【物理】热力学第一定律同步课件 2023-2024学年高二人教版2019选择性必修第三册

2热力学第一定律第三章热力学定律体目录目录C ONT E NT S热力学第一定律01热力学第一定律的应用02思考与讨论：汽缸内有一定质量的气体，压缩气体的同时给汽缸加热。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？改变内能的两种方式做功热传递对内对外（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）吸热放热内能减少内能增加内能减少内能增加复习与回顾：绝热：U=W仅传热：U=Q如果做功和传热都发生那么内能如何变化热力学第一定律01一、热力学第一定律1.内容：一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和。3.意义：热力学第一定律反映了功、热量跟系统内能改变之间的定量关系。U=Q+W2.公式：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功是135J，同时向外放热85J，气体内能变化量是多少？内能是增加了还是减少了？请你通过这个例子总结功和热量取正、负值的物理意义。热力学第一定律的应用02二、热力学第一定律的应用1.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+-U+-外界对物体做功物体吸收热量内能增加物体对外界做功物体放出热量内能减少U=Q+W二、热力学第一定律的应用2.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，W0。二、热力学第一定律的应用3.几种特殊情况：(1)若过程是绝热的，则Q0，WU，外界对物体做的功等于物体内能的增加。(2)若过程中不做功，即W0，则QU，物体吸收的热量等于物体内能的增加。(3)若过程的始末状态物体的内能不变，即U0，则WQ0或WQ，外界对物体做的功等于物体放出的热量。二、热力学第一定律的应用4.对理想气体应用热力学第一定律：（1）对于理想气体来说，因不考虑分子势能，故其内能为所有分子动能的总和（即等于分子数与分子热运动的平均动能的乘积）。内能仅由分子数与温度决定，因此对于一定质量的理想气体来说，内能是否变化取决于其温度是否变化。升温，为正;降温，为负;温度不变，。（2）理想气体是否做功，取决于其体积的变化。若体积变大，则气体对外界做功；体积变小，则外界对气体做功；体积不变，则做功为零。二、热力学第一定律的应用4.对理想气体应用热力学第一定律：（3）热量取决于容器是绝热的还是导热的，并不是温度升高吸热，温度降低放热。（4）外界对理想气体做功或理想气体对外界做功时，若恒压膨胀，即压强不变时，功的计算公式为W=PV（P为理想气体的压强、V为理想气体体积的变化量）。【例题】如图，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2103 N的恒力使活塞移动相同距离所做的功(如图甲)。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9103 N的恒力使活塞移动相同距离所做的功(如图乙)，该做功过程气体传递给汽缸的热量为30 J，求此做功过程气体内能的变化量。分析：根据热力学第一定律，在第(1)问中，活塞压缩气体的过程是外界对系统做功，活塞对气体所做的功W1为正值；在第(2)问中，气体膨胀推动活塞的过程是系统对外界做功，气体对外界所做的功W2为负值。在两种情况下，气体都把热量传递给了汽缸，都属于放热，因此Q1、Q2均为负值。解：(1)压缩过程活塞对气体做的功：W1F1l121030.1 J200 J气体内能的变化量：U1W1Q1200 J25 J175 J。(2)气体膨胀过程中外界对气体所做的功：W2F2l291030.1 J900 J气体内能的变化量：U2W2Q2900 J30 J930 J方法总结：应用热力学第一定律解题的一般步骤(1)首先应明确研究对象是哪个物体或者是哪个热力学系统。(2)分别列出物体或系统吸收或放出的热量；外界对物体或系统所做的功或物体或系统对外所做的功。(3)根据热力学第一定律UQW列出方程进行求解。(4)特别应注意的就是物理量的正负号及其物理意义。课堂练习031一定质量的理想气体在某一过程中，外界对气体做功7.0104 J，气体内能减少1.3105 J，则此过程（）A气体从外界吸收热量2.0105 JB气体向外界放出热量2.0105 JC气体从外界吸收热量6.0104 JD气体向外界放出热量6.0104 JB2将装有一定质量氧气的薄铝筒开口向下浸入20的水中，如图所示，缓慢推动铝筒，使其下降2m，铝筒内氧气无泄漏，不计气体分子间相互作用，则铝筒在缓慢下降过程中，氧气（）A从外界吸热B对外界做正功C向外界放热D内能减小C【答案】C【详解】由于不计气体分子间相互作用，所以气体是理想气体，则氧气的内能只与温度有关，而外界温度不变，所以氧气的温度不变，所以氧气的内能不变；铝筒下降时，筒内液面处水的压强增大，则铝筒内氧气压强增大，由玻意耳定律可知pV=C则氧气体积减小，外界对氧气做正功，W为正，由U=Q+W可知Q为负，即氧气向外界放热。C正确，ABD错误。故选C。3如图所示，一定质量的理想气体从状态a经绝热过程到达状态b，再经等容过程到达状态c，最后经等温过程返回到状态a。已知在b到c的过程中，气体吸收热量为10J。下列说法正确的是（）Aa到c过程，气体对外界做功10JBa到c过程，外界对气体做功10JC a到b过程，气体对外界做功10J Da到b过程，外界对气体做功10JC【答案】C【详解】CDa到b过程中，气体只对外做功，不吸收热量；b到c的过程中，气体只吸收热量不做功，而a、c状态温度相同，即气体的内能相同，根据热力学第一定律，吸收的热量等于气体对外做的功，故a到b过程，气体对外界做功10J，C正确，D错误；AB在pV图像中，图像与坐标轴围成的面积等于该过程气体做的功，由于a到b过程，气体对外界做功10J，因此a到c过程，气体对外界做功超过10J，AB错误。故选C。4一定质量的理想气体从状态a开始，经历等温或等压过程ab、bc、cd、da回到原状态，其P-T图像如图所示，其中对角线ac的延长线过原点O。下列判断错误的是（）。A气体在a、c两状态的体积相等B气体在状态a时的内能大于它在状态c时的内能C在过程cd中气体向外界放出的热量大于外界对气体做的功D在过程bc中外界对气体做的功等于在过程da中气体对外界做的功C