第三章 2 热力学第一定律（课件）—2020-2021学年【新教材】人教版（2019）高中物理选择性必修第三册18张PPT

第三章 热力学定律
2　热力学第一定律
选修第三册 人教版
学习目标
1.
理解热力学第一定律，并会运用于分析和计算。
2.
运用热力学第一定律解释自然界能量的转化、转移问题。
知识梳理
一、热力学第一定律
1．改变内能的两种方式：做功与传热．两者对改变系统的内能是等价的．
2．热力学第一定律：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．
3．热力学第一定律的表达式：ΔU＝Q＋W.
4．对公式ΔU＝Q＋W符号的规定
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA}符号
W
Q
ΔU
＋
体积减小，外界对热力学系统做功
热力学系统吸收热量
内能增加
－
体积增大，热力学系统对外界做功
热力学系统放出热量
内能减少
5．热力学第一定律的应用：
(1)W的正负：外界对系统做功时，W取正值；系统对外界做功时，W取负值．(均选填“正”或“负”)
(2)Q的正负：外界对系统传递的热量Q取正值；系统向外界传递的热量Q取负值．(均选填“正”或“负”)
6.气体状态变化的几种特殊情况
(1)绝热过程：Q＝0，则ΔU＝W，系统内能的增加(或减少)量等于外界对系统(或物体对外界)做的功．
(2)等容过程：W＝0，则ΔU＝Q，物体内能的增加量(或减少量)等于系统从外界吸收(或系统向外界放出)的热量．
(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)，外界对系统做的功等于系统放出的热量(或系统吸收的热量等于系统对外界做的功)．
7．判断气体是否做功的方法
一般情况下看气体的体积是否变化．
①若气体体积增大，表明气体对外界做功，W<0.
②若气体体积减小，表明外界对气体做功，W>0.
8．应用热力学第一定律解题的一般步骤
(1)根据符号法则写出各已知量(W、Q、ΔU)的正负；
(2)根据方程ΔU＝W＋Q求出未知量；
(3)再根据未知量结果的正负来确定吸放热情况、做功情况或内能变化情况．
二、气体实验定律和热力学第一定律的综合应用
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
例题
1.（2020高二下·江北期末）根据热力学第一定律，下列说法正确的是（?? ）
A.?电冰箱的工作过程表明，热量可以从低温物体向高温物体传递
B.?空调机在制冷过程中，从室内吸收的热量少于向室外放出的热量
C.?科技的进步可以使内燃机成为单一热源的热机
D.?对能源的过度消耗将使自然界的能量不断减少，形成能源危机
参考答案
【答案】 A,B
【考点】热力学第一定律（能量守恒定律）
【解析】【解答】A．冰箱制冷的过程实质上是利用氟利昂在冰箱内汽化吸收大量的热量，然后在冰箱外液化放出大量的热量，使冰箱内温度降低，此过程表明，热量可以从低温物体向高温物体传递，A符合题意；
B．空调机在制冷过程中，把室内的热量向室外释放，消耗电能，产生热量，故从室内吸收的热量小于向室外放出的热量，B符合题意；
C．热力学第二定律：不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其他影响；不可能从单一热源取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响，科技的进步不可能使内燃机成为单一的热源热机，C不符合题意；
D．自然界的总能量是守恒的，只是有的能源转化成其他形式的能之后，不能再重新被利用，导致可利用能源越来越少，故而形成能源危机，D不符合题意。
故答案为：AB。
例题
2.如图，一上端开口、下端封闭的细长玻璃管竖直放置。玻璃管的下部封有长ll=25.0cm的空气柱，中间有一段长为l2=25.0cm的水银柱，上部空气柱的长度l3=40.0cm。已知大气压强为P0=75.0cmHg。现将一活塞（图中未画出）从玻璃管开口处缓缓往下推，使管下部空气柱长度变为l'1=20.0cm。假设活塞下推过程中没有漏气，求活塞下推的距离。
【答案】解：以vmHg为压强单位，在活塞下推前，玻璃管下部空气柱的压强为：P1=P0+l2 ①
设活塞下推后，下部空气的压强为P1′，由玻意耳定律得：P1l1=P1′l1′②
如图，设活塞下推距离为△l ， 则此时玻璃管上部的空气柱的长度为：l3′=l3+l1-l1′③
设此时玻璃管上部空气柱的压强为P3′，则P3′=p1′-l2 ④
由波义耳定律，得：P0l3=P2′l3′⑤
由①②③④⑤式代入数据解得：△l=15.0cm
参考答案
例题
3.封闭在汽缸里的气体，推动活塞对外做功3×104J ， 从外界吸收热量5×104J ， 它的内能变化是多少？内能是增加了还是减少了？
【答案】解：由热力学第一定律得：△U=W+Q ，
得△U=﹣W+Q=﹣3×145J+5×104J=2×104J ，
气体的内能增加，大小为2×104J；
答：气体的内能增加，大小为2×104J
参考答案
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