热力学第一定律

(共25张PPT)
热力学第一定律
能量守恒定律
学习目标
1.理解热力学第一定律。
2.学会运用热力学第一定律解释自然界能量的转化、转移问题。
3.理解能量守恒定律，知道能量守恒是自然界普遍遵从的基本规律。
4.知道永动机是不可能制成的。
改变内能的两种方式
做功
热传递
对内
对外
吸热
放热
内能增加
内能增加
内能减少
内能减少
（外界对物体做功）
（物体对外界做功）
（物体从外界吸热）
（物体对外界放热）
如果物体在跟外界同时发生做功和热传递的过程中，
内能的变化ΔU与热量Ｑ及做的功Ｗ之间又有什么关系呢？
3 热力学第一定律
能量守恒定律
一个热力学系统的内能增加量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和，这个关系叫做热力学第一定律.
ΔU 物体内能的增加量
W 外界对物体做的功
Q 物体吸收的热量
ΔU＝W + Q
问题情境1：一定量的气体，膨胀过程中是外界对气体做功还是气体对外界做功？如果膨胀时做的功是135J，同时向外放热85J，气体的内能变化量是多少？内能是增加了还是减少了？
请你通过这个例子总结ΔU、 Q、 W几个量取正、负值的意义。
W=-135J
Q=-85J
﹀
ΔU＝W + Q
得： U=-220J ﹤0
分析：
定律中各量的正、负号及含义
物理量 符号 意义 符号 意义
W + －
Q + －
ΔU + －
外界对系统做功
系统对外界做功
系统吸收热量
系统放出热量
内能增加
内能减少
变式训练1：一定量的气体从外界吸收了2.6×105J的热量，内能增加了4.2 ×105J。
问：①是气体对外界做了功，还是外界对气体做了功？做了多少焦耳的功？
②如果气体吸收的热量仍为2.6×105J不变，但是内能只增加了1.6×105J，这一过程做功情况怎样？
解：①根据ΔU = W + Q 得　　　　　　　　　　W = ΔU － Q = 4.2 ×105J － 2.6×105J= 1.6×105J W为正值，外界对气体做功，做了1.6×105J 的功。
解：②同理可得：W =ΔU － Q = 1.6 ×105J － 2.6×105J= － 1.0×105J W为负值，说明气体对外界做功（气体体积变大），做了1.0×105J 的功。
动画：失败的永动机
二、能量守恒定律
能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到别的物体；在转化和转移过程中其总量不变，这就是能量守恒定律.
问题情境2：水平马路上行驶的汽车，在发动机熄火后，速度越来越慢，最后停止。这一现象符合能的转化和守恒定律吗？如果符合，汽车失去的动能变成了什么？
分析：汽车发动机熄火后，汽车要克服阻力做功，当所克服阻力做的功等于其熄火时的动能时，汽车即停止运动。在这一过程中，汽车克服阻力做的功要转变成地面、轮胎的内能，所以在这个过程中能量还是守恒的，是机械能转变成内能了。
第一类永动机是不可能制成的，这是因为永动机（　　　　）
Ａ．不符合机械能守恒定律
Ｂ．违背了能的转化和守恒定律
Ｃ．做功产生的热不符合热功当量
Ｄ．找不到合适的材料和合理的设计方案
Ｂ
变式训练2
三、永动机不可能制成
永动机：不消耗任何能量，却可以源源不断地对外做功，这种机器叫永动机.人们把这种不消耗能量的永动机叫第一类永动机.（不吃草的马）
根据能量守恒定律，任何一部机器，只能使能量从一种形式转化为另一种形式，而不能无中生有地制造能量，因此第一类永动机是不可能制成的.
小结：
1、在热力学第一定律的表达式ΔU=W+Q中关于ΔU、W、Q各个物理量的正、负，下列说法中正确的是 （ ）
A.外界对物体做功时W为正，吸热时Q为负，内能增加时ΔU为正
B.物体对外界做功时W为负，吸热时Q为正，内能增加时ΔU为负
C.物体对外界做功时W为负，吸热时Q为正，内能增加时ΔU为正
D.外界对物体做功时W为负，吸热时Q为负，内能增加时ΔU为负
小试身手
C
1、图中活塞将气缸分成甲、乙两气室，气缸、活塞(连同拉杆)是绝热的，且不漏气，以U甲、U乙分别表示甲、乙两气室中气体的内能，则在将拉杆缓慢向外拉的过程（ ）
（Ａ）U甲不变，U乙减小
（Ｂ）U甲增大，U乙不变
（Ｃ）U甲增大，U乙减小
（Ｄ）U甲不变，U乙不变
C
小试身手
3、固定容器及可动活塞P都是绝热的，中间有一导热的固定隔板B，B的两边分别盛有气体甲和气体乙。现将活塞P缓慢地向B移动一段距离，已知气体的温度随其内能的增加而升高，则在移动P的过程中（ ）
A、外力对乙做功，甲的内能不变。
B、外力对乙做功，乙的内能不变。
C、乙传递热量给甲，乙的内能增加。
D、乙的内能增加，甲的内能不变。
甲
乙
B
P
C
4、一定质量的理想气体由状态Ⅰ(p1，V1，T1)被压缩至状态Ⅱ(p2，V2，T2)，已知T2＞ T1，则该过程中（ ）
A．气体的内能一定是增加的
B．气体可能向外界放热
C．气体一定从外界吸收热量
D．气体对外界做正功
AB
小结：
1、热力学第一定律：
ΔU = W + Q
2、能量守恒定律：
能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到别的物体；在转化和转移过程中其总量不变，这就是能量守恒定律.
5. 用热力学第一定律解释柴油机正常工作时压燃的原理
活塞压缩气体，活塞对气体做功，由于时间很短，散热可以不计，机械能转化为气体的内能，温度升高，达到柴油燃点，可“点燃”柴油。