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(共19張PPT)
3.2熱力學第一定律
【學習目標】
1．能以系統(tǒng)為研究對象，用綜合分析的方法推導出熱力學第一定律。
2．能運用熱力學第一定律解釋和計算能量的轉化、轉移問題。
3．理解能量守恒定律，知道第一類永動機是不可能實現(xiàn)的。
新知導入
汽缸內有一定質量的氣體，壓編氣體的同時給汽缸加熱。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
思考：改變物體內能的方式有哪些？
一、熱力學第一定律
焦耳的實驗：做功與傳熱在改變系統(tǒng)內能方面是等價的。
對系統(tǒng)做機械功
對系統(tǒng)做電功
做 功
熱傳遞
外界對物體做功
物體對外界做功
物體從外界吸熱
物體對外界放熱
內能增加
內能增加
內能減少
內能減少
改變內能的兩種方式
△U＝W
△U＝Q
思考：如果物體在跟外界同時發(fā)生做功和熱傳遞的過程中，內能又如何變化呢？
一個熱力學系統(tǒng)的內能變化量等于外界向他傳遞的熱量與外界對他所做的功的和。這就是著名的熱力學第一定律。
ΔU=W+Q
①內能的變化量ΔU
＊氣體內能只與溫度有關
＊發(fā)生物態(tài)變化時：溫度不變，但內能改變
ΔU
ΔEK
ΔEP
：溫度
：溫度、狀態(tài)、體積
熔化
凝固
②傳遞的熱量Q
Q>0:
系統(tǒng)吸熱
Q<0:
系統(tǒng)放熱
Q=0:
絕熱狀態(tài)
溫度差
導熱
隔熱材料
做功>>放熱
③所做的功W
W>0：
外界對系統(tǒng)做功
W<0：
系統(tǒng)對外界做功
F
h
F
h
W>0
V↓
W<0
V↑
對于一般氣體而言：體積減小（壓縮）時外界對氣體做功，W>0
體積增大（膨脹）時氣體對外界做功，W<0
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85J，氣體內能的變化量是多少 內能是增加了還是減少了 請你通過這個例子總結功和熱量取正、負值的物理意義。
解：
氣體對外界做功
系統(tǒng)對外做功：W=-135J
系統(tǒng)向外放熱：Q=-85J
ΔU = W + Q
代入得：
ΔU =-135+（-85）
=-220J
內能變化了220J，減少
總：熱力學第一定律
一個熱力學系統(tǒng)的內能增量等于外界向它傳遞的熱量與外界對它所做的功的和。
(1)W的正負：外界對系統(tǒng)做功時，W取正值；系統(tǒng)對外界做功時，W取負值．
(2)Q的正負：外界對系統(tǒng)傳遞的熱量Q取正值；系統(tǒng)向外界傳遞的熱量Q取負值．
(3) 的正負：系統(tǒng)內能增加， 取正值；系統(tǒng)內能減少， 取負值．
二、熱力學第一定律的應用
與熱力學第一定律相匹配的符號法則
做功 W 熱量 Q 內能的改變 ΔU
取正值“＋” 外界對系統(tǒng) 做功 系統(tǒng)從外界 吸收熱量 系統(tǒng)的內能增加
取負值“－” 系統(tǒng)對外界 做功 系統(tǒng)向外界 放出熱量 系統(tǒng)的內能減少
如圖3.2-1，一臺四沖程內燃機，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2×10 3 N的恒力使活塞移動相同距離所做的功（圖3.2-2甲）。內燃機工作時汽缸溫度高于環(huán)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：（1）壓縮過程活塞對氣體做的功
W 1 ＝ F 1l 1 ＝ 2×10 3 ×0.1 J ＝ 200 J
氣體內能的變化量
ΔU 1 ＝ W 1 ＋ Q 1 ＝ 200 J － 25 J ＝ 175 J
（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9×10 3 N 的恒力使活塞移動相同距離所做的功（圖 3.2-2 乙），該做功過程氣體傳遞給汽缸的熱量為 30 J，求此做功過程氣體內能的變化量。
解：（2）氣體膨脹過程中氣體對外界所做的功
W 2 ＝ F 2l 2 ＝-9×10 3 ×0.1 J ＝- 900 J
氣體內能的變化量
ΔU 2 ＝ W 2 ＋ Q 2 ＝ - 900 J - 30 J ＝- 930 J
汽缸內氣體在壓縮過程中內能增加了 175 J，在膨脹做功過程中氣體內能減少了930 J。
課堂練習
例1：對一定量的氣體，下列說法正確的是（ ）
A. 在體積緩慢地不斷增大的過程中，氣體一定對外界做功
B. 在壓強不斷增大的過程中，外界對氣體一定做功
C. 在體積不斷被壓縮的過程中，內能一定增加
D. 在與外界沒有發(fā)生熱量交換的過程中，內能一定不變
A
課堂練習
例題2：下列說法正確的（ )
A.外界對一定質量的理想氣體做功，其體積一定減小，內能一定增大
B.一定質量的理想氣體從外界吸收熱量，其溫度一定升高，內能一定增大
C.一定質量的理想氣體內能增加，其溫度不一定升高
D.做功和熱傳遞可以改變物體的內能，但從能量轉化或轉移觀點來看這兩種改變方式是有區(qū)別的
D
課堂練習
例3：一定質量的理想氣體在某一過程中，外界對氣體做功7.0×104J，氣體內能減少1.3×105J，則此過程（ ）
A.氣體從外界吸收熱量2.0×105J
B.氣體向外界放出熱量2.0×105J
C.氣體從外界吸收熱量6.0×104J
D.Ｄ．氣體向外界放出熱量6.0×104J
B
本課小結
1、熱力學第一定律：
ΔU = W + Q
ΔU =0，則 W =- Q
W=0，則ΔU = Q
Q =0，則ΔU = W
3、方法總結：應用熱力學第一定律解題的一般步驟
(1)首先應明確研究對象是哪個物體或者是哪個熱力學系統(tǒng)。
(2)分別列出物體或系統(tǒng)吸收或放出的熱量；外界對物體或系統(tǒng)所做的功或物體或系統(tǒng)對外所做的功。
(3)根據(jù)熱力學第一定律ΔU＝Q＋W 列出方程進行求解。
(4)特別應注意的就是物理量的正負號及其物理意義。
2、應用

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