3.2 熱力學第一定律 課件-高二下學期物理人教版（2019）選擇性必修第三冊

第2節(jié)

熱力學第一定律第三章人教版（2019）選擇性必修三CONTENTS目錄熱力學第一定律01熱力學第一定律的應用02學以致用提高練習03思考與討論：汽缸內有一定質量的氣體，壓縮氣體的同時給汽缸加熱。那么，氣體內能的變化會比單一方式（做功或傳熱）更明顯。這是為什么呢？新課導入知識講解課堂小結隨堂練習布置作業(yè)做功和傳熱這兩種方法是等價的。也就是說，一定數量的功與確定數量的熱相對應。焦耳的實驗ΔU=W單純地對系統做功做功：單純地對系統傳熱：△U＝Q當外界既對系統做功又對系統傳熱時，內能的變化量就應該是：△U＝Q+W因此，壓縮氣體，內能增大，給氣體加熱內能也是增大。兩者疊加所以就更明顯。新課導入知識講解課堂小結隨堂練習布置作業(yè)一、熱力學第一定律1、內容：一個熱力學系統的內能變化量（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.表達式：ΔU＝Q+W

W

——外界對物體做的功——W＞0，表示外界對系統做功；

W＜0，表示系統對外界做功；Q

——物體吸收的熱量

——Q＞0，表示系統吸熱；

Q＜0，表示系統放熱；ΔU——物體內能的增加量

——ΔU＞0，表示系統內能增加；

ΔU＜0，表示系統內能減少。3.意義：熱力學第一定律反映了功、熱量跟系統內能改變之間的定量關系.新課導入知識講解隨堂練習課堂小結布置作業(yè)(1)若過程是絕熱的，即Q＝0，則ΔU＝W，系統內能的增加量等于外界對物體做的功。(2)若過程中不做功（單純傳熱），即W＝0，則ΔU＝Q，系統內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)系統的內能不變，即ΔU＝0，則W＝－Q(或Q＝－W)，外界對系統做的功等于系統放出的熱量(或系統吸收的熱量等于系統對外界做的功)。(4)對于理想氣體，溫度變化，內能一定變化，等溫過程ΔU＝0。4.幾種特殊情況【特別提醒】(1)當做功和熱傳遞同時發(fā)生時，物體的內能可能增加，也可能減小，還可能保持不變。(2)物體內能發(fā)生變化可能是由做功引起的，也可能是由熱傳遞引起的，還可能是兩者共同作用的結果。新課導入知識講解隨堂練習課堂小結布置作業(yè)思考與討論：一定質量的氣體，膨脹過程中是外界對氣體做功還是氣體對外界做功?如果膨脹時氣體對外做的功是135J，同時向外放熱85J，氣體內能的變化量是多少?內能是增加了還是減少了?請你通過這個例子總結功和熱量取正、負值的物理意義。解析：膨脹過程中氣體對外界做功系統對外做功：W=-135J系統向外放熱：Q=-85J根據熱力學第一定律：ΔU=W+Q代入得：ΔU=-135+（-85）=-220J內能減少了220J。新課導入知識講解隨堂練習課堂小結布置作業(yè)二、熱力學第一定律的運用1.定律中各量的正、負號及含義：ΔU=W+Q做功W熱量Q內能的改變ΔU取正值“＋”外界對系統做功系統從外界吸收熱量系統的內能增加取負值“－”系統對外界做功系統向外界放出熱量系統的內能減少氣體被壓縮氣體膨脹新課導入知識講解隨堂練習課堂小結布置作業(yè)2.判斷是否做功的方法：一般情況下看氣體的體積是否變化.①若氣體體積增大,表明氣體對外界做功,W<0.(自由膨脹除外)②若氣體體積減小,表明外界對氣體做功,W>0.3.對理想氣體應用熱力學第一定律（1）對于理想氣體來說，因不考慮分子勢能，故其內能為所有分子動能的總和（即等于分子數與分子熱運動的平均動能的乘積）。內能僅由分子數與溫度決定，因此對于一定質量的理想氣體來說，內能是否變化取決于其溫度是否變化。（2）熱量取決于容器是絕熱的還是導熱的，并不是溫度升高吸熱，溫度降低放熱。（3）外界對理想氣體做功或理想氣體對外界做功時，若恒壓膨脹，即壓強不變時，功的計算公式為W=P?V（P為理想氣體的壓強、?V為理想氣體體積的變化量）。新課導入知識講解隨堂練習課堂小結布置作業(yè)理想氣體做功的計算PVVaVb氣體等壓變化對外界做功P-V圖下方(與坐標軸所圍的面積)的“面積”

表示做功多少。W=PΔV非等壓變化推動活塞緩慢移動，外力F=pS活塞發(fā)生很小位移Δx，ΔW=FΔx=pSΔx=pΔVpSΔxVpOV2V1新課導入知識講解隨堂練習課堂小結布置作業(yè)【課堂典題1】20mol氧氣由狀態(tài)1變化到狀態(tài)2所經歷的過程如圖所示(1)沿1→3→2折線；(2)沿1→2直線.試分別求出這兩個過程中外界對氣體做功.氧氣視為理想氣體.1020304050V/Lp/×105Pa51020015132解(1)1→3，不做功3→2，做功為W32=20×105×40×10-3J =8×104J總功W132=8×104J(2)由面積求：W1→2 =(5+20)×105×40×10-3J/2

