粤教版 (2019)选择性必修 第三册第三章 热力学定律第一节 热力学第一定律完整版课件ppt

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了解物体的内能，知道改变物体内能的两种方式 。知道热力学第一定律的内容及其应用，了解人类认识热的本质的曲折过程。通过应用热力学第一定律对理想气体各实验过程中能量转换关系的讨论，初步掌握用能量的观点分析、解决物理问题的思路和方法，树立正确的能量观。
在空气压缩引火仪底部放置少量的硝化棉，迅速压下筒中的活塞，可以观察到硝化棉燃烧的火苗。为什么筒底的硝化棉会被点燃呢？你能解释这个现象吗？
物体内部的分子由于作热运动，所以具有分子动能。
弹弓发生弹性形变，有弹力的作用，具有弹性势能
工人在高空作业有重力的作用，具有重力势能
那么，在物体内部的分子也具有势能吗？
点电荷相互之间有电场力的作用，具有电势能
综上可得两分子间势能与分子间距的关系图像。
我们把物体的机械运动的动能和势能总和称为机械能。类似的，物体中所有分子的动能和分子势能的总和，叫做物体的内能。
那么，可以用什么方式可以使物体内能发生变化呢？
二、改变物体内能的两种方式——做功
对物体做功，可以改变物体内能。
我们可以通过实验来研究做功如何改变物体内能
如何知道物体的内能发生改变？
一定质量的气体，分子数目不变。气体分子间距离很大，分子间作用力忽略不计，气体分子势能为零。所以气体内能仅与温度有关。
实验中，推动活塞即对气体做功，测量气体的温度的变化，就可以研究做功与气体内能的变化的关系。
实验：研究活塞对气体做功与气体内能变化的关系
迅速压缩气体的目的是：使过程中筒内气体与外界几乎没有热传递发生（绝热过程）。
实验过程：首先推动活塞，迅速压缩气体，对气体做功。然后释放活塞，气体推动活塞做功。用电子温度计测量气体的温度的变化，研究做功与气体内能的变化的关系。
活塞迅速压缩气体过程实验现象与分析：
迅速压缩气体，对气体做功，筒内气体与外界几乎没有热传递发生，所以做功可以使物体内能增大。
实验中筒内气体温度上升，气体分子动能增大，气体分子势能为零，所以筒内气体内能增大。
1、气体内能的变化情况分析
2、气体内能增加，说明什么？
气体迅速膨胀过程实验现象与分析：
实验中筒内气体温度下降，气体分子动能减少，气体分子势能为零，所以筒内气体内能减少。
气体膨胀向外做功，气体内能减少，所以做功可以使物体内能减少。
2、气体内能减少，说明什么？
结论：在绝热过程中，外界对物体做功，物体内能增大。物体对外界做功，内能减少。
二、改变物体内能的两种方式——热传递
生活中，如把金属勺子放在热汤中，勺子温度升高，内能增大；食物放入冰箱，温度下降，内能减少；在太阳光的照射下，太阳能热水器中的水温度升高，内能增大。这些例子，都是通过热传递来改变物体内能。
热传递可以改变物体内能，热传递过程中物体内能变化的量称为热量。 习惯上我们所说的“物体吸热（或放热）多少”，实际上是指热传递使物体的内能增加（或减少）多少。 比如说，柴火烧水，水吸热后内能增加沸腾。烧开后熄灭柴火，开水对外放热，内能减少，温度下降，一段时间后会与外界温度一致。
思考与讨论：做功和热传递都可以改变物体的内能，两者是等效的吗？做功和热传递又有什么区别呢？
在实际中，我们可以用加热（热传递）的方法使一根铁棒升温，同时也可以用摩擦生热（做功）的方法使铁棒上升相同的温度。所以，对于改变物体内能来说，两者是等价的。
但是从能量转化和转移的角度，两者有所区别。做功是内能与其他形式的能之间的转化，而热传递则是不同物体或部分之间内能的转移。
综上所述，物体内能的改变，可以通过做功和热传递两种方式实现。
二、改变物体内能的两种方式
实验2.缓慢压缩筒内气体
压缩气体做功，可使其内能增大；而由于压缩过程比较缓慢，气体同时与外界进行热传递，把内能又转移到周围的环境中，于是缓慢压缩的过程中，筒内气体的内能几乎没有变化。
2.同是压缩气体做功，为什么缓慢压缩气体的时候，气体的内能几乎不变？
实验3.缓慢压缩筒内气体
1.气体内能的变化情况分析
实验中筒内气体温度几乎不变，气体分子动能不变，分子势能为零，所以筒内气体内能几乎不变。
那么，通过做功和热传递，物体内能会变化，它们之间存在着什么样的定量关系呢？
三、热力学第一定律及其应用
若一个物体不与外界发生热传递，它的内能变化等于什么？
若一个物体，外界对其没有做功，它的内能变化等于什么？
综上，若一个物体既与外界发生热传递，同时外界又对其做功，它的内能变化等于什么？
