重庆市某学校高中物理沪教版选修33第四章热力学定律和能量守恒41热力学第一定律课件.ppt

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1、热力学第一定律热力学第一定律热力学第一定律热力学第一定律复习复习:绝热过程绝热过程,系统内能增量系统内能增量=外界对系统做功，即外界对系统做功，即：单纯传热过程中，系统内能增量单纯传热过程中，系统内能增量=系统从外界吸热，即：系统从外界吸热，即：如果系统外界的做功和热传递同时发生，系统的内能如果系统外界的做功和热传递同时发生，系统的内能增量又等于什么？增量又等于什么？UWUQ一一:表述：一个热力学系统的内能增量等于表述：一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的外界向它传递的热量热量与外界对它所与外界对它所做的功做的功的和的和:热力学第一定律热力学第一定律(First Law of Therm

2、odynamics）二二:热力学第一定律反映了功、热量与内能热力学第一定律反映了功、热量与内能改变之间的定量关系改变之间的定量关系三三:公式：公式：UQW.(一）焦耳实验的再讨论一）焦耳实验的再讨论：1”液体液体”系统系统增加内能增加内能通过热传递通过热传递2“液体和电阻丝液体和电阻丝”系统系统重物使磁电机发电，重物使磁电机发电，电流通过电阻丝使液体升温电流通过电阻丝使液体升温（二）功二）功 W力学中的功力学中的功电学中的功电学中的功1、高压高压气体对气体对低压低压气体做功气体做功2、低压低压气体对气体对高压高压气体做功气体做功气体做功气体做功（二）功二）功 W1 广义的功广义的功 力学相互作

3、用下的能量传递力学相互作用下的能量传递W 0 外界对系统做功外界对系统做功W 0 系统从外界吸热系统从外界吸热 Q 0U 0 Q 0放放热热2、等压膨胀：等压膨胀：PV/T=恒量，恒量，P不变不变，V增大增大，又又热力学第一定律：热力学第一定律：UQW.U 变大变大W 0吸更多吸更多的的热热则则T升高升高，（二）汽油机工作过程中做功、热传递、内能的变化（二）汽油机工作过程中做功、热传递、内能的变化1、结构示意图、结构示意图3、工作过程分析、工作过程分析（1）吸气吸气活塞运动：活塞运动：上止点上止点下止点下止点进气阀门打开，进气阀门打开，混合气体混合气体进入汽缸进入汽缸（2）绝热压缩：）绝热压缩

4、：1活塞运动：下止点活塞运动：下止点2上止点上止点进气阀关闭进气阀关闭 绝热绝热 即：即：Q =0外界对系统做功外界对系统做功 W 0由热力学第一定律：由热力学第一定律：UQW 0系统内能增加系统内能增加1-2:绝热压缩绝热压缩（3）点火）点火-定容加热定容加热：2-31、研究对象：研究对象：汽缸中的空气汽缸中的空气（不包括燃烧物：汽油）（不包括燃烧物：汽油）点火瞬间、无时间延续，点火瞬间、无时间延续，空气空气体积不变体积不变W =0 不做功不做功由由热力学第一定律：热力学第一定律：UQW 0从燃烧物中吸热从燃烧物中吸热U内能增大内能增大，T温度升高温度升高由等由等 V 变化变化：P/T=C,

5、P压强压强急遽急遽增大增大绝热膨胀（绝热膨胀（3-4）绝热压缩（绝热压缩（1-2）（4）绝热膨胀（绝热膨胀（3 -4）活塞运动：活塞运动：上止点上止点 -下下止点止点绝热绝热 即：即：Q =0 气体对外做功气体对外做功 ：W 0由：由：热力学第一定律：热力学第一定律：UQW.U 1打开排气阀，排出废气，同时打开排气阀，排出废气，同时带走热量带走热量绝热膨胀（绝热膨胀（3-4）绝热压缩（绝热压缩（1-2）W.=0；Q 0;U减小减小。（6）扫气）扫气活塞运动：活塞运动：下止点下止点上止点上止点将残余气体排出将残余气体排出 不需要任何动力或燃料，却能不断不需要任何动力或燃料，却能不断对外做功。对外

