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

第2節(jié)

熱力學(xué)第一定律第三章人教版（2019）選擇性必修三CONTENTS目錄熱力學(xué)第一定律01熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用02學(xué)以致用提高練習(xí)03思考與討論：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？新課導(dǎo)入知識(shí)講解課堂小結(jié)隨堂練習(xí)布置作業(yè)做功和傳熱這兩種方法是等價(jià)的。也就是說(shuō)，一定數(shù)量的功與確定數(shù)量的熱相對(duì)應(yīng)。焦耳的實(shí)驗(yàn)ΔU=W單純地對(duì)系統(tǒng)做功做功：?jiǎn)渭兊貙?duì)系統(tǒng)傳熱：△U＝Q當(dāng)外界既對(duì)系統(tǒng)做功又對(duì)系統(tǒng)傳熱時(shí)，內(nèi)能的變化量就應(yīng)該是：△U＝Q+W因此，壓縮氣體，內(nèi)能增大，給氣體加熱內(nèi)能也是增大。兩者疊加所以就更明顯。新課導(dǎo)入知識(shí)講解課堂小結(jié)隨堂練習(xí)布置作業(yè)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)能變化量（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.2.表達(dá)式：ΔU＝Q+W

W

——外界對(duì)物體做的功——W＞0，表示外界對(duì)系統(tǒng)做功；

W＜0，表示系統(tǒng)對(duì)外界做功；Q

——物體吸收的熱量

——Q＞0，表示系統(tǒng)吸熱；

Q＜0，表示系統(tǒng)放熱；ΔU——物體內(nèi)能的增加量

——ΔU＞0，表示系統(tǒng)內(nèi)能增加；

ΔU＜0，表示系統(tǒng)內(nèi)能減少。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.新課導(dǎo)入知識(shí)講解隨堂練習(xí)課堂小結(jié)布置作業(yè)(1)若過(guò)程是絕熱的，即Q＝0，則ΔU＝W，系統(tǒng)內(nèi)能的增加量等于外界對(duì)物體做的功。(2)若過(guò)程中不做功（單純傳熱），即W＝0，則ΔU＝Q，系統(tǒng)內(nèi)能的增加量等于物體從外界吸收的熱量。(3)若過(guò)程的始末狀態(tài)系統(tǒng)的內(nèi)能不變，即ΔU＝0，則W＝－Q(或Q＝－W)，外界對(duì)系統(tǒng)做的功等于系統(tǒng)放出的熱量(或系統(tǒng)吸收的熱量等于系統(tǒng)對(duì)外界做的功)。(4)對(duì)于理想氣體，溫度變化，內(nèi)能一定變化，等溫過(guò)程ΔU＝0。4.幾種特殊情況【特別提醒】(1)當(dāng)做功和熱傳遞同時(shí)發(fā)生時(shí)，物體的內(nèi)能可能增加，也可能減小，還可能保持不變。(2)物體內(nèi)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(jié)果。新課導(dǎo)入知識(shí)講解隨堂練習(xí)課堂小結(jié)布置作業(yè)思考與討論：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?內(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。解析：膨脹過(guò)程中氣體對(duì)外界做功系統(tǒng)對(duì)外做功：W=-135J系統(tǒng)向外放熱：Q=-85J根據(jù)熱力學(xué)第一定律：ΔU=W+Q代入得：ΔU=-135+（-85）=-220J內(nèi)能減少了220J。新課導(dǎo)入知識(shí)講解隨堂練習(xí)課堂小結(jié)布置作業(yè)二、熱力學(xué)第一定律的運(yùn)用1.定律中各量的正、負(fù)號(hào)及含義：ΔU=W+Q做功W熱量Q內(nèi)能的改變?chǔ)取正值“＋”外界對(duì)系統(tǒng)做功系統(tǒng)從外界吸收熱量系統(tǒng)的內(nèi)能增加取負(fù)值“－”系統(tǒng)對(duì)外界做功系統(tǒng)向外界放出熱量系統(tǒng)的內(nèi)能減少氣體被壓縮氣體膨脹新課導(dǎo)入知識(shí)講解隨堂練習(xí)課堂小結(jié)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(duì)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(duì)氣體做功,W>0.3.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(lái)說(shuō)，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(lái)說(shuō)，內(nèi)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(dǎo)熱的，并不是溫度升高吸熱，溫度降低放熱。（3）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）。新課導(dǎo)入知識(shí)講解隨堂練習(xí)課堂小結(jié)布置作業(yè)理想氣體做功的計(jì)算PVVaVb氣體等壓變化對(duì)外界做功P-V圖下方(與坐標(biāo)軸所圍的面積)的“面積”

