超强高中物理竞赛讲义PPT15热力学第一定律
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热力学第一定律ppt课件
3.2 热机及其效率
➢ 3.2.1热机
;.
➢ 1.1历史渊源与科学背景
人类使用热能为自己服务有着悠久的历史,火的发明和利用是人类支配自然力的伟大开
端,是人类文明进步的里程碑。中国古代就对火热的本性进行了探讨,殷商时期形成的“五行
说”——金、木、水、火、土,就把火热看成是构成宇宙万物的五种元素之一。
北宋时刘昼更明确指出“金性苞水,木性藏火,故炼金则水出,钻木而生火。”古希腊米利
都学派的那拉克西曼德（Anaximander,约公元前611—547) 把火看成是与土、水、气并列的
一种原素,它们都是由某种原始物质形成的世界四大主要元素。恩培多克勒（Empedocles,约
公元前500—430）更明确提出四元素学说,认为万物都是水、火、土、气四元素在不同数量
上不同比例的配合,与我国的五行说十分相似。但是人类对热的本质的认识却是很晚的事情。
18世纪中期,苏格兰科学家布莱克等人提出了热质说。这种理论认为,热是由一种特殊的没有
重量的流体物质,即热质（热素）所组成,并用以较圆满地解释了诸如由热传导从而导致热平
衡、相变潜热和量热学等热现象,因而这种学说为当时一些著名科学家所接受,成为十八世纪
热力学占统治地位的理论。
十九世纪以来热之唯动说渐渐地为更多的人们所注意。特别是英国化学家和物理学家克 鲁克斯（M.Crookes，1832—1919）,所做的风车叶轮旋转实验,证明了热的本质就是分子无规 则动的结论。热动说较好地解释了热质说无法解释的现象,如摩擦生热等。使人们对热的本
质的认识大大地进了一步。戴维以冰块摩擦生热融化为例而写成的名为《论热、光及光的 复合》的论文,为热功相当提供了有相当说服力的实例,激励着更多的人去探讨这一问题。
高中物理奥林匹克竞赛专题——热力学第一定律(共96张PPT)
过程）
循环过程（系统从始态出发经一系列
步骤又回到始态的过程）
小结系统变化过程的类型：
(1)单纯 pVT 变化 (2)相变化 (3)化学变化
• 常见过程：
定温过程 定压过程 定容过程
T=T环境=定值 P=P环境=定值 V=定值
绝热过程 无热交换
循环过程 始态终态
1.2.4 热力学平衡
• 当系统的诸性质不随时间而改变，则系统就 处于热力学平衡态，它包括下列几个平衡：
§1.1 热力学的研究对象
1 热力学：是研究自然界各种形式的能量的相
互关系及转化规律的科学。
2 化学热力学： 将热力学原理应用于化学变化及与化学变化有 关的物理变化中，发展成热力学的一个重要分 支。 3 化学热力学主要研究和解决的问题: (1)研究化学过程及与化学过程密切相关的物理 过程中的能量效应； (2)判断某一热力学过程在一定条件下进行的方 向、产率及限度.
热力学能是状态函数，用符号U表示，它的 绝对值无法测定，只能求出它的变化值。
U= U2 -U1
1.3.2 热和功的概念
1、热（heat） 系统与环境之间因温差而传递的能量称为热，
用符号Q 表示，Q的取号： 系统吸热，Q>0； 系统放热，Q<0 。 热不是状态函数，只有系统进行一过程时， 才有热交换。其数值与变化途径有关。
由于V(g) ＞＞V(l)
所以 W=-p△V ≈-p V(g)
对于理想气体 V ( g ) nRT p
W p VpV(g)pnR TnR T p
上式也适用于固体升华，但不适用于固液 相变及固体晶型转变。 （why?）
§1.5 定容及定压下的热
1.5.1. 定容热Qv
dU = Q – p外dV + W ’ 当 W ’＝0，dV ＝0 时
循环过程（系统从始态出发经一系列
步骤又回到始态的过程）
小结系统变化过程的类型：
(1)单纯 pVT 变化 (2)相变化 (3)化学变化
• 常见过程：
定温过程 定压过程 定容过程
T=T环境=定值 P=P环境=定值 V=定值
绝热过程 无热交换
循环过程 始态终态
1.2.4 热力学平衡
• 当系统的诸性质不随时间而改变，则系统就 处于热力学平衡态，它包括下列几个平衡：
§1.1 热力学的研究对象
1 热力学：是研究自然界各种形式的能量的相
互关系及转化规律的科学。
2 化学热力学： 将热力学原理应用于化学变化及与化学变化有 关的物理变化中，发展成热力学的一个重要分 支。 3 化学热力学主要研究和解决的问题: (1)研究化学过程及与化学过程密切相关的物理 过程中的能量效应； (2)判断某一热力学过程在一定条件下进行的方 向、产率及限度.
