5.1 热力学第一定律 课件 (3)

课件45张PPT。共 46 页1
第一节 热力学第一定律 共 46 页1课 标 解 读 (学生用书P58) 共 46 页1 1.理解热力学第一定律,掌握热力学第一定律表达式并能进行相关的计算.
2.知道什么是第一类永动机,知道热力学第一定律另一种表述:第一类永动机是不可能实现的.共 46 页1阅读教材自主梳理 (学生用书P58) 共 46 页1 1.热力学第一定律及其应用
(1)物体内能的改变方式:________和________是改变物体内能的两种方式.
(2)功和物体内能的变化之间的关系:若物体与外界不存在热传递,当外界对它做功W时,它的内能________是ΔU,且W=________.当物体对外做功W时,则物体内能________是ΔU,这时W=ΔU且W?ΔU均为________值,ΔU为负值,表示内能减少.做功热传递增加量ΔU改变量负共 46 页1 (3)热传递和物体内能变化之间的关系:若物体既不对外做功,外界也不对物体做功,当物体从外界吸收热量Q时,它的内能________是ΔU,且Q=________;若物体向外放出热量Q,它的内能________是ΔU,即Q=ΔU仍适用,但Q?ΔU均为________值.ΔU为负值,表示内能减少.增加量ΔU改变量负共 46 页1 (4)热力学第一定律
a.物体内能的变化与做功和热传递的关系:物体与外界同时存在着做功和热传递的过程,物体内能的增加量ΔU与___________
做功,物体吸收的热量Q之间的关系式为ΔU=W+Q.
b.如果物体对外界做功和向外传递热量,ΔU=W+Q关系式仍适用,只不过W?Q均为负值,ΔU也为负值表示内能减少.所以应用ΔU=W+Q进行计算时有符号规定:吸热Q>0,放热Q<0;物体对外做功W________0,外界对物体做功W________0;ΔU>0表示物体内能增加,ΔU<0表示物体内能减少.外界对物体<>共 46 页1c.热力学第一定律:功?热量和内能的改变之间的关系式ΔU=________叫做热力学第一定律.
d.意义:在一切涉及热现象的宏观过程中,能量可以发生________或________,在转移和转化的过程中总能量守恒.
W+Q转移转化共 46 页12.第一类永动机
(1)第一类永动机:不消耗能量而能永远对外________的机器.
(2)设计:17~18世纪,人们提出了许多永动机设计方案,都以失败告终.
(3)原因:设想能量能够无中生有的创造出来,违背了____________________.
(4)热力学第一定律的另一种表达:第一类永动机是不可能实现的.做功能量守恒定律共 46 页1重 点 阐 释 (学生用书P59) 共 46 页11.做功与内能变化的关系
(1)做功是改变物体内能的方式之一,做功改变物体内能的过程是将其它形式的能(如机械能?电能等)与内能相互转化的过程,功是能量转化的量度.
(2)如果物体和外界没有热传递过程,外界对物体做多少功,就有多少其它形式的能转化为内能,物体的内能就增加多少.物体对外界做多少功,就有多少内能转化为其它形式的能,物体的内能就减少多少. 共 46 页12.热传递与内能变化的关系 热量
(1)热传递过程是指物体与外界传递热量的过程,是改变物体内能的另一种方式,热传递具有方向性,热量只能从高温物体传递给低温物体,不能从低温物体自发的传递给高温物体而不引起其它变化.
(2)如果物体与外界没有做功的过程,物体吸热,内能增加,吸收多少热量内能就增加多少.物体放热,内能减少,放出多少热量,内能就减少多少.共 46 页1 (3)热量是热传递过程中的内能的迁移量.热量的概念只在内能的转移过程中才能有意义,不能说物体具有多少热量.
(4)做功和热传递在改变物体的内能方面是等效的,热量和功都与内能的单位相同.共 46 页13.对热力学第一定律的理解
(1)热力学第一定律是包括内能在内的能量的转化和守恒定律,即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.热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种改变内能的方式是等效的,而且给出了内能的变化量和做功与热传递之间的定量关系,即ΔU=Q+W,此式为标量式,功?热量?能应统一使用国际单位焦耳.
