功、熱和內(nèi)能的改變、熱力學第一定律+高二下學期物理人教版（2019）選擇性必修第三冊+

人教版（2019）選修第三冊3.1

功、熱和內(nèi)能的改變3.2

熱力學第一定律第三章熱力學定律

1.了解焦耳的兩個實驗原理，認識焦耳實驗探究對建立熱力學規(guī)律的意義;2.會用功能關系構建內(nèi)能的概念;3.知道做功和傳熱在改變系統(tǒng)內(nèi)能上的區(qū)別，并會區(qū)分熱量和內(nèi)能的概念;4.理解做功與內(nèi)能的改變和傳熱與內(nèi)能的改變的關系，會解釋相關的現(xiàn)象;5.能以系統(tǒng)為對象，用綜合分析的方法導出熱力學第一定律;6.能運用熱力學第一定律解釋和計算能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移問題。學習目標導入新課實驗：壓縮氣體引火實驗實驗：氣體膨脹做功實驗1.絕熱過程:案例總結：系統(tǒng)狀態(tài)變化過程中，與外界之間沒有熱傳遞。

對氣體做功，內(nèi)能增加，溫度升高；氣體對外做功，內(nèi)能減少，溫度降低。例如：熱力學系統(tǒng)狀態(tài)變化太快，系統(tǒng)與外界“來不及”發(fā)生熱交換，可視為絕熱過程。2.絕熱過程中，實驗1

重物下落攪拌水，使水溫度升高實驗2

電流的熱效應給水加熱絕熱容器，容器中安裝著葉片組成的攪拌器。重物下降，帶動發(fā)電機發(fā)電，電流通過熱效應為液體加熱。一、焦耳的實驗（電阻絲和水）（水和攪拌器）（絕熱過程）⑴兩個實驗的研究對象（即系統(tǒng)）分別是什么？⑵實驗條件是什么？⑶兩個實驗做功的方式有什么不同?思考：結論：⑷兩個實驗中的共性是什么？

做功的具體過程和方式不同，但只要外界對系統(tǒng)所做的功相同，系統(tǒng)上升的溫度就一定相同。絕熱過程系統(tǒng)初狀態(tài)系統(tǒng)末狀態(tài)外界做功W一定（W的數(shù)值與做功的具體過程和方式無關）

任何一個熱力學系統(tǒng)都必定存在一個只依賴于系統(tǒng)自身狀態(tài)的物理量，這個物理量在兩個狀態(tài)間的差別與外界在絕熱過程中對系統(tǒng)所做的功相聯(lián)系。這個物理量稱為系統(tǒng)的內(nèi)能。給出內(nèi)能的宏觀定義：●焦耳實驗的意義是什么？思考：●回顧內(nèi)能的微觀定義是什么？●利用內(nèi)能的概念，怎樣敘述焦耳的實驗結論？在熱力學系統(tǒng)的絕熱過程中，只要做功相同，熱力學系統(tǒng)內(nèi)能改變就相同。給出了內(nèi)能的宏觀定義絕熱過程系統(tǒng)狀態(tài)1U1系統(tǒng)狀態(tài)2U2內(nèi)能變化：⊿U=U2-U1⊿U=W（W為外界對系統(tǒng)做的功）W>0，則U2>U1，內(nèi)能增加W<0（又稱系統(tǒng)對外界做功），則U2<U1，內(nèi)能減少討論：二、功與內(nèi)能的改變單純傳熱系統(tǒng)狀態(tài)1系統(tǒng)狀態(tài)2U1U2內(nèi)能變化：⊿U=U2-U1⊿U=Q（Q為外界對系統(tǒng)傳遞的熱量）Q>0，則系統(tǒng)吸熱，內(nèi)能增加。Q<0，則系統(tǒng)放熱，內(nèi)能減少。討論：三、熱與內(nèi)能的改變做功傳熱發(fā)生條件本質(zhì)比較：做功與傳熱在改變系統(tǒng)內(nèi)能上的不同轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)移內(nèi)能內(nèi)能其它形式能內(nèi)能系統(tǒng)與外界存在溫差任何溫度下均發(fā)生做功與內(nèi)能的改變和傳熱與內(nèi)能的改變的聯(lián)系是什么？思考：做功和傳熱在改變系統(tǒng)內(nèi)能上是等價的。針對練