热力学能是状态函数，用符号U表示，它的 绝对值无法测定，只能求出它的变化值。
U= U2 -U1
1.3.2 热和功的概念
1、热（heat） 系统与环境之间因温差而传递的能量称为热，
用符号Q 表示，Q的取号： 系统吸热，Q>0； 系统放热，Q<0 。 热不是状态函数，只有系统进行一过程时， 才有热交换。其数值与变化途径有关。
由于V(g) ＞＞V(l)
所以 W=-p△V ≈-p V(g)
对于理想气体 V ( g ) nRT p
W p VpV(g)pnR TnR T p
上式也适用于固体升华，但不适用于固液 相变及固体晶型转变。 （why?）
§1.5 定容及定压下的热
1.5.1. 定容热Qv
dU = Q – p外dV + W ’ 当 W ’＝0，dV ＝0 时
热力学第一定律 课件
的增加。
(3)若过程的始末状态物体的内能不变,即 ΔU=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。
4.判断是否做功的方法
一般情况下外界对物体做功与否,需看物体的体积是否变化。
(1)若物体体积增大,表明物体对外界做功,W<0;
(2)若物体体积变小,表明外界对物体做功,W>0。
为另一种形式,或者从一个物体转移到别的物体,在转化或转移的过程中,能
量的总量保持不变。
2.意义
(1)能量守恒定律告诉我们,各种形式的能量可以相互转化。
(2)各种互不相关的物理现象——力学的、热学的、电学的、磁学的、
光学的、化学的、生物学的等可以用能量守恒定律联系在一起。
三、永动机不可能制成
1.第一类永动机:人们设想中的不需要任何动力或燃料,却能不断地对
提示前者能制成而后者不能制成。这是因为可以用太阳能、电能等
能源代替石油能源制造出太阳能汽车、电动汽车等,但是不消耗任何能量
的汽车不可能制成,因为它违背能量守恒定律。
2.热力学第一定律与能量守恒定律是什么关系?
提示能量守恒定律是各种形式的能相互转化或转移的过程,总能量保
持不变,它包括各个领域,其范围广泛。热力学第一定律是物体内能与其他
(2)突破了人们关于物质运动的认识范围,从本质上表明了各种运动形
式之间相互转化的可能性。能量守恒定律比机械能守恒定律更普遍,它是物
理学中解决问题的重要思维方法。能量守恒定律与细胞学说、生物进化论
并称 19 世纪自然科学中三大发现,其重要意义由此可见。
(3)具有重大实践意义,即彻底粉碎了永动机的幻想。
外做功的机器。
2.第一类永动机不可制成的原因:违背了能量守恒定律。
(3)若过程的始末状态物体的内能不变,即 ΔU=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。
4.判断是否做功的方法
一般情况下外界对物体做功与否,需看物体的体积是否变化。
(1)若物体体积增大,表明物体对外界做功,W<0;
(2)若物体体积变小,表明外界对物体做功,W>0。
为另一种形式,或者从一个物体转移到别的物体,在转化或转移的过程中,能
量的总量保持不变。
2.意义
(1)能量守恒定律告诉我们,各种形式的能量可以相互转化。
(2)各种互不相关的物理现象——力学的、热学的、电学的、磁学的、
光学的、化学的、生物学的等可以用能量守恒定律联系在一起。
三、永动机不可能制成
1.第一类永动机:人们设想中的不需要任何动力或燃料,却能不断地对
提示前者能制成而后者不能制成。这是因为可以用太阳能、电能等
能源代替石油能源制造出太阳能汽车、电动汽车等,但是不消耗任何能量
的汽车不可能制成,因为它违背能量守恒定律。
2.热力学第一定律与能量守恒定律是什么关系?