(2)对公式ΔU=Q+W各量的符号规定
外界对物体做功,W取正值,物体对外界做功,W取负值;物体吸收热量,Q为正值,物体放出热量,Q为负值;物体内能增加,ΔU取正值,物体内能减少,ΔU取负值.共 46 页1 4.几种特殊的内能变化过程
(1)若过程是绝热的,则Q=0,W=ΔU,外界对物体做多少功,物体内能增加多少,物体对外做多少功,内能减少多少.外界与物体间做的功等于物体内能的变化.
(2)若过程中没有做功,即W=0,则Q=ΔU,物体与外界交换的热量等于物体内能的变化.
(3)若过程的始?末状态物体的内能不变,即ΔU=0,则W+Q=0或W=-Q,物体与外界做的功等于物体与外界交换的热量. 共 46 页1典 例 剖 析 (学生用书P59) 共 46 页1题型一 热力学第一定律的应用共 46 页1例1:(2009·福建)一定质量的理想气体在某一过程中,外界对气体做功7.0×104 J,气体内能减少1.3×105 J,则此过程________.(填选项前的编号)
①气体从外界吸收热量2.0×105 J ②气体向外界放出热量2.0×105 J ③气体从外界吸收热量6.0×104 J ④气体向外界放出热量6.0×104 J
解析:根据热力学第一定律 ΔU=Q+W.
得Q=ΔU-W.
由已知条件和符号规定知W=7.0×104 J ΔU=-1.3×105 J
所以Q=-1.3×105 J-7.0×104 J=-2.0×105 J
负号表示气体向外界放出热量.
答案:②共 46 页1规律技巧:应用热力学第一定律表达式解决问题时,应首先根据符号规定,判断各已知量的正负号,再将其代入表达式ΔU=Q+W中求解未知量,根据所求结果的正负号,判断做功或热传递的情况. 共 46 页1变式训练1:一定质量的气体从外界吸收了3.0×105 J的热量,内能增加了5.0×105 J,这时是气体对外界做了功,还是外界对气体做了功?做了多少功?
解析:根据热力学第一定律的表达式中的符号规定,知Q=3.0×105 J ΔU=5.0×105 J
由ΔU=Q+W得
W=ΔU-Q=5.0×105 J-3.0×105 J=2.0×105 J
W>0,说明外界对气体做了功.
答案:外界对气体做功 2.0×105 J共 46 页1题型二 热力学第一定律分析气体状态变化过程共 46 页1例2:(2009·宁夏)带有活塞的气缸内封闭一定量的理想气体,气体开始处于状态a,然后经过过程ab到达状态b或经过过程ac到达状态c,b?c状态温度相同,如图所示.设气体在状态b和状态c的压强分别为pb和pc,在过程ab和ac中吸收的热量分别为Qab和Qac,则( )
A.pb>pc,Qab>Qac
B.pb>pc,QabC.pbQac
D.pb答案:C共 46 页1解析:一定量的理想气体内能只与温度有关,从状态a到状态b,和到状态c,两过程升高的温度相同,即内能增加相同,但b状态体积比a状态大,所以从a状态到b状态要对外界做功,由热力学第一定律知Qab>Qac,由于b?c状态温度相同,由玻意耳定律,pb规律技巧:根据一定质量的气体状态变化过程中体积的变化分析气体的做功问题,体积膨胀,气体对外做功,体积变小,外界对气体做功;根据温度的变化确定内能的变化,温度升高,内能增大,温度降低,内能减小,温度不变,内能不变;再根据热力学第一定律分析各状态变化过程中的吸热或放热问题. 共 46 页1变式训练2:(2008·上海)已知理想气体的内能与热力学温度成正比,如图示的实线为气缸内一定质量的理想气体由状态1到状态2的变化曲线,则在整个过程中气缸内气体的内能( )
A.先增大后减小 B.先减小后增大
C.单调变化 D.保持不变
答案:B 3
共 46 页1课内针对性训练 (学生用书P60)共 46 页11.一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,则下列各式中正确的是( )
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=2×105 J
D.W=8×104 J,ΔU=-1.2×105 J,Q=-4×104 J
解析:由热力学第一定律ΔU=Q+W,可得Q=ΔU-W,又知内能减少,ΔU为负值,外界对气体做功,W为正值,即ΔU=-1.2×105 J,W=8×104 J,Q=-1.2×105 J-8×104 J=-2×105 J,选项B正确.
