3.2热力学第一定律-高中物理 人教版（2019）选择性必修第三册同步课件(共24张PPT)

(共24张PPT)
热力学第一定律的课件
课标解读 课标要求 素养要求
1.知道热力学第一定律,并掌握其表达式。 2.能运用热力学第一定律解释自然界能量的转 化、转移问题, 并进行具体的计算。 1.物理观念：知道热力学第一定律及其符号法则。
2.科学思维：理解热力学第一定律的公式并能进行相关的分析计算。
3.科学探究：通过热力学第一定律的应用，养成与他人合作探究的习惯，体验科学家探究规律的艰辛与执着。
4.科学态度与责任：了解热力学第一定律的发现过程，体会科学探索中的挫折和失败对科学发展的意义。
汽缸内有一定质量的气体，压缩气体的同时给汽缸加热。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？
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的。也就是说，一定数量的功与确定数量的热相对应。
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，做功的数量就是确定的；
焦耳的实验
ΔU=W
单纯地对系统做功做功：
单纯地对系统传热：
△U＝Q
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：
△U＝Q+ W
一、热力学第一定律
焦耳的实验：做功与传热在改变系统内能方面是等价的。
对系统做机械功
对系统做电功
做 功
热传递
外界对物体做功
物体对外界做功
物体从外界吸热
物体对外界放热
内能增加
内能增加
内能减少
内能减少
改变内能的两种方式
△U＝W
△U＝Q
思考：如果物体在跟外界同时发生做功和热传递的过程中，内能又如何变化呢？
一个热力学系统的内能变化量等于外界向他传递的热量与外界对他所做的功的和。这就是著名的热力学第一定律。
ΔU=W+Q
①内能的变化量ΔU
＊气体内能只与温度有关
＊发生物态变化时：温度不变，但内能改变
ΔU
ΔEK
ΔEP
：温度
：温度、状态、体积
熔化
凝固
②传递的热量Q
Q>0:
系统吸热
Q<0:
系统放热
Q=0:
绝热状态
温度差
导热
隔热材料
做功>>放热
③所做的功W
W>0：
外界对系统做功
W<0：
系统对外界做功
F
h
F
h
W>0
V↓
W<0
V↑
对于一般气体而言：体积减小（压缩）时外界对气体做功，W>0
体积增大（膨胀）时气体对外界做功，W<0
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85J，气体内能的变化量是多少 内能是增加了还是减少了 请你通过这个例子总结功和热量取正、负值的物理意义。
解：
气体对外界做功
系统对外做功：W=-135J
系统向外放热：Q=-85J
ΔU = W + Q
代入得：
ΔU =-135+（-85）
=-220J
内能变化了220J，减少
二、热力学第一定律的应用
与热力学第一定律相匹配的符号法则
做功 W 热量 Q 内能的改变 ΔU
取正值“＋” 外界对系统 做功 系统从外界 吸收热量 系统的内能增加
取负值“－” 系统对外界 做功 系统向外界 放出热量 系统的内能减少
如图3.2-1，一台四冲程内燃机，活塞在压缩冲程某段时间内移动的距离为0.1 m，这段过程活塞对气体的压力逐渐增大，其做的功相当于2×10 3 N的恒力使活塞移动相同距离所做的功（图3.2-2甲）。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25 J。
（1）求上述压缩过程中气体内能的变化量。
解：（1）压缩过程活塞对气体做的功
W 1 ＝ F 1l 1 ＝ 2×10 3 ×0.1 J ＝ 200 J
气体内能的变化量
ΔU 1 ＝ W 1 ＋ Q 1 ＝ 200 J － 25 J ＝ 175 J
（2）燃烧后的高压气体对活塞做功，气体推动活塞移动 0.1 m，其做的功相当于9×10 3 N 的恒力使活塞移动相同距离所做的功（图 3.2-2 乙），该做功过程气体传递给汽缸的热量为 30 J，求此做功过程气体内能的变化量。
解：（2）气体膨胀过程中气体对外界所做的功
W 2 ＝ F 2l 2 ＝-9×10 3 ×0.1 J ＝- 900 J
气体内能的变化量
ΔU 2 ＝ W 2 ＋ Q 2 ＝ - 900 J - 30 J ＝- 930 J
汽缸内气体在压缩过程中内能增加了 175 J，在膨胀做功过程中气体内能减少了930 J。
【例题】如图，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0.1 m，这段过程活塞对气体的压力逐渐增大，其做的功相当于2×103N的恒力使活塞移动相同距离所做的功（图甲）。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25 J。
（1）求上述压缩过程中气体内能的变化量。
【例题】
（2）燃烧后的高压气体对活塞做功，气体推动活塞移动 0.1 m，其做的功相当于9×103N 的恒力使活塞移动相同距离所做的功（图乙），该做功过程气体传递给汽缸的热量为 30 J，求此做功过程气体内能的变化量。
课堂小结
一个热力学系统的内能变化量等于外界向他传递的热量与外界对他所做的功的和。这就是著名的热力学第一定律。
ΔU=W+Q
物理量 符号 意义 符号 意义
W + 外界对系统做功 － 系统对外界做功
Q + 物体吸热 － 物体放热
ΔU + 内能增加 － 内能减少