人教版（2019）选择性必修第三册 3.2 热力学第一定律 课件(共15张PPT)

(共15张PPT)
1、表述：一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和.
2、意义：热力学第一定律反映了功、热量跟系统内能改变之间的定量关系.
3、数学表达式： ΔU= Q +W
一、热力学第一定律
思考讨论1：一定质量的气体封闭在一个有活塞的容器中，膨胀过程中是外界对气体做功还是气体对外界做功？
一、热力学第一定律
如果膨胀时气体对外做功是135J，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。
说明：一般情况下外界对系统做功与否，需要看物体的体积是否变化。
①若系统体积增大，表明系统对外界做功，W ＜0；（自由膨胀除外，气体自由膨胀对外做功为0）
②若系统体积减小，表明外界对系统做功，Ｗ ＞0．
气体内能减少了220J
思考讨论2：如图所示，一定质量的理想气体由a状态变化到b状态，请在图像基础上思考以下问题：
(1)在变化过程中是气体对外界做功，还是外界对气体做功？做多少功？
(2)在变化过程中气体吸热，还是向外放热？气体内能如何变化？
三、热力学第一定律与理想气体状态方程结合问题
学
气体等压变化对外界做功
Va
Vb
P
P -V 图下方(与坐标轴所围的面积)的“面积” 表示做功多少。
P
V
Va
Vb
P -V 图下方(与坐标轴所围的面积)的“面积” 表示做功多少。
W=PΔV
非等压变化
p
S
Δx
V
p
O
V2
V1
推动活塞缓慢移动，
外力F =pS
活塞发生很小位移Δx，
ΔW=FΔx =pSΔx =pΔV
二、热力学第一定律的应用
1.下列对能量守恒定律的认识正确的是(　　)
A．某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加
B．某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加
C．不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——第一类永动机是不可能制成的
D．石子从空中落下，最后停止在地面上，说明机械能消失了
一、能量守恒定律　永动机不可能制成问题
作业11．(多选)如图所示，在水平面上放置着一个密闭绝热的容器，容器内部有一个一定质量的活塞，活塞的上部封闭着理想气体，下部为真空，活塞与器壁的摩擦忽略不计，置于真空中的轻弹簧的一端固定于容器的底部，另一端固定在活塞上，弹簧被压缩后用绳扎紧，此时弹簧的弹性势能为Ep(弹簧处于自然长度时弹性势能为零)，绳突然断开时，活塞向上运动，则下列说法中正确的是(　BC　)
A．由于能量的转化与守恒，活塞将不停地振动起来
B．容器内气体的温度将趋于一个定值
C．活塞最终会停留在比原来高的位置上
D．活塞最终会停下来，Ep全部转化为其他形式的能量
2.如图所示，上端开口、粗细均匀的U形管的底部中间有一阀门，开始阀门关闭，两管中的水面高度差为h.现将阀门打开，最终两管水面相平，则这一过程中(　　)
A．大气压做正功，重力做负功，水的内能不变
B．大气压不做功，重力做正功，水的内能增大
C．大气压不做功，重力做负功，水的内能增大
D．大气压做负功，重力做正功，水的内能不变
答案　B
热力学第一定律与理想气体状态方程结合问题的分析思路：
(1)利用体积的变化分析做功情况.气体体积增大，气体对外界做功；气体体积减小，外界对气体做功.
(2)利用温度的变化分析理想气体内能的变化.一定质量的理想气体的内能仅与温度有关，温度升高，内能增加；温度降低，内能减小.
(3)利用热力学第一定律判断是吸热还是放热.
由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，则Q＝ΔU－W，若已知气体的做功情况和内能的变化情况，即可判断气体状态变化是吸热过程还是放热过程
二、热力学第一定律与理想气体状态方程结合问题
学
一、等压过程：W＝PΔV，
如图所示，一定质量的理想气体由a状态变化到b状态，
（1）外界对气体做了多少功？
（2）内能如何变化
(3)此过程中气体吸热，还是向外放热？
二、热力学第一定律与理想气体状态方程结合问题
气体等压变化对外界做功
Va
Vb
P
P -V 图线与坐标轴所围的面积表示做功多少。
W=PΔV
如何判断理想气体的内能变化？
理想气体分子势能不计，所以温度高则内能大
由理想气体状态方程=c和ΔU＝Q+W得
等压过程中吸热气体膨胀温度升高！
1、一定质量的理想气体，状态从A→B→C→D→A的变化过程可用如图所示的p－V图线描述，其中D→A为等温线，气体在状态A时温度为TA＝300 K，试求：
答案　375 K　
(1)气体在状态C时的温度TC；
(2)若气体在A→B过程中吸热1 000 J，则在A→B过程中气体内能如何变化？变化了多少？
答案　气体内能增加了400 J
12.如图所示，质量m＝1 kg的导热汽缸倒扣在水平地面上，A为一T形活塞，汽缸内充有一定质量的理想气体．汽缸的横截面积S＝2×10－4 m2，高度h＝40 cm，当外界温度为300 K时，汽缸对地面恰好没有压力，此时活塞位于汽缸中央．不计汽缸壁及活塞厚度，内壁光滑，活塞始终在地面上静止不动，大气压强为p0＝1×105 Pa，g取10 m/s2.
(1)求汽缸内气体的压强；
(2)环境温度升高时，汽缸缓慢上升，温度至少升高到多少时，汽缸不再上升；
(3)已知汽缸内气体的内能U与热力学温度T的关系为U＝0.015T(J)，求汽缸从图示位置上升到刚好不能再上升的过程中，汽缸内气体从外界吸收的热量．
气体状态变化的几种特殊情况
(1)绝热过程：Q＝0，则ΔU＝W.
(2)等容过程：W＝0，则ΔU＝Q.
（3）等温过程：始末状态一定质量理想气体的内能不变，即ΔU＝0，
则W＝－Q(或Q＝－W).
12.(多选)一定质量的理想气体，经历如图所示的循环，该过程每个状态视为平衡态，各状态参数如图所示，已知a状态气体的体积为2.0×10－3 m3，则下列说法正确的是(　BD　)
A．各状态气体体积Va＝Vb＞Vc＝Vd
B．b→c过程中，气体吸热
C．c→d过程中，气体内能增加
D．d→a过程中，外界对气体做功200 J
作业11.一定质量的理想气体从状态a开始，经过如图所示的三个过程回到初始状态a，下列判断正确的是(　　)
A．在a→b过程中气体对外做的功等于在b→c过程中气体对外做的功
B．在b→c过程中气体从外界吸收的热量小于在c→a过程中气体向外界放出的热量
C．在c→a过程中外界对气体做的功大于气体向外界放出的热量
D．在a→b过程中气体内能的增加量小于c→a过程中气体内能的减少量
作业10．(多选)如图，两端开口、下端连通的导热汽缸，用两个轻质绝热活塞(横截面积分别为S1和S2)封闭一定质量的理想气体，活塞与汽缸壁间无摩擦．在左端活塞上缓慢加细沙，活塞从A下降h高度到B位置时，活塞上细沙的总质量为m.在此过程中，用外力F作用在右端活塞上，使活塞位置始终不变．整个过程环境温度和大气压强p0保持不变，系统始终处于平衡状态，重力加速度为g.下列说法正确的是(　　)
A．整个过程，外力F做功为零
B．整个过程，理想气体的内能不变
C．左端活塞到达B位置时，外力F等于
D．整个过程，理想气体向外界释放的热量等于p0S1h＋mgh