3.1 热力学第一定律（共20张PPT）课件 2024-2025学年高二物理鲁科版（2019）选择性必修第三册

(共20张PPT)
第三章 热力学定律
第1节 热力学第一定律
1.知道做功和热传递是改变系统内能的两种方式,理解内能与功、热量的关系。
2.理解热力学第一定律并能运用热力学第一定律分析和解决相关问题。
3.知道什么是第一类永动机及其不可能制成的原因。
问题1：幼儿园里一般都有滑梯,小朋友沿滑梯下滑时屁股常会感到发热,这是为什么
小朋友沿滑梯下滑时克服摩擦力做功,内能增加。
如果一个物体既不吸热也不放热，那么，当外界对它做功时，物体内能增加，且增加量等于外界做的功。当物体对外界做功时，物体内能减少，且减少量等于物体做的功。
研究表明
问题2：“围炉夜话”是中国古代文人认为非常有生活情趣的一种生活方式。在“围炉”的过程中,人的身体并没有和炉子本身发生接触,为什么还能够感到温暖 现代取暖的方式主要是暖气,暖气和炉子在能量传递方面有什么相同点
人身体没和炉子发生接触也可以感到温暖是因为热量可以通过热传递向外扩散,这和暖气的散热方式是相同的。
如果一个物体既不对外界做功，外界也不对它做功，那么当物体从外界吸热时，物体内能增加，其增加量等于吸收的热量；当物体向外放热时，物体内能减少，其减少量等于放出的热量。
研究表明
知识点一：功、热量与内能
1.改变物体的内能的两种方式：做功和热传递
2.热力学第一定律：
（1）定义：如果物体与外界之间同时存在做功和热传递的过程,那么物体内能的改变量ΔU等于外界对物体所做的功与物体从外界吸收的热量之和。
（2）表达式：
ΔU＝ Q + W
热传递的热量
做功
内能的改变量
（3）定律中各量的正、负号及含义
物理量 符号 意义 符号 意义
W ＋ 外界对物体做功 － 物体对外界做功
Q ＋ 物体吸收热量 － 物体放出热量
ΔU ＋ 内能增加 － 内能减少
ΔU = W + Q
在一切涉及热现象的宏观过程中，能量可以发生转移或转化，在转移或转化过程中总能量守恒。
热力学第一定律表明：
一个物体的内能增加，必定有其他物体对它做功，或向它传递热量。与此同时，对此物体做功或向它传递热量的其他物体要减少等量的能量，而系统的总能量保持不变。
（4）判断是否做功的方法
一般情况下外界对物体做功与否，需看物体的体积是否变化。
(1)若物体体积增大，表明物体对外界做功，W＜0。
(2)若物体体积减小，表明外界对物体做功，W＞0。
（5）几种特殊情况
①若过程是绝热的，即Q＝0，则ΔU＝W，物体内能的增加量等于外界对物体做的功。
②若过程中不做功，即W＝0，则ΔU＝Q，物体内能的增加量等于物体从外界吸收的热量。
③若过程的始末状态物体的内能不变，即ΔU＝0，则W＝－Q(或Q＝－W)，外界对物体做的功等于物体放出的热量(或物体吸收的热量等于物体对外界做的功)。
例题：一定质量的气体从外界吸收了3.5×105J的热量，内能增加了1.2×103J。气体对外界做功还是外界对气体做功？做了多少功？
解：由热力学第一定律，外界对气体所做的功
W=ΔU-Q
=(1.2×103-3.5×105)J
=-2.3×105J
W为负值，说明气体对外界做功2.3×103J。
生活中的热学问题通常涉及多个过程。例如，将气泡内的气体视为理想气体，气泡在从湖底上升到湖面过程中，对外界做了0.20J的功。假设湖水温度保持不变，此过程中的气泡是吸热还是放热？吸收或放出的热量是多少？气泡到达湖面后，在其温度上升的过程中，又对外界做了0.02J的功，同时吸收了0.05J的热量，气泡内气体内能增加了多少？
解
（1）气体温度不变，内能不变，即ΔU=0
由Q=ΔU-W得Q=-0.20J,
气泡上升过程放热。
（2）到水面后，由ΔU=Q+W得
ΔU=0.05-0.02 J=0.03J
气泡气体内能增加了0.03J。
17世纪，有人设计了一种螺旋汲水永动机。他设想：上面水槽流出的水冲击水轮转动，水轮在带动水磨转动的同时，通过一组齿轮带动螺旋汲水器，永不停止地把蓄水池里的水重新提升到上面的水槽中，这样就可永久地使用水磨了。
知识点二：第一类永动机
1.第一类永动机：不消耗任何能量，却可以源源不断地对外做功
2.历史上的永动机：
螺旋永动机
达·芬奇
滚球永动机
软臂永动机
19世纪设计
马尔基斯
3. 第一类永动机不可能制成的原因
第一类永动机本质上都是认为能量能无中生有地创造出来，这违背了热力学第一定律，因而是不可能实现的。
热力学第一定律也被表述为：
第一类永动机是不可能实现的。
1.关于系统的内能及其变化,下列说法中正确的是 （ ）
A.系统的温度改变时,其内能必定改变
B.系统对外做功,其内能不一定改变;向系统传递热量,其内能不一定改变
C.对系统做功,系统内能必定改变;系统向外传出一定热量,其内能必定改变
D.若系统与外界不发生热交换,则系统的内能必定不改变
B
2.一定质量的气体在某一过程中，外界对气体做了8×104 J的功，气体的内能减少了1.2×105 J，则下列各式正确的是（ ）
A.W＝8×104 J，ΔU＝1.2×105 J，Q＝4×104 J
B.W＝8×104 J，ΔU＝－1.2×105 J，Q＝－2×105 J
C.W＝－8×104 J，ΔU＝1.2×105 J，Q＝2×104 J
D.W＝－8×104 J，ΔU＝－1.2×105 J，Q＝－4×104 J
B
3. 如图所示，一演示用的“永动机”转轮由5根轻杆和转轴构成，轻杆的末端装有用形状记忆合金制成的叶片。轻推转轮后，进入热水的叶片因伸展而“划水”，推动转轮转动。离开热水后，叶片形状迅速恢复，转轮因此能较长时间转动。下列说法正确的是( )
A. 转轮依靠自身惯性转动，不需要消耗外界能量
B. 转轮转动所需能量来自形状记忆合金自身
C. 转动的叶片不断搅动热水，水温升高
D. 叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量
D
4.一定量的气体，从外界吸收热量2.7×105J,内能增加4.3×105J。在这一过程中，是气体对外做功，还是外界对气体做功？做了多少功？
Q=+2.7×105J
ΔU=+4.3×105J
﹀
ΔU＝W + Q
得： W=1.6×105J ＞0
即外界对气体做功
解：