【课件】热力学第一定律+课件-高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册.pptx

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1、热力学第一定律课前思考汽缸内有一定质量的气体，压缩气体的同时给气缸加热。那么，气体内能的变化会比单一方式（做功或传热）更明显。这是为什么呢？课前回顾焦耳实验焦耳（James Prescott Joule，1818-1889）课前回顾焦耳实验焦耳（James Prescott Joule，1818-1889）课前回顾焦耳实验焦耳（James Prescott Joule，1818-1889）一方面表明，以不同的方式对系统做一方面表明，以不同的方式对系统做功时，只要系统始末两个状态是确定的，功时，只要系统始末两个状态是确定的，做功的数量就是确定的；做功的数量就是确定的；另一方面也向我们表明，为了改

2、变系另一方面也向我们表明，为了改变系统的状态，做功和传热这两种方法是等价统的状态，做功和传热这两种方法是等价的。也就是说，一定数量的功与确定数量的。也就是说，一定数量的功与确定数量的热相对应。的热相对应。科学推理单纯地对系统做功做功（绝热过程）：单纯地对系统做功做功（绝热过程）：U=W单纯地对系统传热：单纯地对系统传热：UQ当外界既对系统做功又对系统传热时，内能当外界既对系统做功又对系统传热时，内能的变化量就应该是：的变化量就应该是：UQ+W归纳总结热力学第一定律UQ+W一个热力学系统的一个热力学系统的内能变化量内能变化量等于等于外界向它外界向它传递的热量传递的热量与与外界对它所做的功外界对它

3、所做的功的和的和.物理量物理意义外界对系统所做的功外界对系统所做的功UQW内能的变化量内能的变化量外界向系统传递的热量外界向系统传递的热量思考与讨论一定质量的气体，膨胀过程中是外界对气体做功还是气体对外界做功?如果膨胀时气体对外做的功是135 J，同时向外放热 85 J，气体内能的变化量是多少?内能是增加了还是减少了?请请你你通通过过这这个个例例子子讨讨论论总总结结功功和和热热量量取取正、负值的物理意义。正、负值的物理意义。思考与讨论一一定定质质量量的的气气体体，膨膨胀胀过过程程中中是是外外界界对对气气体体做做功功还还是是气气体体对对外外界界做做功功?如如果果膨膨胀胀时时气气体体对对外外做做的

4、的功功是是135 J，同同时时向向外外放放热热 85 J，气气体体内内能能的的变变化化量量是是多多少少?内内能能是是增增加加了了还是减少了还是减少了?请请你你通通过过这这个个例例子子讨讨论论总总结结功功和和热热量量取取正、负值的物理意义。正、负值的物理意义。气体膨胀气体对外界做功气体内能减少气体压缩外界对气体做功气体内能增加思考与讨论一一定定质质量量的的气气体体，膨膨胀胀过过程程中中是是外外界界对对气气体体做做功功还还是是气气体体对对外外界界做做功功?如如果果膨膨胀胀时时气气体体对对外外做做的的功功是是135 J，同同时时向向外外放放热热 85 J，气气体体内内能能的的变变化化量量是是多多少少

5、?内内能能是是增增加加了了还是减少了还是减少了?请请你你通通过过这这个个例例子子讨讨论论总总结结功功和和热热量量取取正、负值的物理意义。正、负值的物理意义。物理量取正号（）的意义取负号（）的意义功功W热量热量Q内能变化量内能变化量U外界对系统做功系统对外界做功系统吸热系统放热内能增加内能减少思考与讨论一一定定质质量量的的气气体体，膨膨胀胀过过程程中中是是外外界界对对气气体体做做功功还还是是气气体体对对外外界界做做功功?如如果果膨膨胀胀时时气气体体对对外外做做的的功功是是135 J，同同时时向向外外放放热热 85 J，气气体体内内能能的的变变化化量量是是多多少少?内内能能是是增增加加了了还是减少

6、了还是减少了?请请你你通通过过这这个个例例子子讨讨论论总总结结功功和和热热量量取取正、负值的物理意义。正、负值的物理意义。物理量取正号（）的意义取负号（）的意义功功W外界对系统做功系统对外界做功热量热量Q系统吸热系统放热内能变化量内能变化量U内能增加内能减少UQ+WU135J +85JU220J气体内能气体内能减少了减少了220J练习1.1.如图所示，密封的矿泉水瓶中，距瓶如图所示，密封的矿泉水瓶中，距瓶口越近水的温度越高。一开口向下、导口越近水的温度越高。一开口向下、导热良好的小瓶置于矿泉水瓶中，小瓶中热良好的小瓶置于矿泉水瓶中，小瓶中封闭一段空气。挤压矿泉水瓶，小瓶下封闭一段空气。挤压矿泉