提示能量守恒定律是各种形式的能相互转化或转移的过程,总能量保
持不变,它包括各个领域,其范围广泛。热力学第一定律是物体内能与其他
(2)突破了人们关于物质运动的认识范围,从本质上表明了各种运动形
式之间相互转化的可能性。能量守恒定律比机械能守恒定律更普遍,它是物
理学中解决问题的重要思维方法。能量守恒定律与细胞学说、生物进化论
并称 19 世纪自然科学中三大发现,其重要意义由此可见。
(3)具有重大实践意义,即彻底粉碎了永动机的幻想。
外做功的机器。
2.第一类永动机不可制成的原因:违背了能量守恒定律。
中学物理竞赛讲义-8.2热力学第一定律
8.2热力学第一定律一、热力学第一定律理想气体从一个状态缓慢变化到另一个状态的过程（准静态过程）中，做功和热传递会导致气体内能发生变化。
二、理想气体的内能由于理想气体不考虑分子间作用力，因此没有分子势能，因此内能即为分子的总动能 由压强的表达式23p n =和p nkT =，可得：32kT =。
注意ε的物理意义，ε是分子的平均平动动能。
1、对于单原子分子，总能量即平动动能 （3个自由度）32kT ε=总 2、对于双原子分子，总能量包括平动动能、转动动能（5个自由度）52kT =总3、对于多原子分子，总能量包括平动动能、转动动能（6个自由度）62kT ε=总因此可得对应气理想体的内能： 1、单原子分子组成的理想气体，内能3322A U NN kT NRT == 2、双原子分子组成的理想气体，内能5522A U NN kT NRT == 3、多原子分子组成的理想气体，内能6622A U NN kT NRT == 三、外力对气体做功的计算1、恒力（恒压）做功 W F l pS l p V =-∆=-∆=-∆2、变力（变压）做功（微元法） i i i W W p V =∆=-∆∑∑四、热量传递的计算1、对于固体和液体：一般来说体积变化可以忽略： Q cm T =∆其中，c 为比热：1kg 的物质，升温1°C 吸收的热量2、对于气体：(1)如果体积不变，所有热量都用来改变温度：V Q Nc T =∆其中，c V 为摩尔定容比热：1mol 的物质，保持体积不变，升温1°C 吸收的热量(2)如果压强不变，根据状态方程，温度变化，体积随之变化。
因此，一部分热量都用来改变温度，另一部分用来做功：p Q Nc T =∆其中，c p 为摩尔定压比热：1mol 的物质，保持压强不变，升温1°C 吸收的热量。
思考：对于气体，是否其它比热的定义？五、四种典型过程中的热力学第一定律1、等容过程02V i NR T Nc T ∆=+∆ 可得：2V i c R = 2、等压过程2p i NR T p V Nc T ∆=-∆+∆ 即：2p i N R T NR T Nc T ∆=-∆+∆ 可得：2p i c R R =+。
热力学第一定律ppt课件
程活塞对气体的压力逐渐增大，其做的功相当 于2×103 N的恒力使活塞移动相同距离所做的 功(图甲)。内燃机工作时汽缸温度高于环境温 度，该过程中压缩气体传递给汽缸的热量为 25 J。 (1)求上述压缩过程中气体内能的变化量。
解析：压缩过程中，活塞（外界）对气体（系统）做功，W是正值：
W1= F1l1= 2×103×0.1 J = 200 J
请你通过这个例子讨论总结功和热量取 正、负值的物理意义。
物理量
功W 热量Q 内能变化量ΔU
取正号（＋）的 取负号（－）的
意义
意义
外界对系统做功 系统对外界做功
系统吸热
系统放热
内能增加
内能减少
ΔU＝Q + W
ΔU＝－135J + －85J
ΔU＝－220J
气体内能减少了220J
练习
1.如图所示，密封的矿泉水瓶中，距瓶 口越近水的温度越高。一开口向下、导 热良好的小瓶置于矿泉水瓶中，小瓶中 封闭一段空气。挤压矿泉水瓶，小瓶下 沉到底部；松开后，小瓶缓慢上浮，请 分析上浮过程中：
科学推理
单纯地对系统做功做功（绝热过程）：ΔU=W 单纯地对系统传热： ΔU＝Q 当外界既对系统做功又对系统传热时，内能 的变化量就应该是：
ΔU＝Q+ W
归纳总结 热力学第一定律
ΔU＝Q+ W
一个热力学系统的内能变化量等于外界向它 传递的热量与外界对它所做的功的和.
