高中物理教科版选修(3-3)4.2 教学课件 《热力学第一定律》(教科版)

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2、气体状态变化与物理量对应方法

（1）绝热过程：过程是绝热的,则Q=0,W=Δ U,外界对物体做的功等于物体内能的增
加。 （2）导热良好：气体与外界有热交换,且与外界温度保持相同。 （3）等容过程：过程中不做功,即W=0,则Q=Δ U,物体吸收的热量等于物体内能的增 加。 （4）等温过程：在过程的始末状态,物体的内能不变,即Δ U=0,则W+Q=0或W=-Q, 表示吸收的热量全部用来做功或外界对气体所做的功全部转换为热量放出。
论研究方面建树卓著，更在1850年在他 发表的论文中首次用数学的形式表达了 内能与热量及做功的关系，这就是热力 学第一定律。
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1、热力学第一定律 （1）内容： 一个物体的内能增量等于物体吸收的热量与外界对物体所做的功之和。 （2）表达式：Δ U = Q + W
其中Δ U表示物体内能的增量，Q表示物体吸收的热量，W表示外界对物体
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练习使用Δ U = Q + W进行定量计算。
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典例2：一定质量的气体从外界吸收了2.6×105J的热量，内能增加 了4.2 ×105J。问：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？
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解：根据Δ U = W + Q 得 W = Δ U － Q = 4.2 ×105J － 2.6×105J= 1.6×105J W为正值，外界对气体做功，做了1.6×105J 的功。
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3、应用热力学第一定律解题的一般步骤： (1)首先选定研究对象是哪个物体或哪个热力学系统。 (2)根据符号法则判断已知量的正、负。
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第四章 · 能量守恒与热力学定律
二、热力学第一定律
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在实际操作中，我们可以采用哪些方式来改变物体的 内能呢？接下来我们来看两个实验，在观察过程中，大
家注意思考它们是采用什么方式改变物体内能的。
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压缩气体引燃棉花实验和加热试管中的水弹出试管软木塞实验
概率非常高，属于本书比较重要的内容。
谢谢观看！
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名称 符号 取正值“+” 取负值“-”
内能的改变 ΔU 内能增加 内能减少
热量 Q 吸热 放热
做功 W 外界对物体做功 物体对外界做功
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典例1：关于物体内能的变化,以下说法正确的是( A.物体吸热,内能一定增大 B.物体对外做功,内能可能增大
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课堂练习2、如右图所示是一定质量的理想气体从状态
A经B到C的V-T图线（三点连线与T轴垂直）,则在此过程
中(
)
A.气体的内能改变 B.气体的压强增大 C.气体向外界放热 D.气体对外界做功
评析：在该习题中，考查了气体状态变化与热力学第 一定律的综合运用。此类型题中，最重要的是要能分析出 状态变化与各物理量的对应关系，以下对此进行总结。
做的功。教师提问：我们知道功有正负，且正负号所代表的物理意义不同，那么
上式中Δ U和Q是否又有正负之分呢？如果有正负号代表的物理意义相同吗？
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（3）对公式Δ U、Q、W符号的规定：
教室引导学生从热力学第一定律的内容来分析上述三物理量的符号的规定。具
体如下：内容中的提到的是内能的增加量，如果物体的内能是减少，则去Δ U的符 号为“一”，相反，增加则为“+”；同理，物体放出热量，Q符号取“一”，吸 收热量则取“+”；气体对外界做功，W符号取“一”， 外界对物体做的功则取 “+”。总而言之，与定律内容相反的取“一”号，否则取“+”号。详见下表：
)
B.W=8×104J,Δ U=-1.2×105J,Q=-2×105J
C.W=-8×104J,Δ U=1.2×105J,Q=2×104J D.W=-8×104J,Δ U=-1.2×105J,Q=-4×104J
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（三）课堂小结： 本节课的主要内容就是热力学第一定律及其 运用，该内容在高考的3-3选考题中，出现的
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由上述两个实验我们知道，做功和热传递都可以 改变物体内能，那如果物体在跟外界同时发生做功 和热传递的过程中，内能的变化与热量及做功之间 有什么关系呢？这就是我们这节课要学习的内容。
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1、热力学第一定律
早在19世纪，克劳修斯就在热力学理
C.温度降低,内能增加600 J
B.温度升高,内能减少200 J
D.温度降低,内能减少200 J
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课堂练习4、定量的气体在某一过程中,外界对气体做了8×104J的功,
气体的内能减少了1.2×105J,则下列各选项中正确的是(
A.W=8×104J,Δ U=1.2×105J,Q=4×104J
(3)根据方程Δ U=W+Q求出未知量。
(4)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。
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课堂练习3、如图所示是密闭的气缸,外力推动活塞P压缩缸内理想气体, 对缸内气体做功800J,同时气体向外界放热200J,缸内气体的( )
A.温度升高,内能增加600 J
)
C.物体吸收热量,同时对外做功,内能不可能不变
D.物体放出热量,同时对外做功,内能可能不变
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课堂练习1、一定质量的理想气体吸收热量，体积膨胀并对 外做功，则此过程的末态与初态相比，（ A．气体内能一定增加 C．气体内能一定不变 ）
B．气体内能一定减小 D．气体内能是增是减不能确定