熱力學(xué)第一定律 課件 高中物理新粵教版選擇性必修第三冊（2022年）

1、第三章 熱力學(xué)定律第一節(jié) 熱力學(xué)第一定律高中物理新粵教版選擇性必修第二冊一、物體的內(nèi)能彈簧具有彈性勢能，彈簧沒有形變時(shí)，彈力為零，彈性勢 能最??；拉伸或壓縮彈簧時(shí)，必須克服彈簧的彈力做功，彈簧的彈性勢能增大。類似地，由于分子間存在相互作用力，分子間具有由它們的相對(duì)位置決定的勢能，取無窮遠(yuǎn)處分子間勢能為零，則兩分子間的勢能和分子間距的關(guān)系如圖所示。當(dāng)分子間的距離為平衡間距時(shí)，分子間的作用力為零，分圖3-1-1兩分子間的子勢能最??；改變分子間距，則必須克服分子間的引力或斥力做功，分子勢能增大。另外，物體內(nèi)部的分子由于做熱運(yùn)動(dòng)還具有分子動(dòng)能。我們把物體中所有分子的動(dòng)能和分子勢能的總和，叫作物體的內(nèi)能

2、?！纠碚摽偨Y(jié)】物體的內(nèi)能跟物體的溫度和體積都有關(guān)系。溫度變化，分子動(dòng)能改變，因而物體的內(nèi)能發(fā)生變化；體積變化時(shí)，分子間距改變，分子勢能發(fā)生變化，因而物體的內(nèi)能發(fā)生變化。二、改變物體內(nèi)能的兩種方式日常生活和生產(chǎn)中做功改變物體內(nèi)能的例子很多。例如，擦火柴時(shí)，我們克服摩擦力做功，火柴頭內(nèi)能增加，溫度升高，引發(fā)一系列化學(xué)反應(yīng)使火柴燃燒起來，如圖所示；用鋸子鋸木頭，我們克服摩擦力做功，鋸條和木頭溫度升高，內(nèi)能增加。這類“摩擦生熱”的現(xiàn)象，實(shí)際上是因?yàn)樽龉Χ淖兾矬w的內(nèi)能。下面觀察兩個(gè)氣體做功使內(nèi)能改變的實(shí)驗(yàn)?！緦?shí)驗(yàn)探究1】1.如圖3-1-3所示，在一個(gè)厚壁的玻璃筒里放一小塊浸有乙醚的棉花，迅速壓下活塞，

3、能觀察到什么現(xiàn)象？【實(shí)驗(yàn)探究2】2.如圖3-1-4所示，在長圓柱形厚壁容器的一端通過膠塞插進(jìn)一支靈敏溫度計(jì)和一根氣針，另一端用卡子卡住一個(gè)可移動(dòng)的膠塞。用打氣筒慢慢向容器打氣，增大容器內(nèi)的壓強(qiáng)。當(dāng)容器內(nèi)的壓強(qiáng)增大到一定程度時(shí)，打開卡子，氣體沖開膠塞，可以從靈敏溫度計(jì)觀察到容器的溫度會(huì)發(fā)生什么變化？【實(shí)驗(yàn)總結(jié)】上述實(shí)驗(yàn)中的氣體由于壓強(qiáng)不大，溫度在常溫范圍內(nèi)，因此均可視為理想氣體。理想氣體分子間距較大，可忽略分子間的相互作用力，即忽略分子間勢能。所以理想氣體內(nèi)能只跟溫度有關(guān)，與體積無關(guān)。上述實(shí)驗(yàn)表明，氣體被壓縮時(shí)，活塞對(duì)筒內(nèi)的氣體做功，氣體的溫度升高，內(nèi)能增加；氣體膨脹對(duì)外做功，氣體的溫度下降，內(nèi)

4、能減小。氣體被壓縮或膨脹時(shí)做功，氣體的內(nèi)能就發(fā)生變化。做功可以改變物體的內(nèi)能。但是，做功并不是改變物體內(nèi)能的唯一方式。例如，將灼熱的小鐵塊放入一盆水中，鐵塊的溫度降低，內(nèi)能減少；水的溫度升高，內(nèi)能增加。這個(gè)過程是通過熱傳遞來實(shí)現(xiàn)的。由此可見，熱傳遞也可以改變物體的內(nèi)能，熱傳遞過程中物體內(nèi)能變化的量稱為熱量。習(xí)慣上我們所說的“物體吸熱(或放熱)多少”，實(shí)際上是指熱傳遞使物體的內(nèi)能增加（或減少）多少。我們可以用加熱（熱傳遞）的方法使一根鐵棒的溫度升高，也可以用摩擦生熱（做功）的方法使它升高同樣的溫度。所以，對(duì)于改變物體的內(nèi)能來說，熱傳遞和做功是等效的，都是改變物體內(nèi)能的方式。但二者仍有區(qū)別，做功的

