热力学第一定律用幻灯片.ppt

热力学第一定律用第1页，共24页，编辑于2022年，星期日学习目标学习目标1 1、如何用能量转化和守恒的观点分析物理现象；、如何用能量转化和守恒的观点分析物理现象；2 2、热力学第一定律、热力学第一定律U=W+QU=W+Q中各物理量的意义及正中各物理量的意义及正负号的确定。负号的确定。3、从能量转化的观点理解热力学第一定律，会用、从能量转化的观点理解热力学第一定律，会用U=W+Q 分析和计算有关问题。分析和计算有关问题。第2页，共24页，编辑于2022年，星期日 既然既然做功做功和和热传递热传递都可以改变物体的内能，都可以改变物体的内能，那么，功、热量跟内能的改变之间一定有某种那么，功、热量跟内能的改变之间一定有某种联系，我们就来研究这个问题联系，我们就来研究这个问题.改变物体内能的方式有哪些？改变物体内能的方式有哪些？做功热传递做功热传递第3页，共24页，编辑于2022年，星期日一、热力学第一定律一、热力学第一定律1.1.一个物体，它既没有吸收热量也没有放出热量，那么：一个物体，它既没有吸收热量也没有放出热量，那么：如果外界做的功为，则它的内能如何变化？变化了多少如果外界做的功为，则它的内能如何变化？变化了多少？如果物体对外界做的功为，则它的内能如何变化？变如果物体对外界做的功为，则它的内能如何变化？变化了多少？化了多少？2.一个物体，如果外界既没有对物体做功，物体也没有对外一个物体，如果外界既没有对物体做功，物体也没有对外界做功，那么：界做功，那么：如果物体吸收热量，它的内能如何变化？变化了多少？如果物体吸收热量，它的内能如何变化？变化了多少？如果放出热量，它的内能如何变化？变化了多少？如果放出热量，它的内能如何变化？变化了多少？U=Q U=W第4页，共24页，编辑于2022年，星期日3.如果物体在跟外界同时发生做功和热传递的如果物体在跟外界同时发生做功和热传递的过程中，内能的变化过程中，内能的变化U与热量及做的功之与热量及做的功之间又有什么关系呢？间又有什么关系呢？一、热力学第一定律一、热力学第一定律第5页，共24页，编辑于2022年，星期日U=W+Q 该式表示的是内能的变化量跟功、热量的定量该式表示的是内能的变化量跟功、热量的定量关系，在物理学中叫做关系，在物理学中叫做热力学第一定律热力学第一定律.U U 物体内能的增加量物体内能的增加量 W W 外界对物体做的功外界对物体做的功 Q Q 物体吸收的热量物体吸收的热量 一、热力学第一定律一、热力学第一定律 一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和。的热量与外界对它所做的功的和。（数学表达式）（数学表达式）第6页，共24页，编辑于2022年，星期日二、定律中各量的正、负号及含义二、定律中各量的正、负号及含义物理量物理量符号符号意义意义符号符号意义意义W W外界外界对对物体物体做功做功物体物体对对外界外界做功做功Q Q物体物体吸收吸收热量热量物体物体放出放出热量热量UU内能内能增加增加内能内能减少减少U=W+Q 第7页，共24页，编辑于2022年，星期日三、应用三、应用 例题：一定量的气体从外界吸收了例题：一定量的气体从外界吸收了2.6102.6105 5J J的热量，内能增的热量，内能增加了加了4.2 104.2 105 5J J。问：。问：是气体对外界做了功，还是外界对气体做了功？做是气体对外界做了功，还是外界对气体做了功？做了多少焦耳的功？了多少焦耳的功？解：解：根据根据U=W+Q 得得W=U Q=4.2 105J 2.6105J=1.6105J W为正值，外界对为正值，外界对气体做功，做了气体做功，做了1.6105J 的功。的功。同理可得：同理可得：W=U Q =1.6 105J 2.6105J=1.0105J W为负值，说明气为负值，说明气体对外界做功（气体体积变大），做了体对外界做功（气体体积变大），做了1.0105J 的功。的功。如果气体吸收的热量仍为如果气体吸收的热量仍为2.6102.6105 5J J不变，但是内能只不变，但是内能只增加了增加了1.6101.6105 5J J，这一过程做功情况怎样？