学沪科版选修33 4.1热力学第一定律 课件（4）（28张）.ppt

第1节热力学第一定律 一 热力学第一定律1 改变物体内能的两种方式 与 两者在改变系统内能方面是等效的 2 热力学第一定律 1 内容 如果物体跟外界同时发生做功和热传递的过程 那么外界对物体 加上物体从外界 等于物体内能的增加 2 数学表达式 u 做功 热传递 所做的功 吸收的热量 q w 思考感悟2 外界对物体做功10j 物体内能改变了多少 若外界对物体传递10j的热量 物体内能改变了多少 能否说明10j的功等于10j的热量 提示 无论外界对物体做功10j 还是外界给物体传递10j的热量 物体内能都增加了10j 说明做功和热传递在改变物体内能上是等效的 不能说10j的功等于10j的热量 因为功与热量具有本质区别 一 功 热量和内能之间的关系1 功和内能的关系 1 内能与内能变化的关系 物体的内能是指物体内所有分子的动能和势能之和 因此物体的内能是一个状态量 当物体温度变化时 分子平均动能变化 物体体积变化时 分子势能发生变化 因此物体的内能变化只由初 末状态决定 与中间过程及方式无关 2 做功与内能变化的关系 做功改变物体内能的过程是其他形式的能 如机械能 与内能相互转化的过程 在绝热过程中 外界对物体做多少功 就有多少其他形式的能转化为内能 物体的内能就增加多少 3 功和内能的区别 功是过程量 内能是状态量 在绝热过程中 做功一定能引起内能的变化 物体的内能大 并不意味着做功多 在绝热过程中 只有内能变化较大时 对应着做功较多 特别提醒 在绝热过程中 外界对系统做功 系统的内能增加 外界对系统做多少功 系统的内能就增加多少 系统对外界做功 系统的内能减少 系统对外界做多少功 系统的内能就减少多少 2 热量 功和内能之间的关系内能是由系统的状态决定的 状态确定了 系统的内能也就随之确定了 要使内能改变 可以通过做功和热传递两种方式来完成 功和热量都是过程量 两者对改变系统的内能是等效的 但做功是其他形式的能量转化为内能 功的多少是内能转化的量度 在绝热的过程中 对物体做了多少功 内能就增加多少 物体对外做了多少功 内能就减少多少 热传递是内能的转移 热量是内能转移的量度 在没有做功的情况下 物体吸 收了多少热量 就增加多少内能 或放出了多少热量 就减少多少内能 有过程 做功或热传递 才有变化 内能改变 离开过程 功和热量将毫无意义 就某一状态而言 只有 内能 根本不存在 功 和 热量 因此不能说物体中含有 多少热量 或 多少功 可以说物体很热 这指的是物体的温度很高 特别提醒 热传递改变物体内能的过程是物体间内能转移的过程 热传递使物体的内能发生变化时 内能改变的多少可用热量来量度 物体吸收了多少热量 物体的内能就增加多少 物体放出了多少热量 物体的内能就减少多少 即时应用1 对于热量 功和内能三者的关系下列说法中正确的是 a 三者单位相同 物理意义相同b 热量和功是内能的量度c 热量和功由过程决定 而内能由物体状态决定d 系统内能增加了100j 可能是外界采用绝热方式对系统做功100j 也可能是外界单纯地对系统传热100j 解析 选cd 热量 功和内能三者尽管单位相同 但物理意义有本质区别 a错 热量和功由过程决定 内能由物体状态决定 热量和功是内能变化的量度 c对 b错 对一个绝热过程 u w 100j 对一个单纯热传递过程 u q 100j d对 二 热力学第一定律与改变内能的两种方式1 对热力学第一定律的理解 1 对 u w q的理解 热力学第一定律是对单纯的绝热过程和单纯的热传递过程中内能改变的定量表达推广到一般情况 