5、實(shí)質(zhì)是內(nèi)能與其他形式的能之間的轉(zhuǎn)化，而熱傳遞則是不同物體（或同一物體不同部分）之間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移。二、熱力學(xué)第一定律及其應(yīng)用一個(gè)物體，如果它和外界不發(fā)生熱傳遞，則外界對(duì)物體所做的功W等于物體內(nèi)能的增加量U；如果外界對(duì)物體沒有做功，則物體吸收的熱量Q等于物體內(nèi)能的增加量U；如果外界同時(shí)對(duì)物體做功和進(jìn)行熱傳遞，則物體內(nèi)能的增加量U就等于物體吸收的熱量Q和外界對(duì)物體做的功W之和。即 U=Q+W上式表示功、熱量和內(nèi)能改變量間的定量關(guān)系，在物理學(xué)中叫作熱力學(xué)第一定律?！居懻摻涣鳌课覀冎溃饨缂瓤梢詫?duì)物體做正功，也可以對(duì)物體做負(fù)功；物體既可以從外界吸熱，也可能向外界放熱；物體的內(nèi)能可能增加，也可能減少。根據(jù)

6、熱力學(xué)第一定律的物理意義，如何規(guī)定Q、W和U的符號(hào)，才能全面反映功、熱量和內(nèi)能改變量間的定量關(guān)系？Q0表示 ，Q0表示 ;W0表示 ;U0表示 。1.物體內(nèi)能的概念2.改變物體內(nèi)能的兩種方式（1）做功；（2）熱傳遞。3.熱力學(xué)第一定律及其應(yīng)用1.下列說法正確的是（）A氣體如果失去了容器的約束會(huì)散開，這是因?yàn)闅怏w分子熱運(yùn)動(dòng)的結(jié)果B分子間同時(shí)存在著引力和斥力，當(dāng)分子間距增加時(shí)，分子間的引力增大，斥力減小C一定質(zhì)量的理想氣體，溫度升高，壓強(qiáng)不變，則單位時(shí)間撞到單位面積上的分子數(shù)減少D恒溫水池中，小氣泡由底部緩慢上升過程中，氣泡中的理想氣體內(nèi)能不變，對(duì)外做功，吸收熱量E當(dāng)人們感到潮濕時(shí)，空氣的絕對(duì)濕度

7、一定較大ACD2.某汽車后備箱內(nèi)安裝有撐起箱蓋的裝置，它主要由汽缸和活塞組成。開箱時(shí)，密閉于汽缸內(nèi)的壓縮氣體膨脹，將箱蓋頂起，如圖所示。在此過程中，若缸內(nèi)氣體與外界無熱交換，忽略氣體分子間相互作用，則缸內(nèi)氣體（ ）A對(duì)外做正功B氣體的溫度升高C分子平均動(dòng)能增大D分子的平均動(dòng)能減小AD3.如圖所示，固定氣缸側(cè)壁絕熱、底部導(dǎo)熱良好，活塞B、P絕熱，并可無摩擦滑動(dòng)，活塞B將氣缸內(nèi)氣體分為甲、乙兩部分，現(xiàn)將活塞P緩慢向右拉動(dòng)一段距離，則下列說法正確的是（ ）A甲氣體分子的平均動(dòng)能減小B甲氣體從外界吸熱C甲氣體分子對(duì)器壁單位面積撞擊力不變D乙氣體溫度降低E甲氣體對(duì)乙氣體做功小于乙氣體對(duì)P做功BDE4.騎

8、山地自行車成為一種流行的運(yùn)動(dòng)。這種自行車前輪有氣壓式減震裝置來抵抗顛簸，其原理如圖，隨著自行車的顛簸，活塞上下振動(dòng)，在氣缸內(nèi)封閉氣體的作用下，起到延緩震動(dòng)的目的，如果路面不平，下列關(guān)于該減震裝置的說法正確的是（ ）A活塞迅速下壓時(shí)氣缸內(nèi)的氣體分子平均動(dòng)能增大B活塞迅速下壓時(shí)氣缸內(nèi)的氣體分子間分子力增大C活塞迅速下壓時(shí)氣缸內(nèi)的氣體壓強(qiáng)增大D活塞下壓后迅速反彈時(shí)氣缸內(nèi)氣體內(nèi)能增加E活塞下壓后迅速反彈時(shí)氣缸內(nèi)有些氣體分子的速率增大ACE5.在斯特林循環(huán)的p-V圖像中，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a依次經(jīng)過狀態(tài)b、c和d后再回到狀態(tài)a，整個(gè)過程由兩個(gè)等溫過程和兩個(gè)等容過程組成，如圖甲所示；狀態(tài)c和狀態(tài)d時(shí)氣體分子熱運(yùn)動(dòng)速率的統(tǒng)計(jì)分布如圖乙所示。則下列說法正確的是（ ）A從狀態(tài)a到狀態(tài)b，氣體的溫度升高B從狀態(tài)b到狀態(tài)c，單位體積中的氣體分子數(shù)增多C從狀態(tài)c到狀態(tài)d，氣體對(duì)外放熱D狀態(tài)b時(shí)每個(gè)氣體分子的動(dòng)能都比狀態(tài)a時(shí)的大E狀態(tài)d對(duì)應(yīng)的是圖乙中的圖線ACE6.如圖所示為某噴水壺的結(jié)構(gòu)示意圖。未噴水時(shí)閥門K閉合，壓下壓桿A可向瓶內(nèi)儲(chǔ)氣室充氣，多次充氣后按下按柄B便可打開閥門K，水會(huì)自動(dòng)從噴嘴處噴出