高考物理2024届一轮复习课件-第一节 热力学第一定律

内能增量
外界对系统做功
U Q W
传递的热量
3.热力学第一定律及其应用
理想气体的内能（只有分子动能）只跟温度有关，温度越高，内能越大。 【例5】应用热力学第一定律来讨论理想气体等压膨胀过程中，气体对外
界做 正功 （选填“正功”或“负功”）；气体 吸热 （选填“吸热”或“放 热”）；内能 增加 （选填“增加”或“减少”）。
【例4—课本P73】 一定质量的理想气体在某一过程中，外界对气体 做功1.7×105J，气体内能减少1.3×105J，则此过程中气体
放出 （选填"吸收"或"放出"）的热量是 1.0 105 J. 此后，保持气
体压强不变，升高温度，气体对外界做功5.0×105J，同时吸收了
6.0×105J的热量，则这个过程中，气体内能增加了3.0 105 J.
1.物体的内能
【三维设计P28】内能：物体中所有分子的热运动动能与分子势能总和 决定因素：①宏观上：物体内能由质量、温度、体积共同决定 ②微观上：物体内能由分子总数、平均动能、分子间距离共同决定
【 例 3 】 在一个密闭容器内，有一滴15℃的水，过一段时间后，水 滴蒸发变成了水蒸气，温度还是15℃。它的分子平均动能，分子势 能和内能是否发生了变化?为什么?
第一节 热力学第一定律
第三章 热力学定律
1.物体的内能
内能
分子动能 分子势能
分子力做功
机械能
动能 势能
重力势能 弹性势能
A
重力做功 Δh
B
弹力做功
h1 h2
1.物体的内能
分子动能：组成物体的分子由于热运动而具有的能 分子平均动能：所有分子热运动动能的平均值
温度分子平均动能的标志， 温度越高，分子平均动能越大
增加 ，包装袋内氮气的内能 不变 （选填"增大""减小"或"不变"）.
【例7—课本P73,多选】如图所示，水平固定不动、导热性能良好的气缸内用 活塞封闭着一定质量空气，外界温度恒定.一条细线左端连接在活塞上，另一 端跨过定滑轮后连接在一个小桶上，开始时活塞静止.现在不断向小桶中添加 细沙，使活塞缓慢向右移动(活塞始终未被拉出气缸).忽略气体分子间的相互作
Q=7.0×10²J，求此过程中气体内能的增量. U 5.0 102 J
3.热力学第一定律及其应用
【 例 10— 课 本 P74 】 如图所示，一定质量的理想气体被不导热的活塞封 闭在内壁光滑的绝热气缸内，气缸竖直放置，缸内安装一电热丝，活塞 质量为m，横截面积为S，外界大气压强为p0，重力加速度为g.开始时活 塞处于静止状态，将电热丝通电给气体缓慢加热，测得电热丝两端电压 为U，通过的电流为I.经过时间t，活塞缓慢向上移动距离 L0. 求∶
3.热力学第一定律及其应用
【 例 12— 课 本 P74 】 如图所示，容器A、B中各有一个可以自由移动的轻 活塞，活塞下面是水，上面是大气，大气压恒定.A、B的底部由带有阀门
K的管道相连，整个装置与外界绝热. 开始时，A 水面高于B水面，打开 阀门，使A中的水逐渐向 B流，最后达到平衡，在这个过程中大气压对水
r r0 ,F斥
r r0 ,F 0
r0 r 10r0 ,F引
分子力做正功，分子势能减少； 分子力做负功，分子势能增加。
【问题1】设两个分子相距无穷远，我们可以规定它们的分子势能为0。 让一个分子A不动，另一个分子B从无穷远处逐渐靠近A。直至相距很近很 近．两个分子间距离为r 0时分子间的引力与斥力平衡。把移动过程分为r ＞r 0 和r＜r 0 这两个阶段。在图中画出分子势能Ep与分子距离r关系的曲 线，要求表现出EP最小值的位置及EP变化的均速率相等 ；
分子平均动能： k
1 mv 2 2
分子平均速率
分子质量
③分子动能相等 。
分子动能： Ek N k
分子数
1.物体的内能
分子势能：分子间存在着相互作用力，由分子间相对位置所决定的能。 决定因素：①宏观上：分子势能跟物体的体积有关。
②微观上：分子势能跟分子间距离r有关。
3.热力学第一定律及其应用
P
P
Δh
P
hb
ha
W
V
Va
Vb
等压变化
W
V
Va
Vb
非等压变化
从a到b发生等压变化，气体对外界做功
W psh pshb psha pVb pVa
P-V 图面积表示做功大小
3.热力学第一定律及其应用
【例9—课本P60】如图所示，一定质量的理想气体从状态A经等压 过程到状态B. 此过程中，气体压强 p=1.0×105 Pa，吸收的热量
分子动能： Ek N k
分子数
分子平均动能： k