既有做功又有热传递的过程 其中 u表示内能改变的数量 w表示做功的数量 q表示外界与物体间传递的热量 2 对公式 u q w符号的规定 2 改变内能的两种方式比较 3 几种特殊情况 1 若过程是绝热的 则q 0 w u 外界对物体做的功等于物体内能的增加 2 若过程中不做功 即w 0 则q u 物体吸收的热量等于物体内能的增加 3 若过程的始末状态物体的内能不变 即 u 0 则w q 0或w q 外界对物体做的功等于物体放出的热量 特别提醒 研究对象为气体时 膨胀过程 除向真空中自由膨胀外 气体对外做功 压缩过程 外界对气体做功 4 应用热力学第一定律解题的思路与步骤 1 首先应明确研究对象是哪个物体或者是哪个热力学系统 2 分别列出物体 或系统 吸收或放出的热量 外界对物体 或系统 所做的功或物体 或系统 对外界所做的功 3 根据热力学第一定律 u q w列出方程进行求解 4 特别注意的就是物理量的正负号及其物理意义 特别提醒 层出不穷的永动机设计方案 由于违背了能量守恒定律 无一例外地宣布失败 人类制造永动机的企图是没有任何成功希望的 2 如图所示 某同学将空的薄金属筒开口向下压入水中 设水温均匀且恒定 筒内空气无泄漏 不计气体分子间相互作用 则被淹没的金属筒在缓慢下降过程中 筒内空气体积减小 则空气 a 从外界吸热b 内能增大c 向外界放热d 内能减小 解析 选c 缓慢下降的过程中 筒内空气的温度与水温始终相同 即空气温度不变 由于不计气体分子间的相互作用 分子势能始终为零 筒内空气分子的平均动能不变 所以筒内空气的内能不变 筒内空气的体积减小 外界对气体做功 根据热力学第一定律 u w q 可知筒内空气向外放热 对于热量 功和内能三者的说法正确的是 a 热量 功 内能三者的物理意义相同b 热量 功都可以作为物体内能的量度c 热量 功 内能的单位不相同d 热量和功是由过程决定的 而内能是由物体状态决定的 精讲精析 物体的内能是指物体所有分子的动能和分子势能的总和 而要改变物体的内能可以通过做功和热传递两种途径 这三者的物理意义不同 a项错 热量是表示在热传递过程中物体内能变化多少的物理量 而功也是用做功的方式来量度改变物体内能多少的物理量 b项错 三者单位都是焦耳 c项错 热量和功是过程量 内能是状态量 d项正确 答案 d 方法总结 区别热量 功和内能的技巧 1 就某一状态而言 只有 内能 根本谈不上 热量 和 功 2 就某一过程而言 内能 有变化 与 热量 功 对应 3 一个物体的内能无法计算 但物体的内能变化是可以计算的 1 如图所示 一演示用的 永动机 转轮由5根轻杆和转轴构成 轻杆的末端装有用形状记忆合金制成的叶片 轻推转轮后 进入热水的叶片因伸展而 划水 推动转轮转动 离开热水后 叶片形状迅速恢复 转轮因此能较长时间转动 下列说法正确的是 a 转轮依靠自身惯性转动 不需要消耗外界能量b 转轮转动所需能量来自形状记忆合金自身c 转动的叶片不断搅动热水 水温升高d 叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量 2 如图所示 内壁光滑的汽缸水平放置 一定质量的理想气体被活塞密封在汽缸内 外界大气压强为p0 现对汽缸缓慢加热 气体吸收热量q后 体积由v1增大为v2 则在此过程中 气体分子平均动能 选填 增大 不变 或 减小 气体内能变化了 精讲精析 1 该永动机叶片进入水中 吸收热量而伸展划水 推动转轮转动 离开水面后向空气中放热 叶片形状迅速恢复 所以转动的能量来自热水 由于不断向空气释放热量 所以水温逐渐降低 a b c