高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册热力学第一定律优秀教学课件ppt

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高中物理选择性必修第三册
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？
一方面表明，以不同的方式对系统做功时，只要系统始末两个状态是确定的，做功的数量就是确定的；
单纯地对系统做功：ΔU=W
另一方面也向我们表明，为了改变系统的状态，做功和传热这两种方法是等价的。也就是说，一定数量的功与确定数量的热相对应。
单纯地对系统传热：△U＝Q
当外界既对系统做功又对系统传热时，内能的变化量就应该是：
内容：一个热力学系统的内能变化量（增量）等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和.
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。
定律中各量的正、负号及含义 ΔU = W + Q
一般情况下外界对系统做功与否，需要看物体的体积是否变化。1.若系统体积增大，表明系统对外界做功，W ＜ 0；2.若系统体积减小，表明外界对系统做功，Ｗ ＞ 0．
P -V 图下方(与坐标轴所围的面积)的“面积” 表示做功多少。
1.绝热过程：Q＝0，则ΔU＝W，不发生热传递，系统内能的变化只与做功有关（分绝热膨胀和绝热压缩）；2.等温过程： ΔU＝0，则W＝－Q，气体内能不变，外界对气体做的功与气体吸收的热量等值异号（分等温膨胀和等温压缩）；3.等容过程：W＝0，则ΔU＝Q，气体不做功，系统内能的变化只与热传递有关（分升温升压和降温降压）；4.等压过程：等压膨胀，温度升高，内能增加，对外做功，气体吸热；等压压缩，温度降低，内能减少，对内做功，气体放热。
【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2×103N的恒力使活塞移动相同距离所做的功（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25J。
⑴求上述压缩过程中气体内能的变化量。
【解析】（1）压缩过程活塞（外界）对气体（系统）做功，W是正值：
W1= F1l1= 2×10²×0.1 J = 200 J
系统向外放热：Q=-25J
气体内能的变化量：ΔU1= W1＋Q1= 200 J -25 J = 175 J
⑵燃烧后的高压气体对活塞做功，气体推动活塞移动0.1m，其做的功相当于9×103N的恒力使活塞移动相同距离所做的功（图乙），该做功过程气体传递给汽缸的热量为30J，求此做功过程气体内能的变化量。
（2）气体膨胀过程中气体（系统）对外界所做功，W是负值：
W2= F2L2=-9×10²×0.1 J =-900 J
系统向外放热：Q=-30J
气体内能的变化量：ΔU2= W2＋Q2=-900 J - 30J =-930 J
若系统体积增大，表明系统对外界做功，W ＜ 0；
若系统体积减小，表明外界对系统做功，Ｗ ＞ 0．
如图所示，一定质量的理想气体，经历a→b→c→a的循环过程，ab与纵轴平行，ac与横轴平行，cb的延长线过原点。下列说法正确的是（　　）A．a→b过程，外界对气体做正功B．b→c过程，单位体积内的气体分子数增多C．c→a过程，气体分子的平均动能减小D．整个过程中，气体吸收的热量大于释放的热量
（多选）如图是“筒式二冲程柴油锤”的工作简图。压缩冲程：气缸锤座压在水泥桩顶上，柱塞从一定高度释放落入气缸内，压缩气缸内的空气，并点燃气缸内的柴油。做功冲程：柴油被点燃，通过高压气体将水泥桩压入泥土，同时柱塞被反推到气缸外。柱塞和气缸密封良好，则（　　）A．在压缩冲程，气缸内气体发生等温变化B．在压缩冲程，柱塞对气缸内气体做正功C．在做功冲程，气缸内气体压强保持不变D．在做功冲程，气缸内气体对柱塞做正功
【解析】AB．压缩冲程中，柱塞对气缸内气体做正功，柱塞机械能转化为气体内能，气缸内气体内能增大，气缸内气体温度升高，故A错误、B正确；CD．做功冲程中，气缸内气体对柱塞做正功，将内能转化为机械能，气缸内气体内能减少，气缸内气体温度降低；由于气缸内气体质量不变，气体体积增大，由理想气体状态方程可知气体压强变小，故C错误、D正确。故选BD。