物理量 ΔU Q W
物理意义 内能的变化量 外界向系统传递的热量 外界对系统所做的功
（2）是小瓶内气体对外界做功？还是外 界对小瓶内气体做功？
小瓶上升过程中，瓶内气 体的温度逐渐升高，压强 逐渐减小，根据理想气体 状态方程
解析：压缩过程中，活塞（外界）对气体（系统）做功，W是正值：
W1= F1l1= 2×103×0.1 J = 200 J
请你通过这个例子讨论总结功和热量取 正、负值的物理意义。
物理量
功W 热量Q 内能变化量ΔU
取正号（＋）的 取负号（－）的
意义
意义
外界对系统做功 系统对外界做功
系统吸热
系统放热
内能增加
内能减少
ΔU＝Q + W
ΔU＝－135J + －85J
ΔU＝－220J
气体内能减少了220J
练习
1.如图所示，密封的矿泉水瓶中，距瓶 口越近水的温度越高。一开口向下、导 热良好的小瓶置于矿泉水瓶中，小瓶中 封闭一段空气。挤压矿泉水瓶，小瓶下 沉到底部；松开后，小瓶缓慢上浮，请 分析上浮过程中：
科学推理
单纯地对系统做功做功（绝热过程）：ΔU=W 单纯地对系统传热： ΔU＝Q 当外界既对系统做功又对系统传热时，内能 的变化量就应该是：
ΔU＝Q+ W
归纳总结 热力学第一定律
ΔU＝Q+ W
一个热力学系统的内能变化量等于外界向它 传递的热量与外界对它所做的功的和.
物理量 ΔU Q W
物理意义 内能的变化量 外界向系统传递的热量 外界对系统所做的功
（2）是小瓶内气体对外界做功？还是外 界对小瓶内气体做功？
小瓶上升过程中，瓶内气 体的温度逐渐升高，压强 逐渐减小，根据理想气体 状态方程
高二物理竞赛-热力学第一定律课件
V
V
特征
恒量
准静态过程：从一个平衡态到另一平衡态所经过的每一中间状态均可近似看做平衡态的过程.
另一部分转化为系统对外所做的功.
理想气体内能：对给定的理想气体，它的内能仅是温度的单值函数.
Q V E 1 功是能量传递和转换的量度，它引起系统热运动
另一部分转化为系统对外所做的功.
E2
E1
QV
E2
5
2.等压过程
特征 p恒量
p
p (pⅠ,V1,T1) (p,ⅡV2,T2)
过程方程 VT1 恒量
W
功
W V2
p
V1
pdVp(V2V1)
o V1
M
W pp(V2V1)Mmol R(T2T1)
V2 V
M Q p E p (V 2 V 1 ) E 2 E 1 M m o lR (T 2 T 1 )
6
p
等 压
p (pⅠ,V1,T1) (p,ⅡV2,T2)
VV
热力学第一定律 dQV dE
Q VEE2E1
4
等 p p Ⅱ(p,V,T) 2 二 准静态过程（理想化的过程）
1）包括热现象在内的能量转换和守恒定律 .
2
2
p
等 p1
体 功是能量传递和转换的量度，它引起系统热运动
1）包括热现象在内的能量转换和守恒定律 .
体
通过传热方式传递能量的量度，系统和外界之间存在温差而发生的能量传递 .
物理意义 1）包括热现象在内的能量转换和守恒定律 .
第一类永动机是不可能制成的 .