1 mv 2 2
分子平均速率
分子质量
1.物体的内能
【例1】下列关于说法是否正确？并说明原因。
1.温度越高，分子平均动能增加，每个分子的动能都增加；
2.温度为00C时，分子的平均动能为零；
3.物体的速度越大，分子动能越大；
4.有两瓶质量和温度相同的氢气和氧气相比：
理想气体
内能： 温度升高，内能增加
做功： ①体积增大，气体对外界做功 ②体积减小，外界对气体做功
热量： ΔU = Q + W 参量： pV = C
T
理想气体等压膨胀
【例6—课本P73】 在装有食品的句装袋中充入氮气，然后密封进行加压测试. 测试时，对包装袋缓慢地施加压力. 现将袋内的氮气视为理想气体，则加压测 试过程中，包装袋内壁单位面积上所受气体分子撞击的作用力
绝热过程 外界对系统做功，系统的内能增加
绝热过程 系统对外界做功，系统的内能减少
2.改变物体内能的两种方式
绝热过程： U W
外界对系统不做功： U Q
内能增量
外界对系统做功
内能增量
传递热量
F h
h F
气体体积V 减小： W > 0 气体体积V 增大：W < 0
温度相等
系统吸热：Q>0 系统放热：Q<0
3.热力学第一定律及其应用
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的热量
与外界对它所做功的和。
内能增量
外界对系统做功
U Q W
传递的热量
物理量 W Q ΔU
符号 >0 >0 >0
意义 外界对系统做功
系统吸热 内能增加
符号 <0 <0 <0
意义
系统对外界做功 系统放热 内能减少
3.热力学第一定律及其应用
（1）气体对外所做的功. W mg p0s L0 （2）气体内能的增量. E UIt mg p0s L0
3.热力学第一定律及其应用
【 例 11— 课 本 P60 】 如 图 ， 用 隔 板 将 一 绝 热 汽 缸 分 成 两 部 分 ， 隔 板 左 侧
充有理想气体，隔板右侧与绝热活塞之间是真空。现将隔板抽开，气体
不做功 （选填"做功"或"不做功"）.水的内能 增大 （选填"增大
""减小"或"不变"）.
4.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，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另一个物体，而在转化 或转移过程中，能量的总量保持不变。
机械能守恒定律 ——能量守恒在机械能范围内的表现 热力学第一定律 ——能量守恒在热力学范围内的表现
会自发扩散至整个汽缸。待气体达到稳定后，缓慢推压活塞，将气体压
回到原来的体积。假设整个系统不漏气。下列说法正确的是 ABD
A.气体自发扩散前后内能相同
气体的自由膨胀(真空膨胀)不做功
B.气体在被压缩的过程中内能增大
C.在自发扩散过程中，气体对外界做功
D.气体在被压缩的过程中，外界对气体做功
E.气体在被压缩的过程中，气体分子的平均动能不变
用，则在活塞移动过程中，下列说法正确的是 BD
A.气缸内气体分子的平均动能变小 B.气缸内气体的压强变小 C.气缸内气体向外放出热量 D.气缸内气体从外界吸收热量
4.热力学第一定律及其应用
【例8—课本P74】一定质量的理想气体经过一系列过程，如图所示. 请 描述a→b、b→c、c→a过程中理想气体做功、热传递与内能变化的情况.
A
B
1.物体的内能
【例2——2019·江苏·高考真题】由于水的表面张力，荷叶上的小水滴总 是球形的．在小水滴表面层中，水分子之间的相互作用总体上表现为
引力 （选填“引力”或“斥力”）．分子势能Ep和分子间距离r的关系
图象如图所示，能总体上反映小水滴表面层中水分子Ep的是图中
C （选填“A”“B”或“C”）的位置．
风能转化为电能 电能转化为内能 太阳能转化为电能 化学能转化为电能
4.第一类永动不可能制成
第一类永动机：不消耗任何能量，却可以源源不断地对外做功的机器。
第一类永动不可能制成原因是违背了能量守恒定律（即违背了热力学第 一定律）。
"永动机"构想图
魔轮永动机
滚珠永动机
E Ek EP N k EP
分子数
分子平均速率
k
1 2
mv 2
分子质量
2.改变物体内能的两种方式
改变内能 的两种方式
做功W
对内：外界对物体做功 对外：物体对外界做功
热传递Q
吸热：物体从外界吸热 放热：物体对外界放热
2.改变物体内能的两种方式
绝热过程（Q=0）：系统不从外界吸热，也不向外界放热