热力学第一定律：一个物体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。
问题1：外界对物体做功，外界对物体传递热量（吸热），物体内能如何变化？
问题2：物体对外界做功，物体对外界传递热量（放热），物体内能如何变化？
解：(1)压缩过程活塞对气体做的功W1= F1l1= 2x103x0.1 J= 200 J气体内能的变化量ΔU1=W1+Q1=200J-25J=175J(2)气体膨胀过程中气体对外界所做的功W2=F2l2=-9x103 x0.1J=-900J气体内能的变化量ΔU2= W2+ Q2=- 900J- 30J=- 930J 汽缸内气体在压缩过程中内能增加了175 J,在膨胀做功过程中气体内能减少了930 J。
总结：应用热力学第一定律的解题步骤
(1)根据符号法则写出各已知量(W、Q、ΔU)的正、负．
(3)再根据未知量结果的正、负来确定吸热、放热情况或做功情况．
(2)根据方程ΔU＝W＋Q 求出未知量．
1.下列说法正确的是（　　）A.物体放出热量，其内能一定减少B.物体对外做功，其内能一定减少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】　A、B错：做功和热传递都可以改变物体的内能，仅仅根据单一做功或热传递均无法确定内能的变化情况。C对：吸收的热量和对外做功的多少的量值不确定，则内能可能减少也可能增加。D错：既放出热量又对外做功，内能肯定减少。
2.下述各种现象中，不属于做功改变内能的是（　　）A.锯条锯木头，锯条发烫B.擦划火柴，火柴头着火C.冬天对着手呵气，手变暖D.电流通过导体，导体会发热
提示：锯木头、划火柴都是克服摩擦力做功，导体通电会发热是电流做功。
3.在给自行车轮胎打气时，会发现轮胎内气体温度升高，这是因为（　　）A.胎内气体压强不断增大，而容积不变B.轮胎从外界吸热C.外界气体温度本来就高于轮胎内气体温度D.打气时，外界不断对打气筒内的气体做功，使打气筒内的气体温度升高，然后进入轮胎内，导致轮胎内气体温度升高
4.［多选］以下过程可能发生的是（　　）A.对物体做功，物体的内能增加B.对物体做功，同时物体吸热，物体的内能不变C.物体对外做功，同时放热，物体的内能不变D.物体对外做功，同时吸热，物体的内能不变
【解析】　根据热力学第一定律ΔU=Q+W判断A对：对物体做功，物体的内能会增加。B错：对物体做功，同时物体吸热，物体的内能增加。C错：物体对外做功，同时放热，物体的内能减少。D对：物体对外做功，同时吸热，且做功与吸热的数值相等，物体的内能不变。
5.一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（　　）A.气体从外界吸收热量2.0×105 J　B.气体向外界放出热量2.0×105 JC.气体从外界吸收热量6.0×104 J　D.气体向外界放出热量6.0×104 J
解析：根据热力学第一定律可知，Q="U-W=（-1.3×105 J）-7.0×104 J=-2.0×105 J，即气体向外界放出热量2.0×105 J。
6. 如图所示，绝热容器中间用隔板隔开，左侧装有气体，右侧为真空。现将隔板抽掉，让左侧气体自由膨胀到右侧直至平衡，在此过程中（　　）A.气体对外界做功，温度降低，内能减少B.气体对外界做功，温度不变，内能不变C.气体不做功，温度不变，内能不变D.气体不做功，温度不变，内能减少
7.如图所示，一定质量的理想气体经历A→B、B→C、C→A三个变化过程，则：（1）符合查理定律的变化过程是　　　　；C→A过程中气体　　　　（选填“吸收”或“放出”）热量，　　　　（选填“外界对气体”或“气体对外界”）做功，气体的内能　　　　（选填“增加”“减少”或“不变”）。（2）已知理想气体在状态A时的温度是27 ℃，求气体在状态C时的温度是　　　　。
8.如图是用导热性能良好的材料制成的气体实验装置，开始时封闭的空气柱长度为20 cm，用竖直向下的力F压活塞，使空气柱长度变为原来的一半，人对活塞做功10 J，大气压强为p0=1×105 Pa，不计活塞的重力，求：（1）若用足够长的时间缓慢压缩，压缩后气体的压强；（2）若以适当的速度压缩气体，此过程气体向外散失的热量为2 J，则气体的内能增加多少？（活塞的横截面积S=1 cm2）
解：（1）设压缩后气体的压强为p，缓慢压缩，气体温度不变，由玻意耳定律：p0V0=pV解得p=2×105 Pa。（2）大气压力对活塞做功W1=p0SΔh=1 J，人对活塞做功W2=10 J，由热力学第一定律：ΔU=W1+W2+Q将数据代入，解得ΔU=9 J。