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(共31張PPT)
第三章　熱力學定律
熱力學第一定律
能量的轉化與守恒
請觀察實驗，思考問題：為什么筒底的易燃的棉花會被點燃呢？
2
理解熱力學第一定律并能運用熱力學第一定律分析和解決相關問題
1
知道做功和熱傳遞是改變系統內能的兩種方式,理解內能與功、熱量的關系
重難點
3
知道什么是第一類永動機及其不可能制成的原因
熱力學第一定律
1.幼兒園里一般都有滑梯,小朋友沿滑梯下滑時屁股常會感到發熱,這是為什么
小朋友沿滑梯下滑時克服摩擦力做功,內能增加。
2.“圍爐夜話”是中國古代文人認為非常有生活情趣的一種生活方式。在“圍爐”的過程中,人的身體并沒有和爐子本身發生接觸,為什么還能夠感到溫暖 現代取暖的方式主要是暖氣,暖氣和爐子在能量傳遞方面有什么相同點
人身體沒和爐子發生接觸也可以感到溫暖是因為熱量可以通過熱傳遞向外擴散,這和暖氣的散熱方式是相同的。
3.以上兩個現象說明了什么
說明做功和熱傳遞都可以改變物體的內能。
1.改變物體內能的兩種方式: 和 。
2.功、熱量和內能改變的關系
(1)如果一個物體既不吸熱也不放熱,那么,當外界對它做功時,物體內能
,且增加量 外界做的功;當物體對外界做功時,物體內能 ,且減少量 物體做的功。
(2)如果一個物體既不對外界做功,外界也不對它做功,那么當物體從外界吸熱時,物體內能 ,其增加量 吸收的熱量;當物體向外放熱時,物體內能 ,其減少量 放出的熱量。
做功
熱傳遞
增加
等于
減少
等于
增加
等于
減少
等于
3.熱力學第一定律
(1)內容
如果物體與外界之間同時存在做功和熱傳遞的過程,那么物體內能的改變量ΔU等于外界對物體 與物體從外界 之和。
(2)表達式:ΔU=________
(3)應用表達式ΔU=W+Q解題時應注意各物理量的正負:
①ΔU的正負:當物體內能增加時,ΔU為 值,當物體內能減小時,ΔU為
值(均選填“正”或“負”)。
所做的功W
吸收的熱量Q
Q+W
正
負
4.第一類永動機
(1)概念:不消耗任何能量而能永遠 的機器。
(2)原因:設想能量能夠無中生有地創造出來,違背了 。
對外做功
熱力學第一定律
②W的正負:外界對物體做功時,W為 值;物體對外界做功時,W為 值(均選填“正”或“負”)。
③Q的正負:物體從外界吸熱時,Q為 值;物體向外界放熱時,Q為 值(均選填“正”或“負”)。
正
負
正
負
如圖所示，用隔板將一絕熱汽缸分成兩部分，隔板左側充有理想氣體，右側與絕熱活塞之間是真空的。現將隔板抽開，氣體會自發擴散至整個汽缸。待氣體達到穩定后，緩慢推壓活塞，將氣體壓回到原來的體積。假設整個系統不漏氣，則氣體自發擴散前后內能變化了嗎？為什么？氣體在被壓縮的過程中內能如何變化？為什么？
氣體向真空擴散過程中不對外做功，且又因為汽缸絕熱，可知氣體自發擴散前后內能不變；氣體在被壓縮的過程中活塞對氣體做功，因汽缸絕熱，則氣體內能增大。
2.如圖,在氣缸內活塞左邊封閉著一定質量的氣體,壓強與大氣壓相同。把氣缸和活塞固定,使氣缸內氣體升高一定的溫度,氣體吸收的熱量為Q1。如果讓活塞可以自由滑動(活塞與氣缸間無摩擦、不漏氣),也使氣缸內氣體溫度升高相同溫度,其吸收的熱量為Q2。Q1和Q2哪個大些 為什么
活塞與氣缸都固定不動時,氣體的體積不變,沒有做功
過程發生,氣體吸收的熱量Q1全部用于增加氣體的
內能即為ΔU=Q1,如果活塞可以自由滑動,溫度升高,
氣體膨脹,會推動活塞向外運動,對外做功,當氣體升高相同溫度時,氣體內能的增加量與前一個過程是相同的,也是Q1,根據熱力學第一定律ΔU=Q1=W+Q2,由于W<0,所以Q2>Q1。
(1)熱量一定從內能多的物體傳遞給內能少的物體。(　　)
(2)做功和傳熱都可以改變物體的內能,從效果上是等效的。(　　)
(3)傳熱只能發生在兩個物體間,同一物體不能發生傳熱。(　　)
×
√
×
1.關于系統的內能及其變化,下列說法中正確的是
A.系統的溫度改變時,其內能必定改變
B.系統對外做功,其內能不一定改變;向系統傳遞熱量,其內能不一定改變
C.對系統做功,系統內能必定改變;系統向外傳出一定熱量,其內能必定改變
D.若系統與外界不發生熱交換,則系統的內能必定不改變
√
2.一定質量的氣體在某一過程中，外界對氣體做了8×104 J的功，氣體的內能減少了1.2×105 J，則下列各式正確的是
A.W＝8×104 J，ΔU＝1.2×105 J，Q＝4×104 J
B.W＝8×104 J，ΔU＝－1.2×105 J，Q＝－2×105 J
C.W＝－8×104 J，ΔU＝1.2×105 J，Q＝2×104 J
D.W＝－8×104 J，ΔU＝－1.2×105 J，Q＝－4×104 J