答案:B共 46 页12.在柴油机工作的四冲程中,每一冲程的时间都很短,且缸内气体近似认为是理想气体,则下列说法正确的是( )
A.爆发冲程是缸内气体的绝热膨胀过程,气体对外做功,温度降低
B.爆发冲程是缸内气体的等温膨胀过程,气体对外做功,内能不变
C.压缩冲程是缸内气体的绝热压缩过程,外界对气体做功,温度升高
D.压缩冲程是缸内气体的等压压缩过程,外界对气体做功,内能减少
解析:由于柴油机工作时,每一冲程时间都很短,因此每一冲程缸内气体与外界交换的热量忽略不计.爆发冲程是缸内气体的绝热膨胀过程,气体对外做功,内能减少,温度降低.压缩冲程是缸内气体的绝热压缩过程,外界对气体做功,气体的内能增加,温度升高.选项A?C正确.
答案:AC共 46 页13.如图所示,带有活塞的气缸中封闭一定质量的理想气体.将一个半导体NTC热敏电阻R置于气缸中,热敏电阻与气缸外的电源E和电流表组成闭合回路,气缸和活塞具有良好的绝热(与外界无热交换)性能.若发现电流表的读数增大时,以下判断正确的是( )
A.气体一定对外做功
B.气体体积一定增大
C.气体内能一定增大
D.气体压强一定增大
答案:CD共 46 页1解析:电流表读数增大,说明热敏电阻温度升高,由于气缸绝热,故气体温度升高,则内能一定增大,C正确;气体压强也一定增大,D正确.共 46 页1课外梯度练习 (学生用书P60)共 46 页1A组 基础知识 强化训练共 46 页11.一定质量的理想气体,如果体积膨胀,同时吸收热量,下列关于该气体内能变化的说法中正确的是( )
A.如果气体对外做的功大于吸收的热量,气体的内能将减少
B.如果气体对外做的功等于吸收的热量,气体的内能将不变
C.如果气体对外做的功小于吸收的热量,气体的内能将减少
D.如果气体对外做的功等于吸收的热量,气体的内能可能改变
答案:AB共 46 页12.一定质量的理想气体经历一绝热过程,下列说法正确的是( )
A.绝热膨胀过程中气体对外做功,气体分子的平均动能减小
B.绝热膨胀过程中气体对外做功,气体分子的平均动能增大
C.气体向真空发生绝热膨胀的过程中,气体不对外做功,气体分子平均动能不变
D.绝热压缩过程中,外界对气体做功,气体分子的平均动能增大
答案:ACD共 46 页13.对一定量的气体,下列说法正确的是( )
A.在体积缓慢地不断增大的过程中,气体一定对外界做功
B.在压强不断增大的过程中,外界对气体一定做功
C.在体积不断被压缩的过程中,内能一定增加
D.在与外界没有发生热量交换的过程中,内能一定不变
解析:只有当气体体积变化时才做功,当气体膨胀时气体对外界做功,当气体压缩时,外界对气体做功,由此可知A正确,B错误;由热力学第一定律ΔU=W+Q可知,ΔU?W?Q相联系,由此可知C?D错误.
答案:A共 46 页14.对一定质量的气体,下列说法正确的是( )
A.温度升高,压强一定增大
B.温度升高,分子热运动的平均动能一定增大
C.压强增大,体积一定减小
D.吸收热量,可能使分子热运动加剧?气体体积增大
解析:对于一定质量的气体有 C(常数),故A?C错误;温度是分子平均动能的标志,故选项B正确;根据热力学第一定律ΔU=Q+W,气体吸收热量Q>0,气体体积增大,气体对外做功W<0,所以内能的变化ΔU既可能大于零也可能小于零,所以选项D正确.