7、水瓶，小瓶下沉到底部；松开后，小瓶缓慢上浮，沉到底部；松开后，小瓶缓慢上浮，请请分析分析上浮过程中上浮过程中：（1 1）小瓶内气体内能如何变化？）小瓶内气体内能如何变化？越接近矿泉水瓶口，水的温度越高，因此小瓶上浮的过程中，小瓶内温度升高，内能增加。练习1.1.如图所示，密封的矿泉水瓶中，距瓶如图所示，密封的矿泉水瓶中，距瓶口越近水的温度越高。一开口向下、导口越近水的温度越高。一开口向下、导热良好的小瓶置于矿泉水瓶中，小瓶中热良好的小瓶置于矿泉水瓶中，小瓶中封闭一段空气。挤压矿泉水瓶，小瓶下封闭一段空气。挤压矿泉水瓶，小瓶下沉到底部；松开后，小瓶缓慢上浮，沉到底部；松开后，小瓶缓慢上浮，请请分

8、析分析上浮过程中上浮过程中：（2 2）是小瓶内气体对外界做功？还是外）是小瓶内气体对外界做功？还是外界对小瓶内气体做功？界对小瓶内气体做功？小瓶上升过程中，瓶内气体的温度逐渐升高，压强逐渐减小，根据理想气体状态方程可知气体体积膨胀，瓶内气体对外界做正功。练习1.1.如图所示，密封的矿泉水瓶中，距瓶如图所示，密封的矿泉水瓶中，距瓶口越近水的温度越高。一开口向下、导口越近水的温度越高。一开口向下、导热良好的小瓶置于矿泉水瓶中，小瓶中热良好的小瓶置于矿泉水瓶中，小瓶中封闭一段空气。挤压矿泉水瓶，小瓶下封闭一段空气。挤压矿泉水瓶，小瓶下沉到底部；松开后，小瓶缓慢上浮，沉到底部；松开后，小瓶缓慢上浮，请

9、请分析分析上浮过程中上浮过程中：（3 3）小瓶内气体从外界吸热还是向外界）小瓶内气体从外界吸热还是向外界放热？放热？上升时，小瓶内气体内能上升时，小瓶内气体内能增加，气体对外做功，根增加，气体对外做功，根据热力学第一定律：据热力学第一定律：UQ+W因此因此小瓶内气体从外界吸小瓶内气体从外界吸热热。总结温度变化决定内能变化体积变化决定做功情况研究对象一定质量的气体一定质量的气体UQ+W判断判断吸放热吸放热情况练习2.如图所示，一台四冲程内燃机，活塞在压缩如图所示，一台四冲程内燃机，活塞在压缩冲程某段时间内移动的距离为冲程某段时间内移动的距离为0.1 m，这段过程，这段过程活塞对气体的压力逐渐增大

10、，其做的功相当于活塞对气体的压力逐渐增大，其做的功相当于2103 N的恒力使活塞移动相同距离所做的功的恒力使活塞移动相同距离所做的功(图甲图甲)。内燃机工作时汽缸温度高于环境温度，。内燃机工作时汽缸温度高于环境温度，该过程中压缩气体传递给汽缸的热量为该过程中压缩气体传递给汽缸的热量为 25 J。(1)求上述压缩过程中气体内能的变化量。求上述压缩过程中气体内能的变化量。解析：压缩过程中，活塞（外界）对气体（系统）做功，解析：压缩过程中，活塞（外界）对气体（系统）做功，W是正值是正值：W1=F1l1=21030.1 J=200 J系统向外放热：系统向外放热：Q1=-25J气体内能的变化量：气体内能

11、的变化量：U1=W1Q1=200 J-25 J=175J练习2.如图所示，一台四冲程内燃机，活塞在压缩如图所示，一台四冲程内燃机，活塞在压缩冲程某段时间内移动的距离为冲程某段时间内移动的距离为0.1 m，这段过程，这段过程活塞对气体的压力逐渐增大，其做的功相当于活塞对气体的压力逐渐增大，其做的功相当于2103 N的恒力使活塞移动相同距离所做的功的恒力使活塞移动相同距离所做的功(图甲图甲)。内燃机工作时汽缸温度高于环境温度，。内燃机工作时汽缸温度高于环境温度，该过程中压缩气体传递给汽缸的热量为该过程中压缩气体传递给汽缸的热量为 25 J。(1)求上述压缩过程中气体内能的变化量。求上述压缩过程中气

12、体内能的变化量。(2)燃烧后的高压气体对活塞做功，气体推动活燃烧后的高压气体对活塞做功，气体推动活塞移动塞移动 0.1 m，其做的功相当于，其做的功相当于9103 N的恒力的恒力使活塞移动相同距离所做的功使活塞移动相同距离所做的功(图乙图乙)，该做功，该做功过程气体传递给汽缸的热量为过程气体传递给汽缸的热量为30J，求此做功，求此做功过程气体内能的变化量。过程气体内能的变化量。解析：气体膨胀过程中，气体解析：气体膨胀过程中，气体（系统）（系统）对外界所做对外界所做功，功，W是负值是负值：W2=F2L2=-91030.1 J=-900 J系统向外放热：系统向外放热：Q2=-30J气体内能的变化量：气体内能的变化量：U2=W2Q2=-900 J-30J=-930 J1 热力学第一定律 UQ+W课堂小结2 符号规则物理量取正号（）的意义取负号（）的意义功功W外界对系统做功系统对外界做功热量热量Q系统吸热系统放热内能变化量内能变化量U内能增加内能减少