√
功與內能的區別
(1)功是過程量,內能是狀態量。
(2)物體的內能大,并不意味著外界對它做功多,只有在絕熱過程中,內能變化越大時相應做的功越多。
3.一個氣泡從恒溫水槽的底部緩慢向上浮起(不計氣泡內空氣分子的勢能),則下列說法正確的是
A.氣泡對外做功,內能不變,同時放熱
B.氣泡對外做功,內能不變,同時吸熱
C.氣泡內能減少,同時放熱
D.氣泡內能不變,不吸熱也不放熱
√
理想氣體(不計分子勢能)的內能只取決于溫度,溫度不變,則內能不變,ΔU=0。
4.(多選)(2023·河南南陽市高二期末)如圖甲所示，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(如圖乙所示)。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。燃燒后的高壓氣體對活塞做功，氣體推動活塞移動0.1 m，其做的功相等于9×103 N的恒力使活塞移動相同距離所做的功(如圖丙所示)，該做功沖程氣體傳遞給汽缸的熱量為30 J，則
A.壓縮沖程氣體內能的變化量為230 J
B.壓縮沖程氣體內能的變化量為175 J
C.做功沖程氣體內能的變化量為－930 J
D.做功沖程氣體內能的變化量為－900 J
√
√
應用熱力學第一定律解題的一般步驟:
(1)根據符號法則寫出各已知量(W、Q、ΔU)的正負;
(2)根據ΔU=W+Q列方程求出未知量;
(3)再根據未知量結果的正負來確定吸放熱情況、做功情況或內能變化情況。
能量的轉化與守恒
1.如圖為一種所謂“全自動”的機械手表，既不需要上發條，也不用任何電源，卻能不停地走下去。這是不是一種永動機？如果不是，維持表針走動的能量是從哪兒來的？
這不是永動機。手表戴在手腕上，通過手臂的運動，機械手表獲得能量，供手表指針走動。若將此手表長時間放置不動，它就會停下來。
能量守恒定律的發現
(1)邁爾的發現:從理論上具體地論證了機械能、內能、化學能、電磁能等都可相互轉化,提出了物理、化學過程中 的思想。
能量守恒
能量守恒定律的發現
(2)焦耳的研究:通過實驗得出了 ,從而給出了電能向內能轉化的定量關系,為發現普遍的能量守恒定律打下基礎。
(3)亥姆霍茲的貢獻:系統地闡述了能量守恒原理,從理論上把力學中的能量守恒原理推廣到熱、光、電、磁、化學反應等過程,揭示了它們之間的統一性,將能量守恒原理與永動機不可能實現聯系起來。
焦耳定律
能量守恒定律
(1)內容
能量既不會 ,也不會 ,它只能從一種形式 為其他形式,或者從一個物體 到其他物體,而能量的總值 。
(2)意義
揭示了自然科學各個分支之間的 ,是自然界內在 的第一個有力證據。
消失
創生
轉化
轉移
保持不變
普遍聯系
統一性
熱力學第一定律與能量守恒定律的比較
(1)能量守恒定律是各種形式的能相互轉化或轉移的過程,總能量保持不變,它包括各個領域,范圍廣泛。
(2)熱力學第一定律是物體內能與其他形式的能之間的相互轉化或轉移,是能量守恒定律在熱現象領域內的具體體現。
(1)能量既可以轉移又可以轉化,故能的總量是可以變化的。(　　)
(2)違背能量守恒定律的過程是不可能發生的。(　　)
(3)運動的物體在阻力作用下會停下來,說明機械能憑空消失了。
(　　)
(4)第一類永動機不能制成,因為它違背了能量守恒定律。(　　)
×
√
×
√
5.(2023·黑龍江大慶實驗中學高二期中)有一種叫作“壓電陶瓷”的電子元件,當對它擠壓或拉伸時,它的兩端就會形成一定的電壓,這種現象稱為壓電效應。一種燃氣打火機,就是應用了該元件的壓電效應制成的。只要用大拇指壓一下打火機上的按鈕,壓電陶瓷片就會產生10~20 kV的高壓,形成火花放電,從而點燃可燃氣體。在上述過程中,壓電陶瓷片完成的能量轉化是
A.化學能轉化為電能 B.內能轉化為電能
C.化學能轉化為光能 D.機械能轉化為電能
√
6.某同學想要估測每秒太陽輻射到地球表面上的能量,他用一個橫截面積為S=3.2 dm2的保溫圓筒,筒內裝有質量為m=0.4 kg的水,讓太陽光垂直照射t=3 min,水升高的溫度Δt=2.2 ℃,已知水的比熱容c=4.2×103 J/(kg·℃),地球半徑為R=6 400 km,試估算出太陽向地球表面輻射能量的功率(提示:Q=cmΔt)。
答案　8.3×1016 W
熱力學第一定律
能量的轉化與守恒
目標一：熱力學第一定律
內容：能量的總量保持不變
內容：ΔU= Q+ W
目標二：能量的轉化與守恒
總結提升：ΔU= Q+ W
各量的正負
當系統內能增加時，
ΔU取正值
外界對系統做功時，
W取正值
外界對系統傳遞的
熱量，Q取正值

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