2019-2020学年高中物理 第5章 热力学定律 第1节 热力学第一定律课件 鲁科版选修3-3

第1节热力学第一定律第5章热力学定律1.了解热力学第一定律．(重点)2.会用ΔU＝W＋Q解决一些简单问题．(重点＋难点)3．知道第一类永动机不可能制成．第5章热力学定律一、热力学第一定律及其应用1．改变物体内能的两种方式：________和_________．2．物体内能的改变(1)如果物体与外界无热传递，若外界对物体做功，则物体的内能________；若物体对外做功，物体的内能________．(2)如果物体既不对外做功，外界也不对物体做功，则物体吸收热量时，它的内能________；物体放出热量时，它的内能________．做功热传递增加减少增加减少3．热力学第一定律(1)内容：物体内能的增加量ΔU_____外界对物体所________与物体从外界_____________之和．(2)表达式：ΔU＝________．(3)符号规则：物体从外界吸热时Q为________，即Q____0，物体向外界放热时Q为____值，即Q____0；外界对物体做功时W为____值，即W____0，物体对外界做功时W为____值，即W____0；物体的内能增加时ΔU为____值，即ΔU____0，物体的内能减少时ΔU为____值，即ΔU____0.等于做的功W吸收的热量QW＋Q正值负正负负正(4)意义：一个物体内能增加，必定有其他物体对它________，或向它__________．与此同时，对此物体做功或向它传热的其他物体要____________的能量，而系统的总能量保持不变．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________．做功传递热量减少等量守恒(1)外界对系统做功，系统的内能一定增加．()(2)系统内能增加，一定是系统从外界吸收热量．()(3)系统从外界吸收热量5J，内能可能增加5J．()(4)系统内能减少，一定是系统对外界做功．()提示：(1)×(2)×(3)√(4)×二、第一类永动机1．概念：不消耗任何能量而能永远____________的机器．2．结果：17～18世纪，人们提出了许多永动机设计方案，但都以______而告终．3．原因：设想能量能够无中生有地创造出来，违背了________________．4．启示：人类利用和改造自然时，必须遵循自然规律．对外做功失败学第一定律热力有一种所谓“全自动”机械手表，既不需要上发条，也不用任何电源，却能不停地走下去．这是不是一种永动机？如果不是，维持表针走动的能量是从哪儿来的？提示：这不是永动机．是通过手臂的摆动获得能量．改变物体内能的两种方式的比较1．绝热过程：物体只由于外界对它做功而与外界交换能量，它不从外界吸热，也不向外界放热，这样的过程叫做绝热过程．2．功和内能变化的关系：当物体从某一状态经过绝热过程达到另一状态时，内能的增加量ΔU就等于外界对物体所做的功W，用公式表示为：ΔU＝U2－U1＝W.在绝热过程中，外界对物体做功，物体的内能增加，外界对物体做多少功，物体的内能就增加多少；物体对外界做功，物体的内能减少，物体对外界做多少功，物体的内能就减少多少．物体在绝热过程中，外界对物体所做的功仅由过程的始、末两个状态决定，不依赖于做功的具体过程和方式，这一点与在力学中重力做的功仅由物体的起点和终点两个位置决定，而与物体的运动路径无关相类似．3．热传递和内能变化的关系热传递是相互接触的两个物体(或同一物体的不同部分之间)，由于温度不同，会自发地将热量从高温物体传到低温物体的过程(或从同一物体的高温部分传到低温部分)，热传递的条件是两物体或同一物体的不同部分之间存在温度差．热传递也可以改变物体的内能．物体吸收了热量，分子热运动变得剧烈，分子平均动能就增加，物体的内能增大，反之物体的内能就减少．在只有热传递的情况下，系统由状态1到达状态2，内能增量为ΔU＝U2－U1，吸收的热量即ΔU＝Q，也就是说：物体吸收热量，内能增加，物体放出放量，内能减少，并且内能的变化量等于物体吸收或放出的热量．(1)内能是状态量，一个物体在不同的状态下可以有不同的内能．(2)热量是过程量，它表示由于热传递而引起的变化过程中传递的能量．下列说法正确的是()A．物体放出热量，其内能一定减小B．物体对外做功，其内能一定减小C．物体吸收热量，同时对外做功，其内能可能增加D．物体放出热量，同时对外做功，其内能可能不变[解析]根据热力学第一定律(公式ΔU＝Q＋W)可知，做功和热传递都可以改变物体的内能，当外界对物体做的功大于物体放出的热量或物体吸收的热量大于物体对外做的功时，物体的内能增加，选项A、B错误，选项C正确；物体放出热量同时对外做功，则Q＋W0，内能减小，选项D错误．