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(共18張PPT)
熱力學第一定律
課前思考
汽缸內有一定質量的氣體，壓縮氣體的同時給氣缸加熱。那么，氣體內能的變化會比單一方式（做功或傳熱）更明顯。這是為什么呢？
課前回顧 焦耳實驗
焦耳（James Prescott Joule，1818-1889）
課前回顧 焦耳實驗
焦耳（James Prescott Joule，1818-1889）
課前回顧 焦耳實驗
焦耳（James Prescott Joule，1818-1889）
一方面表明，以不同的方式對系統做功時，只要系統始末兩個狀態是確定的，做功的數量就是確定的；
另一方面也向我們表明，為了改變系統的狀態，做功和傳熱這兩種方法是等價的。也就是說，一定數量的功與確定數量的熱相對應。
科學推理
單純地對系統做功做功（絕熱過程）：
ΔU=W
單純地對系統傳熱：
ΔU＝Q
當外界既對系統做功又對系統傳熱時，內能的變化量就應該是：
ΔU＝Q+ W
歸納總結 熱力學第一定律
ΔU＝Q+ W
一個熱力學系統的內能變化量等于外界向它傳遞的熱量與外界對它所做的功的和.
物理量 物理意義
外界對系統所做的功
ΔU
Q
W
內能的變化量
外界向系統傳遞的熱量
思考與討論
一定質量的氣體，膨脹過程中是外界對氣體做功還是氣體對外界做功 如果膨脹時氣體對外做的功是135 J，同時向外放熱 85 J，氣體內能的變化量是多少 內能是增加了還是減少了
請你通過這個例子討論總結功和熱量取正、負值的物理意義。
思考與討論
一定質量的氣體，膨脹過程中是外界對氣體做功還是氣體對外界做功 如果膨脹時氣體對外做的功是135 J，同時向外放熱 85 J，氣體內能的變化量是多少 內能是增加了還是減少了
請你通過這個例子討論總結功和熱量取正、負值的物理意義。
氣體膨脹
氣體對外界做功
氣體內能減少
氣體壓縮
外界對氣體做功
氣體內能增加
思考與討論
一定質量的氣體，膨脹過程中是外界對氣體做功還是氣體對外界做功 如果膨脹時氣體對外做的功是135 J，同時向外放熱 85 J，氣體內能的變化量是多少 內能是增加了還是減少了
請你通過這個例子討論總結功和熱量取正、負值的物理意義。
物理量 取正號（＋）的意義 取負號（－）的意義
功W
熱量Q
內能變化量ΔU
外界對系統做功
系統對外界做功
系統吸熱
系統放熱
內能增加
內能減少
思考與討論
一定質量的氣體，膨脹過程中是外界對氣體做功還是氣體對外界做功 如果膨脹時氣體對外做的功是135 J，同時向外放熱 85 J，氣體內能的變化量是多少 內能是增加了還是減少了
請你通過這個例子討論總結功和熱量取正、負值的物理意義。
物理量 取正號（＋）的意義 取負號（－）的意義
功W 外界對系統做功 系統對外界做功
熱量Q 系統吸熱 系統放熱
內能變化量ΔU 內能增加 內能減少
ΔU＝Q + W
ΔU＝－135J + －85J
ΔU＝－220J
氣體內能減少了220J
練習
1.如圖所示，密封的礦泉水瓶中，距瓶口越近水的溫度越高。一開口向下、導熱良好的小瓶置于礦泉水瓶中，小瓶中封閉一段空氣。擠壓礦泉水瓶，小瓶下沉到底部；松開后，小瓶緩慢上浮，請分析上浮過程中：
（1）小瓶內氣體內能如何變化？
越接近礦泉水瓶口，水的溫度越高，因此小瓶上浮的過程中，小瓶內溫度升高，內能增加。
練習
1.如圖所示，密封的礦泉水瓶中，距瓶口越近水的溫度越高。一開口向下、導熱良好的小瓶置于礦泉水瓶中，小瓶中封閉一段空氣。擠壓礦泉水瓶，小瓶下沉到底部；松開后，小瓶緩慢上浮，請分析上浮過程中：
（2）是小瓶內氣體對外界做功？還是外界對小瓶內氣體做功？
小瓶上升過程中，瓶內氣體的溫度逐漸升高，壓強逐漸減小，根據理想氣體狀態方程
可知氣體體積膨脹，瓶內氣體對外界做正功。
練習
1.如圖所示，密封的礦泉水瓶中，距瓶口越近水的溫度越高。一開口向下、導熱良好的小瓶置于礦泉水瓶中，小瓶中封閉一段空氣。擠壓礦泉水瓶，小瓶下沉到底部；松開后，小瓶緩慢上浮，請分析上浮過程中：
（3）小瓶內氣體從外界吸熱還是向外界放熱？
上升時，小瓶內氣體內能增加，氣體對外做功，根據熱力學第一定律：
ΔU＝Q+ W
因此小瓶內氣體從外界吸熱。
總結
溫度變化決定內能變化
體積變化決定做功情況
研究對象—一定質量的氣體
ΔU＝Q+ W判斷吸放熱情況
練習
2.如圖所示，一臺四沖程內燃機，活塞在壓縮沖程某段時間內移動的距離為0.1 m，這段過程活塞對氣體的壓力逐漸增大，其做的功相當于2×103 N的恒力使活塞移動相同距離所做的功(圖甲)。內燃機工作時汽缸溫度高于環境溫度，該過程中壓縮氣體傳遞給汽缸的熱量為 25 J。
(1)求上述壓縮過程中氣體內能的變化量。
解析：壓縮過程中，活塞（外界）對氣體（系統）做功，W是正值：
W1= F1l1= 2×103×0.1 J = 200 J
系統向外放熱：Q1=-25J
氣體內能的變化量：ΔU1=W1＋Q1=200 J -25 J=175J
練習
2.如圖所示，一臺四沖程內燃機，活塞在壓縮沖程某段時間內移動的距離為0.1 m，這段過程活塞對氣體的壓力逐漸增大，其做的功相當于2×103 N的恒力使活塞移動相同距離所做的功(圖甲)。內燃機工作時汽缸溫度高于環境溫度，該過程中壓縮氣體傳遞給汽缸的熱量為 25 J。
(1)求上述壓縮過程中氣體內能的變化量。
(2)燃燒后的高壓氣體對活塞做功，氣體推動活塞移動 0.1 m，其做的功相當于9×103 N的恒力使活塞移動相同距離所做的功(圖乙)，該做功過程氣體傳遞給汽缸的熱量為30J，求此做功過程氣體內能的變化量。
解析：氣體膨脹過程中，氣體（系統）對外界所做功，W是負值：
W2= F2L2=-9×103×0.1 J=-900 J
系統向外放熱：Q2=-30J
氣體內能的變化量：ΔU2= W2＋Q2=-900 J - 30J =-930 J
1 熱力學第一定律
ΔU＝Q+ W
課堂小結
2 符號規則
物理量 取正號（＋）的意義 取負號（－）的意義
功W 外界對系統做功 系統對外界做功
熱量Q 系統吸熱 系統放熱
內能變化量△U 內能增加 內能減少

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