2）实验经验总结，自然界的普遍规律 .
3
二 热力学第一定律在理想气体等值过程中的应用
热力学第一定律PPT教学课件
功能：进行光合作用。“养料制造工 厂”和“能量转换站”
形态：在光镜下，一般呈扁平的椭 球形或球形。
电镜下，可以看到双层膜结构。
成分：蛋白质；非 膜结构。
叶绿体内部充 满了基质和囊 状结构。
这些囊状结构 可垛叠成基粒。
（1）形态结构：单层膜连接成的网状结构。
（2）化学成分：蛋白质、磷脂、膜上有许多酶。
滚球永动 机
软臂永动机 19世纪有人设计了一种特殊机构，如图 所它的示臂. 可以弯曲.臂上有槽，小球沿凹 槽滚向伸长的臂端，使力矩增大.转到 另一侧，软臂开始弯曲，向轴心靠拢. 设计者认为这样可以使机器获得转矩. 然而，他没有想到力臂虽然缩短了，
阻力却增大了，转轮只能停止在原地. 软臂永动
机
阿基米得螺旋永动机 1681年，英国有一位著名的医生弗拉 德提出一个建议，利用阿基米得螺旋.
于腹肌细胞。
同一细胞在不同的生理状态下线粒体 的数量不同。分裂时期的细胞通常含有较多的线粒体
此外，不同细胞的线粒体嵴的数量也有
差异
叶 绿 体
4、核糖体
5、高尔基体
蛋白质的“装配机器”
1、单层膜结构：
2、双层膜结构：
3、非膜结构：
4、植物细胞特 有的结构：
分布：主要分布在高等植物的叶肉细 胞
的球链，放在斜面上，他认为链的“运动没有尽头是荒谬的”
，所以两侧应平衡.
如果说永动机的“发明”对人类有点益处的话，那就是人 们可以从中吸取教训：一切违背能量转化与守恒定律等自 然规律的“创造”都是注定要失败的.
亲爱的读者，你们读了这些发明永动机的故事有什么感 想？科学规律不容违反,违反了就要碰壁,大家千万不要 做那种徒劳无功的事啊！
所以此过程中外界对空气做了3.5 ×105J的功
形态：在光镜下，一般呈扁平的椭 球形或球形。
电镜下，可以看到双层膜结构。
成分：蛋白质；非 膜结构。
叶绿体内部充 满了基质和囊 状结构。
这些囊状结构 可垛叠成基粒。
（1）形态结构：单层膜连接成的网状结构。
（2）化学成分：蛋白质、磷脂、膜上有许多酶。
滚球永动 机
软臂永动机 19世纪有人设计了一种特殊机构，如图 所它的示臂. 可以弯曲.臂上有槽，小球沿凹 槽滚向伸长的臂端，使力矩增大.转到 另一侧，软臂开始弯曲，向轴心靠拢. 设计者认为这样可以使机器获得转矩. 然而，他没有想到力臂虽然缩短了，
阻力却增大了，转轮只能停止在原地. 软臂永动
机
阿基米得螺旋永动机 1681年，英国有一位著名的医生弗拉 德提出一个建议，利用阿基米得螺旋.
于腹肌细胞。
同一细胞在不同的生理状态下线粒体 的数量不同。分裂时期的细胞通常含有较多的线粒体
此外，不同细胞的线粒体嵴的数量也有
差异
叶 绿 体
4、核糖体
5、高尔基体
蛋白质的“装配机器”
1、单层膜结构：
2、双层膜结构：
3、非膜结构：
4、植物细胞特 有的结构：
分布：主要分布在高等植物的叶肉细 胞
的球链，放在斜面上，他认为链的“运动没有尽头是荒谬的”
，所以两侧应平衡.
如果说永动机的“发明”对人类有点益处的话，那就是人 们可以从中吸取教训：一切违背能量转化与守恒定律等自 然规律的“创造”都是注定要失败的.