答案:BD共 46 页15.如图所示,绝热隔板K把绝热的D气缸分隔成体积相等的两部分,K与气缸壁的接触是光滑的.两部分中分别盛有相同质量?相同温度的同种气体a和b,气体分子之间相互作用势能可忽略.现通过电热丝对气体a加热一段时间后,a,b各自达到新的平衡( )
A.a的体积增大了,压强变小了
B.b的温度升高了
C.[KG-*3]加热后a的分子热运动比b的分子热运动更剧烈
D.a增加的内能大于b增加的内能
答案:BCD共 46 页1解析:a气体吸收热量,体积增大,使隔板K压缩b气体,由热力学第一定律可知,b气体内能增大,即温度升高,选项B正确.对a?b两部分气体来说,加热前P?V?T都相等,加热后,Pa=Pb,Va>Vb,由 K(常数)可知Ta>Tb,所以选项C?D正确.共 46 页16.如图所示,A?B是两个完全相同的铁球,A放在绝热板上,B用绝热绳悬挂.现只让它们吸收热量,当它们升高相同的温度时,它们所吸收的热量分别为QA?QB,则( )
A.QA=QB B.QAC.QA>QB D.无法确定QA?QB的大小
解析:当A?B两球升高相同的温度时,根据热胀冷缩原理可知,A?B球重心发生变化.A球重心升高的高度等于B球重心降低的高度.且在此过程中A球克服重力做功,B球受到重力对其做正功.且由题意分析在吸热过程中,它们升高相同的温度,内能增量ΔU相同,由热力学第一定律ΔU=Q+W知,QA=ΔU-WA,QB=ΔU-WB,由于WA<0,WB>0,所以QA>QB.
答案:C共 46 页1B组 知识能力 提高训练共 46 页17.如图所示,为一定质量的理想气体状态变化的一个循环过程,下列说法正确的是( )
A.气体从A状态到B状态,气体等温膨胀,对外做功同时吸收热量,气体的内能不变
B.气体从B状态到C状态,气体等容降温,放出热量,内能减少
C.气体从B状态到C状态,气体放出的热量等于气体从D状态到A状态吸收的热量共 46 页1D.气体从C状态到D状态,气体被等温压缩,外界对气体做的功等于气体放出的热量
解析:从图象分析,A?B两点在同一条等温线上,所以A?B两状态内能相同,这时气体对外做的功等于吸收的热量,选项A正确.B?C两点在同一条等容线上,而且TB>TC,所以从B状态到C状态,内能减少,放出热量,选项B正确.同一部分气体,从B状态到C状态和从D状态到A状态,虽然变化的温度相同,但由于体积不同,比热容不同,所以选项C错.由于从C状态到D状态温度不变,内能不变,所以外界对气体做的功等于气体放出的热量,选项D正确.
答案:ABD共 46 页18.(2007·重庆)氧气钢瓶充气后压强高于外界大气压,假设缓慢漏气时,瓶内外温度始终相等且保持不变,忽略氧气分子之间的相互作用,在该漏气过程中瓶内氧气( )
A.分子总数减少,分子总动能不变
B.密度降低,分子平均动能不变
C.吸收热量,膨胀做功
D.压强降低,不对外做功
答案:BC共 46 页1解析:由于是漏气过程,钢瓶内氧气分子总数在减少,但是温度不变,分子的平均动能不变,分子总动能减少,选项A错;由于分子数目减少,氧气瓶内容积不变,密度必然降低,选项B正确;在温度不变的情况下,钢瓶内分子数减少,气体压强减小,但气体的总体积在变大,气体对外做了功,选项D错;气体对外做功,瓶内温度又不变,说明必然吸收了外界的热量,选项C正确.共 46 页19.在一个标准大气压下,水在沸腾时,1 g的水由液态变成同温度的水蒸气,其体积由1.043 cm3变为1676 cm3.已知水的汽化热为2263.8 J/g.求:
(1)体积膨胀时气体对外界做的功W;
(2)气体吸收的热量Q;
(3)气体增加的内能ΔU.
答案:(1)169.7 J (2)2263.8 J (3)2094.1 J共 46 页1解析:取1 g水为研究系统,把大气视作外界.1 g沸腾的水变成同温度的水蒸气需要吸收热量,同时由于体积膨胀,系统要对外做功,所以有ΔU(1)气体在等压(大气压)下膨胀做功:
W=-pΔV=-p(V2-V1)=-1.013×105×(1676-1.043)×10-6J=-169.7 J.
(2)气体吸热:Q=mL=1×2263.8 J=2263.8 J.
(3)根据热力学第一定律:ΔU=Q+W=2263.8 J+(-169.7)J=2094.1 J.