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3.2 熱力學第一定律
人教版選擇性必修第三冊同步課件
汽缸內有一定質量的氣體，壓縮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
壓縮氣體，內能增大，給氣體加熱內能也是增大。兩者疊加所以就更明顯。
知識點一：熱力學第一定律
1.內容：一個熱力學系統的內能增量等于外界向它傳遞的熱量與對它所做的功的和。
2.表達式：
ΔU＝ Q + W
熱傳遞的熱量
做功
內能的改變量
3.意義：熱力學第一定律反映了功、熱量跟系統內能改變之間的定量關系.
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
系統對外做功：W=-135J
系統向外放熱：Q=-85J
ΔU = W + Q
代入得：
ΔU =-135+（-85）
=-220J
內能變化了220J，減少
4.定律中各量的正、負號及含義
物理量 符號 意義 符號 意義
W ＋ 外界對物體做功 － 物體對外界做功
Q ＋ 物體吸收熱量 － 物體放出熱量
ΔU ＋ 內能增加 － 內能減少
ΔU = W + Q
5.判斷是否做功的方法
一般情況下外界對物體做功與否，需看物體的體積是否變化。
(1)若物體體積增大，表明物體對外界做功，W＜0。
(2)若物體體積減小，表明外界對物體做功，W＞0。
6.幾種特殊情況
(1)若過程是絕熱的，即Q＝0，則ΔU＝W，物體內能的增加量等于外界對物體做的功。
(2)若過程中不做功，即W＝0，則ΔU＝Q，物體內能的增加量等于物體從外界吸收的熱量。
(3)若過程的始末狀態物體的內能不變，即ΔU＝0，則W＝－Q(或Q＝－W)，外界對物體做的功等于物體放出的熱量(或物體吸收的熱量等于物體對外界做的功)。
知識點二：熱力學第一定律的應用
熱力學第一定律與理想氣體狀態方程結合問題的分析思路：
(1)利用體積的變化分析做功情況．氣體體積增大，氣體對外界做功；氣體體積減小，外界對氣體做功．
(2)利用溫度的變化分析理想氣體內能的變化．一定質量的理想氣體的內能僅與溫度有關，溫度升高，內能增加；溫度降低，內能減小．
(3)利用熱力學第一定律判斷是吸熱還是放熱．
由熱力學第一定律ΔU＝W＋Q，則Q＝ΔU－W，若已知氣體的做功情況和內能的變化情況，即可判斷氣體狀態變化是吸熱過程還是放熱過程
例：如圖，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3.2-2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 × 103N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30J,求此做功過程氣體內能的變化量。
分析： 根據熱力學第一定律，在第（1）問中，活塞壓縮氣體的過程是外界對系統做功，活塞對氣體所做的功W1 為正值；在第（2）問中，氣體膨脹推動活塞的過程是系統對外界做功，氣體對外界所做的功W2 為負值。在兩種情況下，氣體都把熱量傳遞給了汽缸，都屬于放熱，因此Q1、Q2 均為負值。
解：(1)壓縮過程活塞對氣體做的功W1= F1l1= 2 × 103×0.1 J= 200 J
氣體內能的變化量ΔU1=W1+Q1=200J-25J=175J
(2)氣體膨脹過程中氣體對外界所做的功W2=F2l2=-9 × 103 × 0.1J=-900J
氣體內能的變化量ΔU2= W2+ Q2=- 900J- 30J=- 930J
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。
1. 被壓癟但尚未破裂的乒乓球放在熱水里泡一會兒，就會重新鼓起來，這一過程乒乓球內的氣體( )
A. 吸熱，對外做功，內能不變
B. 吸熱，對外做功，內能增加
C. 溫度升高，對外做功，內能不變
D. 壓強增大，單位體積內分子數增大
B
2.根據熱力學第一定律，下列說法正確的是（ ）
A. 電冰箱的工作過程表明，熱量可以從低溫物體向高溫物體傳遞
B. 空調機在制冷過程中，從室內吸收的熱量少于向室外放出的熱量
C. 科技的進步可以使內燃機成為單一熱源的熱機
D. 對能源的過度消耗將使自然界的能量不斷減少，形成能源危機
AAADFAAB
3.一定量的氣體，從外界吸收熱量2.7×105J,內能增加4.3×105J。在這一過程中，是氣體對外做功，還是外界對氣體做功？做了多少功？
Q=+2.7×105J
ΔU=+4.3×105J
﹀
ΔU＝W + Q
得： W=1.6×105J ＞0
即外界對氣體做功
解：
4.如圖是用導熱性能良好的材料制成的氣體實驗裝置，開始時封閉的空氣柱長度為20 cm，用豎直向下的力F壓活塞，使空氣柱長度變為原來的一半，人對活塞做功10 J，大氣壓強為p0=1×105 Pa，不計活塞的重力，求：
（1）若用足夠長的時間緩慢壓縮，壓縮后氣體的壓強；
（2）若以適當的速度壓縮氣體，此過程氣體向外散失的熱量為2 J，則氣體的內能增加多少？（活塞的橫截面積S=1 cm2）
解：（1）設壓縮后氣體的壓強為p，緩慢壓縮，氣體溫度不變，由玻意耳定律：p0V0=pV
解得p=2×105 Pa。
（2）大氣壓力對活塞做功W1=p0SΔh=1 J，人對活塞做功W2=10 J，由熱力學第一定律：ΔU=W1+W2+Q
將數據代入，解得ΔU=9 J。
熱力學第一定律
熱力學第一定律
表述：一個熱力學系統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
數學表達式：ΔU= Q +W
定律中各量的正、負號及含義
熱力學第一定律的應用
ΔU =0，則 W =- Q
W=0，則ΔU = Q
Q =0，則ΔU = W
熱力學第一定律與理想氣體狀態方程結合問題的分析思路

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