=5×104J新課導入知識講解隨堂練習課堂小結布置作業(yè)4.用熱力學第一定律解釋生活中的現象新課導入知識講解隨堂練習課堂小結布置作業(yè)【課堂典題2】如圖，一臺四沖程內燃機，活塞在壓縮沖程某段時間內移動的距離為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能的變化量。新課導入知識講解隨堂練習課堂小結布置作業(yè)①確定研究對象：汽缸中的氣體。（1）壓縮過程活塞（外界）對氣體（系統）做功，W是正值：W1=F1l1=2×102×0.1J=200J系統向外放熱：Q=-25J氣體內能的變化量：ΔU1=W1＋Q1=200J-25J=175J③正確選取W與Q的正負。②明確氣體狀態(tài)變化過程。分析：解析：

（2）氣體膨脹過程中氣體（系統）對外界所做功，W是負值：W2=F2L2=-9×102×0.1J=-900J系統向外放熱：Q=-30J氣體內能的變化量：ΔU2=W2＋Q2=-900J-30J=-930J新課導入知識講解隨堂練習課堂小結布置作業(yè)方法總結應用熱力學第一定律解題的一般步驟(1)首先應明確研究對象是哪個物體或者是哪個熱力學系統。(2)分別列出物體或系統吸收或放出的熱量；外界對物體或系統所做的功或物體或系統對外所做的功。(3)根據熱力學第一定律ΔU＝Q＋W列出方程進行求解。(4)特別應注意的就是物理量的正負號及其物理意義。新課導入知識講解隨堂練習課堂小結布置作業(yè)三、學以致用提高練習1．一定質量的理想氣體在某一過程中，外界對氣體做功7.0×104J，氣體內能減少1.3×105J，則此過程（）A．氣體從外界吸收熱量2.0×105JB．氣體向外界放出熱量2.0×105JC．氣體從外界吸收熱量6.0×104JD．氣體向外界放出熱量6.0×104J【答案】B【解析】ABCD．由熱力學第一定律得故氣體對外放出熱量2.0×105J。故選項ACD錯誤，選項B正確。故選B。隨堂練習新課導入知識講解課堂小結布置作業(yè)2．如圖所示，一定質量的理想氣體從狀態(tài)a經絕熱過程到達狀態(tài)b，再經等容過程到達狀態(tài)c，最后經等溫過程返回到狀態(tài)a。已知在b到c的過程中，氣體吸收熱量為10J。下列說法正確的是（）A．a到c過程，氣體對外界做功10J B．a到c過程，外界對氣體做功10JC．a到b過程，氣體對外界做功10J D．a到b過程，外界對氣體做功10J【答案】C【解析】CD．a到b過程中，氣體只對外做功，不吸收熱量；b到c的過程中，氣體只吸收熱量不做功，而a、c狀態(tài)溫度相同，即氣體的內能相同，根據熱力學第一定律，吸收的熱量等于氣體對外做的功，故a到b過程，氣體對外界做功10J，C正確，D錯誤；AB．在p—V圖像中，圖像與坐標軸圍成的面積等于該過程氣體做的功，由于a到b過程，氣體對外界做功10J，因此a到c過程，氣體對外界做功超過10J，AB錯誤。故選C。隨堂練習新課導入知識講解課堂小結布置作業(yè)3.（多選）氣閘艙是載人航天器中供航天員進入太空或由太空返回用的氣密性裝置，其原理圖如圖所示。座艙A與氣閘艙B之間裝有閥門K，座艙A中充滿空氣，氣閘艙B內為真空。航天員從太空返回氣閘艙時，打開閥門K，A中的氣體進入B中，最終達到平衡。假設此過程中系統與外界沒有熱交換，艙內氣體可視為理想氣體，下列說法正確的是（）A.氣體并沒有對外做功，氣體內能不變B.氣體溫度不變，體積增大，壓強減小C.氣體體積膨脹，對外做功，內能減小D.氣體體積變大，氣體分子單位時間對氣缸壁單位面積碰撞的次數將變少【答案】ABD隨堂練習新課導入知識講解課堂小結布置作業(yè)4.一定質量的氣體在某一過程中，外界對氣體做了8×104J的功，氣體的內能減少了1.2×105J，則下列各式正確的是（）A.W＝8×104J，ΔU＝1.2×105J，Q＝4×104JB.W＝8×104J，ΔU＝－1.2×105J，Q＝－2×105JC.W＝－8×104J，ΔU＝1.2×105J，Q＝2×104JD.W＝－8×104J，ΔU＝－1.2×105J，Q＝－4×104J解析：

因為外界對氣體做功，W取正值，即W＝8×104J；氣體內能減少，ΔU取負值，即ΔU＝－1.2×105J；根據熱力學第一定律ΔU＝W＋Q，可知Q＝ΔU－W＝－1.2×105J－8×104J＝－2×105J，B選項正確.隨堂練習新課導入知識講解課堂小結布置作業(yè)5.一定量的氣體從外界吸收了2.6×105J的熱量，內能增加了4.2×105J。問：①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？②如果氣體吸收的熱量仍為2.6×105J不變，但是內能只增加了1.6×105J，這一過程做功情況怎樣？解：①根據ΔU=W+Q得W=ΔU－Q