，这一过程做功情况怎样？第8页，共24页，编辑于2022年，星期日应用热力学第一定律解题的一般步骤：应用热力学第一定律解题的一般步骤：根据符号法则写出各已知量（根据符号法则写出各已知量（W、Q、U）的正、负；）的正、负；根据方程根据方程U=W+Q求出未知量；求出未知量；再根据未知量结果的正、负来确定吸热、再根据未知量结果的正、负来确定吸热、放热情况或做功情况。放热情况或做功情况。第9页，共24页，编辑于2022年，星期日四、能量守恒定律四、能量守恒定律 能量既不会凭空产生，也不会凭能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到别一种形式，或者从一个物体转移到别的物体；在转化和转移过程中其总量的物体；在转化和转移过程中其总量不变，这就是不变，这就是能量守恒定律能量守恒定律.自然界存在着多种不同形式的运动，每种运动自然界存在着多种不同形式的运动，每种运动对应着一种形式的能量。如机械运动对应机械能；对应着一种形式的能量。如机械运动对应机械能；分子热运动对应内能；电磁运动对应电磁能。分子热运动对应内能；电磁运动对应电磁能。.不同形式的能量之间可以相互转化。摩擦可以将不同形式的能量之间可以相互转化。摩擦可以将机械能转化为内能；炽热电灯发光可以将电能转化机械能转化为内能；炽热电灯发光可以将电能转化为光能。为光能。第10页，共24页，编辑于2022年，星期日(1)热力学第一定律、机械能守恒定律都是能量守恒热力学第一定律、机械能守恒定律都是能量守恒定律的具体体现。定律的具体体现。(2)能量守恒定律适用于任何物理现象和物理过程。能量守恒定律适用于任何物理现象和物理过程。(3)能量守恒定律的重要意义能量守恒定律的重要意义:第一，能量守恒定律是支配整个自然界运动、发展、变化的普遍规律，第一，能量守恒定律是支配整个自然界运动、发展、变化的普遍规律，学习这个定律，不能满足一般理解其内容，更重要的是，从能量形式学习这个定律，不能满足一般理解其内容，更重要的是，从能量形式的多样化及其相互联系，互相转化的事实出发去认识物质世界的多样的多样化及其相互联系，互相转化的事实出发去认识物质世界的多样性及其普遍联系，并切实树立能量既不会凭空产生，也不会凭空消失性及其普遍联系，并切实树立能量既不会凭空产生，也不会凭空消失的观点，作为以后学习和生产实践中处理一切实际问题的基本指导思的观点，作为以后学习和生产实践中处理一切实际问题的基本指导思想之一。想之一。第二，宣告了第一类永动机的失败。第二，宣告了第一类永动机的失败。说明：说明：第11页，共24页，编辑于2022年，星期日五、永动机不可能制成五、永动机不可能制成永动机：不消耗任何能量，却可以源源不断地对永动机：不消耗任何能量，却可以源源不断地对外做功，这种机器叫永动机外做功，这种机器叫永动机.人们把这种不消耗能人们把这种不消耗能量的永动机叫量的永动机叫第一类永动机第一类永动机.（不吃草的马不吃草的马）根据能量守恒定律，任何一部机器，只能根据能量守恒定律，任何一部机器，只能使能量从一种形式转化为另一种形式，而不使能量从一种形式转化为另一种形式，而不能无中生有地制造能量，因此能无中生有地制造能量，因此第一类永动机第一类永动机是不可能制成的是不可能制成的.第12页，共24页，编辑于2022年，星期日第13页，共24页，编辑于2022年，星期日第14页，共24页，编辑于2022年，星期日思考：思考：有一种所谓有一种所谓“全自动全自动”机械手表，既不需要上发条，机械手表，既不需要上发条，也不用任何电源，却能不停地走下去。这是不是一种永动机也不用任何电源，却能不停地走下去。这是不是一种永动机？如果不是，你知道维持表针走动的能量是哪儿来的吗？如果不是，你知道维持表针走动的能量是哪儿来的吗？提示：提示：不是永动机。能量是通过摆动手臂对表内的转轮做功而不是永动机。能量是通过摆动手臂对表内的转轮做功而储存的。储存的。思考思考2在一间隔热很好的密闭房间里放一台电冰箱，如果在一间隔热很好的密闭房间里放一台电冰箱，如果把冰箱门打开，开动一段时间后，房内温度是降低还是升高把冰箱门打开，开动一段时间后，房内温度是降低还是升高？