量與外界對(duì)系統(tǒng)做的功相等：

在絕熱過(guò)程中，外界對(duì)系統(tǒng)做功，系統(tǒng)的內(nèi)能增加；系統(tǒng)對(duì)外做功，系統(tǒng)的內(nèi)能減少。

情境2：?jiǎn)渭兊貙?duì)系統(tǒng)傳熱也能改變系統(tǒng)的熱力學(xué)狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)從狀態(tài)1經(jīng)過(guò)單純的傳熱達(dá)到狀態(tài)2。（1）內(nèi)能的變化量：（2）內(nèi)能的變化量與外界對(duì)系統(tǒng)傳遞的熱量相等：

物體吸收熱量，內(nèi)能增加；

物體釋放熱量，內(nèi)能減少?！居懻撆c交流】做功和熱傳遞都可以改變物體的內(nèi)能，二者是等效的。那么，做功和熱傳遞有什么區(qū)別？

做功的實(shí)質(zhì)是內(nèi)能與其他形式的能之間的轉(zhuǎn)化；

熱傳遞的實(shí)質(zhì)是不同物體（或同一物體不同部分）之間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移?！舅伎紗?wèn)題】單純絕熱過(guò)程，

時(shí)，

；而單純傳熱過(guò)程，

時(shí)，

。那么，如果有這樣一個(gè)過(guò)程，外界既對(duì)系統(tǒng)做功

，又對(duì)系統(tǒng)傳熱

，則這個(gè)過(guò)程中系統(tǒng)內(nèi)能的變化量

是多大？外界對(duì)其做功而改變的內(nèi)能：外界對(duì)其傳熱而改變的內(nèi)能：系統(tǒng)內(nèi)能的變化量：三、熱力學(xué)第一定律及其應(yīng)用

1、熱力學(xué)第一定律的內(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。這個(gè)關(guān)系叫作熱力學(xué)第一定律。2、公式：

【思考問(wèn)題】一定質(zhì)量的氣體，膨脹過(guò)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)外做的功是135J，同時(shí)向外放熱85J，氣體內(nèi)能的變化量是多少？?jī)?nèi)能是增加了還是減少了？請(qǐng)你通過(guò)這個(gè)例子總結(jié)功和熱量取正、負(fù)值的物理意義。物理量+-

、

、

的正負(fù)號(hào)：外界對(duì)物體做功物體對(duì)外界做功物體從外界吸收熱量物體對(duì)外界釋放熱量物體的內(nèi)能增加物體的內(nèi)能減少【討論與交流】應(yīng)用熱力學(xué)第一定律，討論一定質(zhì)量的理想氣體在下列等值過(guò)程中的能量轉(zhuǎn)換情況：（1）等壓變化過(guò)程，氣體體積膨脹或壓縮氣體；

壓強(qiáng)不變得情況下，理想氣體的體積從

膨脹到

，外界對(duì)物體做負(fù)功：根據(jù)蓋-呂薩克定律：得到：理想氣體的溫度升高，所以氣體的內(nèi)能增加：所以，等壓膨脹過(guò)程中，理想氣體從外界吸熱（2）等溫變化過(guò)程，氣體吸熱或放熱；理想氣體的溫度不變，所以氣體的內(nèi)能不變：

溫度不變得情況下，理想氣體的體積從

膨脹到

，外界對(duì)物體做負(fù)功：所以，等溫膨脹過(guò)程中，理想氣體從外界吸熱（3）等容變化過(guò)程，氣體吸熱或放熱；

體積不變的情況下，理想氣體從外界吸收熱量：

氣體體積不變，外界對(duì)氣體不做功：所以，等容變化過(guò)程中，理想氣體從外界吸熱，氣體內(nèi)能增加。（4）絕熱過(guò)程，氣體體積膨脹或壓縮氣體。

絕熱過(guò)程中：

絕熱情況下，理想氣體的體積從

膨脹到

，外界對(duì)物體做負(fù)功：所以，在絕熱情況下，理想氣體膨脹，氣體內(nèi)能減少。例題：如圖所示，某同學(xué)將空的玻璃瓶開(kāi)口向下緩慢壓入水中。設(shè)水溫均勻且恒定，瓶?jī)?nèi)空氣無(wú)泄漏，不計(jì)氣體分子間的相互作用，則被淹沒(méi)的玻璃瓶在下降過(guò)程中，氣體是吸熱還是放熱？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(guò)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（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(guò)程中壓縮氣體傳遞