3.2 热力学第一定律 课件（共18张PPT）

(共18张PPT)
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；
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。
科学推理
单纯地对系统做功做功（绝热过程）：
ΔU=W
单纯地对系统传热：
ΔU＝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：
ΔU＝Q+ W
归纳总结 热力学第一定律
ΔU＝Q+ W
一个热力学系统的内能变化量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和.
物理量 物理意义
外界对系统所做的功
ΔU
Q
W
内能的变化量
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
请你通过这个例子讨论总结功和热量取正、负值的物理意义。
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
请你通过这个例子讨论总结功和热量取正、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
请你通过这个例子讨论总结功和热量取正、负值的物理意义。
物理量 取正号（＋）的意义 取负号（－）的意义
功W
热量Q
内能变化量ΔU
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
请你通过这个例子讨论总结功和热量取正、负值的物理意义。
物理量 取正号（＋）的意义 取负号（－）的意义
功W 外界对系统做功 系统对外界做功
热量Q 系统吸热 系统放热
内能变化量ΔU 内能增加 内能减少
ΔU＝Q + W
ΔU＝－135J + －85J
ΔU＝－220J
气体内能减少了220J
练习
1.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，小瓶下沉到底部；松开后，小瓶缓慢上浮，请分析上浮过程中：
（1）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.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，小瓶下沉到底部；松开后，小瓶缓慢上浮，请分析上浮过程中：
（2）是小瓶内气体对外界做功？还是外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.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，小瓶下沉到底部；松开后，小瓶缓慢上浮，请分析上浮过程中：
（3）小瓶内气体从外界吸热还是向外界放热？
上升时，小瓶内气体内能增加，气体对外做功，根据热力学第一定律：
ΔU＝Q+ W
因此小瓶内气体从外界吸热。
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
ΔU＝Q+ W判断吸放热情况
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2×103 N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。
解析：压缩过程中，活塞（外界）对气体（系统）做功，W是正值：
W1= F1l1= 2×103×0.1 J = 200 J
系统向外放热：Q1=-25J
气体内能的变化量：ΔU1=W1＋Q1=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2×103 N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。
(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9×103 N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30J，求此做功过程气体内能的变化量。
解析：气体膨胀过程中，气体（系统）对外界所做功，W是负值：
W2= F2L2=-9×103×0.1 J=-900 J
系统向外放热：Q2=-30J
气体内能的变化量：ΔU2= W2＋Q2=-900 J - 30J =-930 J
1 热力学第一定律
ΔU＝Q+ 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W 外界对系统做功 系统对外界做功
热量Q 系统吸热 系统放热
内能变化量△U 内能增加 内能减少