提示：提示：升高了。因为电冰箱消耗电能，产生电热，使密闭房间内的空升高了。因为电冰箱消耗电能，产生电热，使密闭房间内的空气内能增加，房内温度升高。气内能增加，房内温度升高。第15页，共24页，编辑于2022年，星期日 总结总结1、热力学第一定律：、热力学第一定律：U=W+Q 2、能量守恒定律：、能量守恒定律：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到别的物体；在转化和转移过程一个物体转移到别的物体；在转化和转移过程中其总量不变，这就是中其总量不变，这就是能量守恒定律能量守恒定律.第16页，共24页，编辑于2022年，星期日一一定定量量的的气气体体吸吸收收热热量量，体体积积膨膨胀胀并并对对外外做做功功，则则此此过过程的末态与初态相比，程的末态与初态相比，（）A气体内能一定增加气体内能一定增加 B气体内能一定减小气体内能一定减小C气体内能一定不变气体内能一定不变 D气体内能是增是减不能确定气体内能是增是减不能确定例题例题1D第17页，共24页，编辑于2022年，星期日下列说法正确的是下列说法正确的是（）A外界对气体做功，气体的内能一定增大外界对气体做功，气体的内能一定增大B气体从外界吸收热量，气体的内能一定增大气体从外界吸收热量，气体的内能一定增大C气体的温度越低，气体分子无规则运动的平均气体的温度越低，气体分子无规则运动的平均 动能越大动能越大D气体的温度越高，气体分子无规则运动的平均动气体的温度越高，气体分子无规则运动的平均动能越大能越大例题例题2D第18页，共24页，编辑于2022年，星期日例题例题3下列说法正确的是下列说法正确的是（）A外界对一物体做功，此物体的内能一定增加外界对一物体做功，此物体的内能一定增加B机械能完全转化成内能是不可能的机械能完全转化成内能是不可能的C将热量传给一个物体，此物体的内能一定改变将热量传给一个物体，此物体的内能一定改变D一定量气体对外做功，气体的内能不一定减少一定量气体对外做功，气体的内能不一定减少D第19页，共24页，编辑于2022年，星期日例题例题4：一一定定质质量量的的理理想想气气体体，从从某某一一状状态态开开始始，经经过过一一系系列列变变化化后后又又回回一一开开始始的的状状态态，用用W1表表示示外外界界对对气气体体做做的的功功，W2表表示示气气体体对对外外界界做做的的功功，Q1表表示示气气体体吸吸收收的的热热量量，Q2表示气体放出的热量，则在整个过程中一定有表示气体放出的热量，则在整个过程中一定有（）AQ1Q2=W2W1BQ1=Q2CW1=W2 DQ1Q2点拨点拨：整个过程的内能不变，：整个过程的内能不变，E=0 由热力学第一定律由热力学第一定律 E=W总总+Q总总=0Q总总=-W总总 Q1Q2=W2W1A第20页，共24页，编辑于2022年，星期日第21页，共24页，编辑于2022年，星期日改变内能的两种方式改变内能的两种方式做功做功热传递热传递对内对内对外对外吸热吸热放热放热内能增加内能增加内能增加内能增加内能减少内能减少内能减少内能减少（外界对物体（外界对物体做功）做功）（物体对外界（物体对外界做功）做功）（物体从外界（物体从外界吸热）吸热）（物体对外（物体对外界放热）界放热）第22页，共24页，编辑于2022年，星期日 一个物体，如果它既没有吸收热量也一个物体，如果它既没有吸收热量也没有放出热量，那么，外界对它做多没有放出热量，那么，外界对它做多少功，它的内能就增加多少；物体对少功，它的内能就增加多少；物体对外界做多少功，它的内能就减少多少外界做多少功，它的内能就减少多少.返回第23页，共24页，编辑于2022年，星期日2.2.如果外界既没有对物体做功，如果外界既没有对物体做功，物体也没有对外界做功，那物体也没有对外界做功，那么物体吸收了多少热量，它么物体吸收了多少热量，它的内能就增加多少，物体放的内能就增加多少，物体放出了多少热量，它的内能就出了多少热量，它的内能就减少多少减少多少.返回第24页，共24页，编辑于2022年，星期日