亲爱的读者，你们读了这些发明永动机的故事有什么感 想？科学规律不容违反,违反了就要碰壁,大家千万不要 做那种徒劳无功的事啊！
所以此过程中外界对空气做了3.5 ×105J的功
热力学第一定律(高中物理教学课件)
2.应用热力学第一定律解题的一般步骤： ①根据符号法则列出各已知量(W、Q、ΔU)的正 负； ②根据方程ΔU＝W＋Q求出未知量； ③再根据未知量结果的正负来确定吸放热情况、 做功情况或内能变化情况
二.热力学第一定律的应用
3. 气体状态变化的几种特殊情况：
①绝热过程：Q＝0，则ΔU＝W，不发生热传递，系统内 能的变化只与做功有关（分绝热膨胀和绝热压缩） ②等温过程： ΔU＝0，则W＝－Q，气体内能不变，外 界对气体做的功与气体吸收的热量等值异号（分等温膨 胀和等温压缩） ③等容过程：W＝0，则ΔU＝，气体不做功，系统内能 的变化只与热传递有关（分升温升压和降温降压） ④等压过程：等压膨胀，温度升高，内能增加，对外做 功，气体吸热；等压压缩，温度降低，内能减少，对内 做功，气体放热
解：根据热力学第一定律：U W Q 2.5105 J 1.2105 J Q
Q 1.3105 J， 气体向外界放热1.3105 J的功
二.热力学第一定律的应用
1.判断气体是否做功的方法： 一般情况下看气体的体积是否变化． ①若气体体积增大，表明气体对外界做功，W<0 ②若气体体积减小，表明外界对气体做功，W>0
例10. 如图所示，置于水平桌面上的汽缸导热良好， 用活塞封闭了一定质量的理想气体，活塞与汽缸 壁间无摩擦。现用水平向右的外力F作用在活塞 上，使其缓慢向右移动，汽缸始终静止，外界温 度保持不变。在活塞被拉出汽缸前的过程中（ A） A．气体对外界做功，吸收热量 B．气体温度降低，放出热量 C．气体压强逐渐减小， 内能减小
D.大气压力对水不作功， 水的内能增加
例12. （多选）如图所示，绝热的容器内密闭一定 质量的理想气体（不考虑分子间的作用力），用 电阻丝缓慢对其加热时，绝热活塞无摩擦地上升， 下列说法正确的是（ AD ） A．单位时间内气体分子对活塞碰撞的次数减少 B．电流对气体做功，气体对外做功，气体内能 可能减少 C．电流对气体做功，气体又对外 做功，其内能可能不变 D．电流对气体做的功一定大于气 体对外做的功
二.热力学第一定律的应用
3. 气体状态变化的几种特殊情况：
①绝热过程：Q＝0，则ΔU＝W，不发生热传递，系统内 能的变化只与做功有关（分绝热膨胀和绝热压缩） ②等温过程： ΔU＝0，则W＝－Q，气体内能不变，外 界对气体做的功与气体吸收的热量等值异号（分等温膨 胀和等温压缩） ③等容过程：W＝0，则ΔU＝，气体不做功，系统内能 的变化只与热传递有关（分升温升压和降温降压） ④等压过程：等压膨胀，温度升高，内能增加，对外做 功，气体吸热；等压压缩，温度降低，内能减少，对内 做功，气体放热
解：根据热力学第一定律：U W Q 2.5105 J 1.2105 J Q
Q 1.3105 J， 气体向外界放热1.3105 J的功
二.热力学第一定律的应用
1.判断气体是否做功的方法： 一般情况下看气体的体积是否变化． ①若气体体积增大，表明气体对外界做功，W<0 ②若气体体积减小，表明外界对气体做功，W>0
例10. 如图所示，置于水平桌面上的汽缸导热良好， 用活塞封闭了一定质量的理想气体，活塞与汽缸 壁间无摩擦。现用水平向右的外力F作用在活塞 上，使其缓慢向右移动，汽缸始终静止，外界温 度保持不变。在活塞被拉出汽缸前的过程中（ A） A．气体对外界做功，吸收热量 B．气体温度降低，放出热量 C．气体压强逐渐减小， 内能减小
D.大气压力对水不作功， 水的内能增加
例12. （多选）如图所示，绝热的容器内密闭一定 质量的理想气体（不考虑分子间的作用力），用 电阻丝缓慢对其加热时，绝热活塞无摩擦地上升， 下列说法正确的是（ AD ） A．单位时间内气体分子对活塞碰撞的次数减少 B．电流对气体做功，气体对外做功，气体内能 可能减少 C．电流对气体做功，气体又对外 做功，其内能可能不变 D．电流对气体做的功一定大于气 体对外做的功