表示做功多少。W=PΔV非等壓變化推動(dòng)活塞緩慢移動(dòng)，外力F=pS活塞發(fā)生很小位移Δx，ΔW=FΔx=pSΔx=pΔVpSΔxVpOV2V1新課導(dǎo)入知識(shí)講解隨堂練習(xí)課堂小結(jié)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(jīng)歷的過(guò)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(gè)過(guò)程中外界對(duì)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(dǎo)入知識(shí)講解隨堂練習(xí)課堂小結(jié)布置作業(yè)4.用熱力學(xué)第一定律解釋生活中的現(xiàn)象新課導(dǎo)入知識(shí)講解隨堂練習(xí)課堂小結(jié)布置作業(yè)【課堂典題2】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)程中壓縮氣體傳遞給汽缸的熱量為25J。⑴求上述壓縮過(guò)程中氣體內(nèi)能的變化量。⑵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（圖乙），該做功過(guò)程氣體傳遞給汽缸的熱量為30J，求此做功過(guò)程氣體內(nèi)能的變化量。新課導(dǎo)入知識(shí)講解隨堂練習(xí)課堂小結(jié)布置作業(yè)①確定研究對(duì)象：汽缸中的氣體。（1）壓縮過(guò)程活塞（外界）對(duì)氣體（系統(tǒng)）做功，W是正值：W1=F1l1=2×102×0.1J=200J系統(tǒng)向外放熱：Q=-25J氣體內(nèi)能的變化量：ΔU1=W1＋Q1=200J-25J=175J③正確選取W與Q的正負(fù)。②明確氣體狀態(tài)變化過(guò)程。分析：解析：

（2）氣體膨脹過(guò)程中氣體（系統(tǒng)）對(duì)外界所做功，W是負(fù)值：W2=F2L2=-9×102×0.1J=-900J系統(tǒng)向外放熱：Q=-30J氣體內(nèi)能的變化量：ΔU2=W2＋Q2=-900J-30J=-930J新課導(dǎo)入知識(shí)講解隨堂練習(xí)課堂小結(jié)布置作業(yè)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。新課導(dǎo)入知識(shí)講解隨堂練習(xí)課堂小結(jié)布置作業(yè)三、學(xué)以致用提高練習(xí)1．一定質(zhì)量的理想氣體在某一過(guò)程中，外界對(duì)氣體做功7.0×104J，氣體內(nèi)能減少1.3×105J，則此過(guò)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(xué)第一定律得故氣體對(duì)外放出熱量2.0×105J。故選項(xiàng)ACD錯(cuò)誤，選項(xiàng)B正確。故選B。隨堂練習(xí)新課導(dǎo)入知識(shí)講解課堂小結(jié)布置作業(yè)2．如圖所示，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a經(jīng)絕熱過(guò)程到達(dá)狀態(tài)b，再經(jīng)等容過(guò)程到達(dá)狀態(tài)c，最后經(jīng)等溫過(guò)程返回到狀態(tài)a。已知在b到c的過(guò)程中，氣體吸收熱量為10J。下列說(shuō)法正確的是（）A．a(chǎn)到c過(guò)程，氣體對(duì)外界做功10J B．a(chǎn)到c過(guò)程，外界對(duì)氣體做功10JC．a(chǎn)到b過(guò)程，氣體對(duì)外界做功10J D．a(chǎn)到b過(guò)程，外界對(duì)氣體做功10J【答案】C【解析】CD．a(chǎn)到b過(guò)程中，氣體只對(duì)外做功，不吸收熱量；b到c的過(guò)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(nèi)能相同，根據(jù)熱力學(xué)第一定律，吸收的熱量等于氣體對(duì)外做的功，故a到b過(guò)程，氣體對(duì)外界做功10J，C正確，D錯(cuò)誤；AB．在p—V圖像中，圖像與坐標(biāo)軸圍成的面積等于該過(guò)程氣體做的功，由于a到b過(guò)程，氣體對(duì)外界做功10J，因此a到c過(guò)程，氣體對(duì)外界做功超過(guò)10J，AB錯(cuò)誤。故選C。隨堂練習(xí)新課導(dǎo)入知識(shí)講解課堂小結(jié)布置作業(yè)3.（多選）氣閘艙是載人航天器中供航天員進(jìn)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(mén)K，座艙A中充滿空氣，氣閘艙B內(nèi)為真空。航天員從太空返回氣閘艙時(shí)，打開(kāi)閥門(mén)K，A中的氣體進(jìn)入B中，最終達(dá)到平衡。假設(shè)此過(guò)程中系統(tǒng)與外界沒(méi)有熱交換，艙內(nèi)氣體可視為理想氣體，下列說(shuō)法正確的是（）A.氣體并沒(méi)有對(duì)外做功，氣體內(nèi)能不變B.氣體溫度不變，體積增大，壓強(qiáng)減小C.氣體體積膨脹，對(duì)外做功，內(nèi)能減小D.氣體體積變大，氣體分子單位時(shí)間對(duì)氣缸壁單位面積碰撞的次數(shù)將變少【答案】ABD隨堂練習(xí)新課導(dǎo)入知識(shí)講解課堂小結(jié)布置作業(yè)4.一定質(zhì)量的氣體在某一過(guò)程中，外界對(duì)氣體做了8×104J的功，氣體的內(nèi)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?yàn)橥饨鐚?duì)氣體做功，W取正值，即W＝8×104J；氣體內(nèi)能減少，ΔU取負(fù)值，即ΔU＝－1.2×105J；根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q，可知Q＝ΔU－W＝－1.2×105J－8×104J＝－2×105J，B選項(xiàng)正確.隨堂練習(xí)新課導(dǎo)入知識(shí)講解課堂小結(jié)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(nèi)能增加了4.2×105J。問(wèn)：①是氣體對(duì)外界做了功，還是外界對(duì)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(nèi)能只增加了1.6×105J，這一過(guò)程做功情況怎樣？解：①根據(jù)ΔU=W+Q得W=ΔU－Q