如圖，一定質(zhì)量的理想氣體密封在絕熱(即與外界不發(fā)生熱交換)容器中，容器內(nèi)裝有一可以活動的絕熱活塞。今對活塞施以一豎直向下的壓力F，使活塞緩慢向下移動一段距離后，氣體的體積減小。若忽略活塞與容器壁間的摩擦力，則被密封的氣體(

)A．溫度升高，壓強增大，內(nèi)能減少B．溫度降低，壓強增大，內(nèi)能減少C．溫度升高，壓強增大，內(nèi)能增加D．溫度降低，壓強減小，內(nèi)能增加C1.內(nèi)容：一個熱力學系統(tǒng)內(nèi)能的變化量等于外界向它傳遞的熱量與外界對它所做功的和。2.表達式⊿U=Q+W3.公式各量符號的意義＋－WQ⊿U四、熱力學第一定律例題

課本3.2-1，一臺四沖程內(nèi)燃機，活塞在壓縮沖程某段時間內(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，其做的功相當于2×103N的恒力使活塞移動相同距離所做的功(圖甲)。內(nèi)燃機工作時汽缸溫度高于環(huán)境溫度，該過程中壓縮氣體傳遞給汽缸的熱量為25J。

⑴求上述壓縮過程中氣體內(nèi)能的變化量。

⑵燃燒后的高壓氣體對活塞做功，氣體推動活塞移動0.1m,其做的功相當于9×103N的恒力使活塞移動相同距離所做的功(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。解：⑴壓縮過程活塞對氣體做的功W1=F1l1=2x103×0.1J=200J

氣體內(nèi)能的變化量ΔU1=W1+Q1=200J-25J=175J

⑵氣體膨脹過程中外界對氣體所做的功W2=-F2l2=-9×103×0.1J=-900J

氣體內(nèi)能的變化量ΔU2=W2+Q2=-900J-30J=-930J

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。4.解題步驟⑴明確研究對象和過程⑵明確W、Q的正負⑶根據(jù)熱力學定律列方程求解注意：明確各量的正負及其物理意義。針對練如圖所示，固定容器及可動活塞P都是絕熱的，中間有一導熱的固定隔板B，B的兩邊分別盛有氣體甲和乙?，F(xiàn)將活塞P緩慢地向B移動一段距離，已知氣體的溫度隨其內(nèi)能的增加而升高。則在移動P的過程中

(

)A．外力對乙做功；甲的內(nèi)能不變B．外力對乙做功；乙的內(nèi)能不變C．乙傳遞熱量給甲；乙的內(nèi)能增加D．乙的內(nèi)能增加；甲的內(nèi)能不變C思考：(1)若將活塞P緩慢地向外拉動，則甲、乙的內(nèi)能如何改變？(2)若隔板B絕熱但可以自由移動，當活塞P緩慢地向B移動時，甲、乙的內(nèi)能如何變化？⑴氣體狀態(tài)變化的幾種特殊情況討論與總結②等容過程：③等溫過程：①絕熱過程：Q＝0，則ΔU＝WΔU＝0，則W＝－Q

W＝0，則ΔU＝Q(過程不做功)⑵分析氣體內(nèi)能的變化⊿U=Q+WU—T⑶判斷氣體是否做功思路：依據(jù)：依據(jù)：看氣體的體積是否變化1.在外界不做功的情況下，物體的內(nèi)能增加了50J，下列說法正確的是

（）A.一定是物體放出了50J的熱量B.一定是物體吸收了50J的熱量C.一定是物體的分子動能增加了50JD.物體分子的平均動能可能不變BD達標測試2.如圖所示，一定質(zhì)量的理想氣體密封在絕熱(即與外界不發(fā)生熱交換)容器中，容器內(nèi)裝有一可以活動的絕熱活塞，今對活塞施以一豎直向下的壓力F，使活塞緩慢向下移動一段距離后，氣體的體積減?。艉雎曰钊c容器壁間的摩擦力，則對被密封的氣體，下列說法正確的是

()

A.溫度升高，壓強增大，內(nèi)能減少

B.溫度降低，壓強增大，內(nèi)能減少

C.分子的平均動能增加，分