6、做功。五五 第一类永动机不可能制成第一类永动机不可能制成-能量守恒定律的另一种表述能量守恒定律的另一种表述第一类永动机：第一类永动机：（五）（五）中国古代玩具中国古代玩具-饮水鸟原理饮水鸟原理水蒸发水蒸发金属嘴金属嘴玻璃管玻璃管易挥发的液体易挥发的液体绳芯绳芯蒸汽压蒸汽压支点支点裹着布的头裹着布的头（五）（五）中中国古代玩具国古代玩具-饮水鸟原理饮水鸟原理 例例1、空气压缩机在一次压缩中，活塞对空气做了空气压缩机在一次压缩中，活塞对空气做了2105 J的功，同时空气的内能增加了的功，同时空气的内能增加了1.5105 J，这一，这一过程中空气向外界传递的热量是多少？过程中空气向外界传递的热量是多

7、少？解析选择被压缩的空气为研究对象，解析选择被压缩的空气为研究对象，根据热力学第一定律有根据热力学第一定律有：UWQ.由题意可知由题意可知W2105 J，U1.5105 J，代入上式得：代入上式得：QUW1.5105 J2105 J5104 J.负号表示空气向外释放热量，负号表示空气向外释放热量，即空气向外界传递的热量为即空气向外界传递的热量为5104 J.例例2.关于物体内能的变化情况，下列说法中正确的是关于物体内能的变化情况，下列说法中正确的是()A吸热的物体，其内能一定增加吸热的物体，其内能一定增加 B体积膨胀的物体，其内能一定减少体积膨胀的物体，其内能一定减少 C放热的物体，其内能也可

8、能增加放热的物体，其内能也可能增加 D绝热压缩的气体，其内能一定增加绝热压缩的气体，其内能一定增加CD例例3 下列对能量守恒定律的认识正确的是下列对能量守恒定律的认识正确的是()A某种形式的能量减少，一定存在其他形式某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加的能量增加 B某个物体的能量减少，必然有其他物体的某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加能量增加 C不需要任何外界的动力而持续对外做功的不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器机器第一类永动机是不可能制成的第一类永动机是不可能制成的 D石子从空中落下，最后停止在地面上，说石子从空中落下，最后停止在地面上，说明机械能消失了。明机械能

9、消失了。ABC例例4“第一类永动机第一类永动机”不可能制成，是因为不可能制成，是因为()A不符合机械能守恒定律不符合机械能守恒定律 B违背了能量守恒定律违背了能量守恒定律 C做功产生的热不符合热功当量做功产生的热不符合热功当量 D.找不到合适的材料和合理的设计方案找不到合适的材料和合理的设计方案B 例例5.如图如图1所示，倒悬的导热汽缸中封闭着一定质量所示，倒悬的导热汽缸中封闭着一定质量的理想气体轻质活塞可无摩擦地上下移动，活塞的横截面的理想气体轻质活塞可无摩擦地上下移动，活塞的横截面积为积为S，活塞的下面吊着一个重为，活塞的下面吊着一个重为G的物体，大气压强恒为的物体，大气压强恒为p0.起初

10、环境的热力学温度为起初环境的热力学温度为T0时，活塞到汽缸底面的距离为时，活塞到汽缸底面的距离为L.当环境温度逐渐升高，导致活塞缓慢下降，该过程中活塞当环境温度逐渐升高，导致活塞缓慢下降，该过程中活塞下降了下降了0.1L，汽缸中的气体吸收的热量为，汽缸中的气体吸收的热量为Q.求：求：(1)汽缸内部气体内能的增量汽缸内部气体内能的增量U；(2)最终的环境温度最终的环境温度T.解析:(1)密封气体的压强pp0(G/S)密封气体对外做功WpS0.1L由热力学第一定律得UQW得UQ0.1p0SL0.1LG (2)该过程是等压变化，由盖吕萨克定律有:V1/T1 V2/T2 解得T1.1T0 例例5.导热汽缸导热汽缸 一定质量轻质活塞一定质量轻质活塞 无摩擦活塞的横无摩擦活塞的横截面积为截面积为S，重为，重为G的物体，大气压强恒为的物体，大气压强恒为p0.起初环境的温度为起初环境的温度为T0时，活塞到汽缸底面的距离为时，活塞到汽缸底面的距离为L.当温度逐渐升高，导致活塞缓慢下降，该过程中活塞下降了当温度逐渐升高，导致活塞缓慢下降，该过程中活塞下降了0.1L，汽缸中的气体吸收的热量为汽缸中的气体吸收的热量为Q.求：求：(1)汽缸内部气体汽缸内部气体内能的增量内能的增量U；(2)最终的环境温度最终的环境温度T.