高二物理竞赛第章热力学第一定律课件
7.1 热力学第一定律（First law of thermodynamics)
一、内能 功和热量
1 内能（internal energy） ：系统处于一定状态时系 统内所有分子能量的总和
2 理想气体内能 E M i RT
2
内能是状态量,是状态参量T的单值函数 3 实际气体内能： 所有分子热运动的动能和分子间势能的总和
R(T2 T1)
Q p E p(V2 V1)
O V1
V2 V
pV RT
i 2
R(T2
T1 )
R(T2
T1 )
i
2RT
2
C p,mT
定压过程中系统吸收的热量一部分用来增加
系统的内能，一部分对外做功。
. dQ dE pdV
三. 等温过程
p1 p I
pV RT
T=恒量，dT=0，dE=0
绝热线比等温线更陡。
膨胀相同的体积绝热比等温压强下降得快
绝热过程中功的计算
1）热一定律，Q＝0， A E CV T
2) A p1V1 p2V2
1
由功的定义 A V2 pdV V1
绝热过程方程 p1V1 p2V2 pV
p p1(VV1)
A VV12 p1V1
dV V
p1V1
1 V 1
内能是状态参量T、V的单值函数 E E(T ,V )
4 系统内能改变的两种方式 1) 做功改变系统内能
摩擦升温（机械功）、电加热（电功） 功是过程量 2) 热量传递改变系统内能 热量是过程量 内能是状态量
改变系统状态，传热和作功是等效的 作功是系统内能与外界其它形式能量转换的量度 热量是系统与外界内能转换的量度
p F S pe
一、内能 功和热量
1 内能（internal energy） ：系统处于一定状态时系 统内所有分子能量的总和
2 理想气体内能 E M i RT
2
内能是状态量,是状态参量T的单值函数 3 实际气体内能： 所有分子热运动的动能和分子间势能的总和
R(T2 T1)
Q p E p(V2 V1)
O V1
V2 V
pV RT
i 2
R(T2
T1 )
R(T2
T1 )
i
2RT
2
C p,mT
定压过程中系统吸收的热量一部分用来增加
系统的内能，一部分对外做功。
. dQ dE pdV
三. 等温过程
p1 p I
pV RT
T=恒量，dT=0，dE=0
绝热线比等温线更陡。
膨胀相同的体积绝热比等温压强下降得快
绝热过程中功的计算
1）热一定律，Q＝0， A E CV T
2) A p1V1 p2V2
1
由功的定义 A V2 pdV V1
绝热过程方程 p1V1 p2V2 pV
p p1(VV1)
A VV12 p1V1
dV V
p1V1
1 V 1
内能是状态参量T、V的单值函数 E E(T ,V )
4 系统内能改变的两种方式 1) 做功改变系统内能
摩擦升温（机械功）、电加热（电功） 功是过程量 2) 热量传递改变系统内能 热量是过程量 内能是状态量
改变系统状态，传热和作功是等效的 作功是系统内能与外界其它形式能量转换的量度 热量是系统与外界内能转换的量度
p F S pe
热力学第一定律-PPT全
以自由滑动（活塞与汽缸间无摩擦、不漏气），也使汽缸内空气温度升高相同温
度，其吸收的热量为Q2。
（1）Q1和Q2哪个大些？
（2）气体在定容下的比热容与在定压下的比热容为什么会有不同？
（1）Q1＜Q2
（2）定压时，吸热会膨胀。
3．某风景区有一处约20层楼高的瀑布，甚为壮观。请估计：瀑布上、下水潭的水
温因瀑布的机械能转化成内能而相差多少？水的比热容c为 4.2 × 103J/（ · ℃） 。
一、热力学第一定律
1.表述：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。
ΔU= Q +W
2.意义：热力学第一定律反映了功、热量跟系统内能改变之间的定量关系。
一、热力学第一定律
3.定律中各量的正、负号及含义
ΔU= Q +W
物理量
符号
意义
符号
意义