[答案]C在墙壁与外界无热传递的封闭房间里，夏天为了降低温度，同时打开电冰箱和电风扇，两电器工作较长时间后，房内的气温将会怎样变化？并说明原因．解析：电冰箱是把里面的热量转移到外面，达到降温的效果；电风扇是通过风扇转动，带动空气流动，使身体汗液蒸发起到对人体降温的作用．但从总体上，电冰箱、电风扇消耗的电能最后都转化为内能，因而房内温度升高．答案：见解析对热力学第一定律的理解1．热力学第一定律的研究对象：研究功、热量跟内能的变化之间的定量关系．2．热力学第一定律的表达式我们知道，做功和热传递都可以改变物体的内能．在一般情况下，如果物体跟外界同时发生做功和热传递的过程，那么，外界对物体所做的功W加上物体从外界吸收的热量Q等于物体内能的增量ΔU，即ΔU＝Q＋W.上式所表示的功、热量跟内能改变之间的关系，叫做热力学第一定律．3．对于理想气体，常把热力学第一定律与理想气体状态方程结合起来分析其状态变化规律，常见的分析思路如下：(1)利用体积的变化分析做功问题．气体体积增大，对外做功；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．应用热力学第一定律解题，一定要弄清热学过程中物理量W、Q、ΔU的正、负号，防止公式ΔU＝W＋Q中因符号不清楚而出错．命题视角1用热力学第一定律定性分析密闭有空气的薄塑料瓶因降温而变扁，此过程中瓶内空气(不计分子势能)()A．内能减小，外界对其做功B．内能减小，吸收热量C．内能增大，对外界做功D．内能增大，放出热量[解析]密闭有空气的薄塑料瓶降温说明气体的内能减小，薄塑料瓶变扁说明外界对气体做功；由热力学第一定律可知，气体在变化过程中放出热量，所以选项A正确．[答案]A命题视角2用热力学第一定律进行定量计算一定质量的气体，在从一个状态变化到另一个状态的过程中，吸收热量280J，并对外做功120J，试问：(1)这些气体的内能发生了怎样的变化？(2)如果这些气体又返回原来的状态，并放出了240J热量，那么在返回的过程中是气体对外界做功，还是外界对气体做功？做功多少？[思路点拨]根据热力学第一定律进行计算．[解析](1)由热力学第一定律可得ΔU＝W＋Q＝－120J＋280J＝160J，即气体内能增加了160J.(2)由于气体的内能仅与状态有关，所以气体从②状态回到①状态过程中内能的变化应等于从①状态到②状态过程中内能的变化，则从②状态到①状态的内能应减少160J，即ΔU′＝－160J，又Q′＝－240J根据热力学第一定律得：ΔU′＝W′＋Q′所以W′＝ΔU′－Q′＝－160J－(－240J)＝80J即外界对气体做功80J.[答案](1)内能增加了160J(2)外界对气体做功80J命题视角3热力学第一定律与理想气体状态方程的综合应用(多选)对于一定质量的理想气体，下列说法正确的是()A．加热压缩，温度一定升高，压强一定增大B．加热膨胀，温度一定升高，压强一定减小C．若温度降低，压强增大，则一定吸收热量D．若膨胀过程中压强增大，则一定吸收热量[解析]对A项：加热Q0压缩W0―――→ΔU＝Q＋WΔU↑又ΔU↑→T↑压缩→V↓――→pV/T＝Cp↑，故A正确．对B项：加热Q0膨胀W0――――→ΔU＝Q＋WΔU无法确定，T无法确定，由pVT＝C知，p变化无法确定，故B错误．对C项：T↓p↑―――→pV/T＝CV↓，T↓→ΔU0V↓→W0―――→ΔU＝Q＋WQ0，放热，故C错误．对D项：膨胀V↑p↑―――→pV/T＝CT↑，又V↑→W0T↑→ΔU0――――→ΔU＝Q＋WQ0，吸热，故D正确．[答案]AD【通关练习】1．一定量的理想气体在某一过程中，从外界吸收热量2.5×104J，气体对外界做功1.0×104J，则该理想气体的()A．温度降低，密度增大B．温度降低，密度减小C．温度升高，密度增大D．温度升高，密度减小解析：选D.由热力学第一定律ΔU＝W＋Q得：ΔU＝－1.0×104J＋2.5×104J＝1.5×104J，因此气体的内能增大，故温度升高，又因气体对外做功，体积增大，故密度减小．2．如图，一定质量的理想气体，由状态a经过ab过程到达状态b或者经过ac过程到达状态c.设气体在状态b和状态c的温度分别为Tb和Tc，在过程ab和ac中吸收的热量分别为Qab和Qac，则()A．TbTc，QabQacB．TbTc，QabQacC．Tb＝Tc，QabQacD．Tb＝Tc，QabQac解析：选C.由理想气体状态方程可知paVaTa＝pcVcTc＝pbVbTb，即2p0·V0Tc＝p0·2V0Tb，得Tc＝Tb，则气体在b、c状态内能相等，因a到b和a到c的ΔU相同；而a到c过程中气体体积不变，W＝0，a到b过程中气体膨胀对外做功，W＜0，根据热力学第一定律：ΔU＝Q＋W可知a到b的吸热Qab大于a到c的吸热Qac，即Qab＞Qac.选项C正确．本部分内容讲解结束按ESC键退出全屏播放