W
+
外界对物体做功
-
物体对外界做功
0.14℃
4．奶牛的心脏停止跳动后，大约在1h内体温由37.0℃降低到33.5℃。请你由此估
算，在这种环境下饲养奶牛，要维持一个体重400kg奶牛的内能不变，每天喂养奶
牛的食物至少要能为它提供多少热量？计算时，可以认为奶牛体内绝大部分是水。
水的比热容c为4.2 × 103/（ · ℃） 。
1.41×108J
即外界对气体做功
二、热力学第一定律的应用
运用热力学第一定律解决问题
1.根据符号法则写出各已知量（、、Δ）的正、负。
2.根据方程Δ＝＋求出未知量。
3.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。
例题2：一定量的气体膨胀对外做功100J，同时从外界吸收了120J的热量，它的内
度，其吸收的热量为Q2。
（1）Q1和Q2哪个大些？
（2）气体在定容下的比热容与在定压下的比热容为什么会有不同？
（1）Q1＜Q2
（2）定压时，吸热会膨胀。
3．某风景区有一处约20层楼高的瀑布，甚为壮观。请估计：瀑布上、下水潭的水
温因瀑布的机械能转化成内能而相差多少？水的比热容c为 4.2 × 103J/（ · ℃） 。
一、热力学第一定律
1.表述：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。
ΔU= Q +W
2.意义：热力学第一定律反映了功、热量跟系统内能改变之间的定量关系。
一、热力学第一定律
3.定律中各量的正、负号及含义
ΔU= Q +W
物理量
符号
意义
符号
意义
W
+
外界对物体做功
-
物体对外界做功
0.14℃
4．奶牛的心脏停止跳动后，大约在1h内体温由37.0℃降低到33.5℃。请你由此估
算，在这种环境下饲养奶牛，要维持一个体重400kg奶牛的内能不变，每天喂养奶
牛的食物至少要能为它提供多少热量？计算时，可以认为奶牛体内绝大部分是水。
水的比热容c为4.2 × 103/（ · ℃） 。
1.41×108J
即外界对气体做功
二、热力学第一定律的应用
运用热力学第一定律解决问题
1.根据符号法则写出各已知量（、、Δ）的正、负。
2.根据方程Δ＝＋求出未知量。
3.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。
例题2：一定量的气体膨胀对外做功100J，同时从外界吸收了120J的热量，它的内
2022-2023学年高中物理竞赛课件：热力学第一定律及其应用
dQ dT
)V
(
U T
)V
Cv一般是T、V的函数
Cp
(
dQ dT
)
p
(
d
(U dT
pV
)
)
p
(dH ) p dT
(
H T
)
p
定义焓: H = U + pV焓是广延量,也是态函数． Cp是T、p的函数
地球上物体一般处在恒定的大气压下，所以很多物态变
化和化学反应是在定压条件下进行，且定压条件较易实
现，故H和Cp比U和Cv更有实用价值．
以功与热量是两种本质不同的能量转移方式．
无限小元过程中系统从外界吸收的微小热量dQ不是状态 参量的全微分
三，热容 比热容 摩尔热容源自在一定过程中，物体的温度升高1K时所吸收的热量称为 该物体在该过程中的热容。
C lim Q dQ T 0 T dT
热容是广延量
单位质量物质的热容称为该物质的比热容，简称比热。
热量不是传递的“热质”，而 是传递着的能量，即热量同功 相似，是能量传递和转换的另
一种方式和量度．
作机械功改变系统状态的焦耳实验
二，热量与功的比较
相似处：都是能量传递与转换的方式与量度，都是与 过程相关的量，不是态函数．
区别：热量实质上是高温物体传递给低温物体的热运动 能量；作功的方式向系统转移能量，实质上是分子有规 则运动的能量向分子无规则运动能量的转化和传递．所
Qp
Tf Ti
CpdT
Tf Ti
(dH ) p
H p (Tf
)
H p (Ti )
(H ) p
简单固体与液体的物态方程：
V V (T , p)
dV