第2節(jié) 熱力學第一定律-2021-2022學年高二物理 課件（人教版2019選擇性必修第三冊）

要讓物體的內能增加20J，有什么方法？對物體做20J功對物體傳20J熱→做功與熱傳遞等效一定的功與確定數(shù)量的熱量相對應對物體傳10J熱，再對物體做10J功……如何計算物體的內能變化?U

？?U=W+Q熱力學第一定律第2節(jié)熱力學第一定律1.內容：一個熱力學系統(tǒng)的內能增量等于外界向

它傳遞的熱量與外界對它所做的功的和。第2節(jié)熱力學第一定律氣體膨脹W取注意：吸熱Q為正，放熱Q為負壓縮氣體W取正，負一、熱力學第一定律注意:做功與熱傳遞在改變系統(tǒng)內能方面是等效的。2.公式：ΔU＝Q＋W思維拓展如圖1所示，快速推動活塞對汽缸內氣體做功10J，氣體內能改變了多少？若保持氣體體積不變，外界對汽缸傳遞10J的熱量，氣體內能改變了多少？能否說明10J的功等于10J的熱量？答案10J，不能,因為功與熱量具有本質區(qū)別。例1：一定量的氣體，在膨脹過程中做了135J的功，同時向外放熱85J，則氣體的內能變化量是多少？解:ΔU＝W外+Q吸＝-135+(-85)＝-220J內能減少了220J例2：一定量的氣體，在膨脹過程中做了W的功，同時向外放熱Q，則氣體的內能變化量是多少？解:ΔU＝W外+Q吸＝-W+(-Q)＝-(W+Q)內能減少了(W+Q)例3：給旱區(qū)送水的消防車停在水平地面上，在緩慢放水的過程中，若車胎不漏氣，胎內氣體溫度不變，不計分子勢能，則胎內氣體()A.從外界吸熱B.對外界放熱C.對外界做負功

D.內能增加A例4.如圖所示，某同學將空的薄金屬筒開口向下壓入水中．設水溫均勻且恒定，筒內空氣無泄漏，不計氣體分子間相互作用，則被淹沒的金屬筒在緩慢下降過程中，筒內空氣體積減小(

)A．從外界吸熱

B．內能增大C．向外界放熱

D．內能減小C例5.如圖所示，一定質量的理想氣體從狀態(tài)A經等壓過程到狀態(tài)B.此過程中，氣體壓強p＝1.0×105Pa，吸收的熱量Q＝7.0×102J,求此過程中氣體內能的增量BA解:A到B，等壓過程W外=PS-PΔV=-P(VB-VA)VATA=VBTB得：ΔU＝5.0×102JΔU＝W外+Q吸得VB＝8x10-3m3自然界中存在不同形式的能：動能、重力勢能、彈性勢能、電能、內能等

不同形式的能之間可以發(fā)相互轉化由特定的力做多少功來量度有多少能發(fā)生了轉化熱力學第一定律充分說明在能量轉化或轉移過程中，總能量保持不變歷史上人們曾想制造一種機器：不需要任何動力或燃料，卻能不斷對外做功的機器：永動機達芬奇設計經典設計方案磁動力設計方案,永動機的失敗促使人們思考

一位德國的青年醫(yī)生羅伯特·邁爾（1814—1878）開始鉆研這個問題。當時，邁爾在一艘遠洋輪船上擔任船醫(yī)。他發(fā)現(xiàn)，當船在熱帶航行時，從病人靜脈中抽出來的血液，要比在歐洲時更紅一些。這是為什么呢？邁爾想，大約是熱帶氣溫高，人體消耗的熱量少，于是血液從人體中吸收的養(yǎng)料也比較少；養(yǎng)料在血液中氧化減少，所以靜脈中含氧比較多，于是顏色就紅一些。邁爾從中得到啟發(fā)，懂得養(yǎng)料中的化學能，可以轉化為熱能。他認為，有多少化學能，就只能轉化為多少熱能，轉化時能量不會增多，也不會減少。1814年，年僅27歲的邁爾大膽地寫了一篇論文《關于非生物界各種力的意見》，明確地提出能量“無不生有，有不變無”，認為各種形式的能量可以互相轉化，但是轉化前后的總能量是守恒的。

邁爾把論文寄給了當時的學術界享有盛譽的德國《物理學和化學年鑒》雜志。這家雜志的主編波根道夫對這位“無名小卒”的來稿理也不理，不僅不發(fā)表，連原稿都沒有退還給他。

邁爾并不灰心，堅信真理在他手中。邁爾又寫了幾篇論文，更加明確地論述了能量守恒的原理。這些論文寄出去以后，仍如石沉大海，毫無回音。邁爾沒辦法，到后來，他把自己僅有的一點積蓄拿出來，在一家雜志上自費發(fā)表了論文。誰知論文的發(fā)表，給邁爾招來了災難。當時那些科學界的權威們滿腦子是“熱素”、“燃素”之類神秘的“素”，把邁爾的理論視為“邪說異端”。于是，有人造謠說邁爾患了精神病，才寫出那樣胡說八道的文章，竟然把邁爾關進了瘋人院！

無獨有偶。在英國，一位名叫焦耳的青年釀酒商人，利用業(yè)余時間，對電流通過電阻時產生的發(fā)熱現(xiàn)象，進行了認真的研究。1840年，年僅22歲的焦耳發(fā)表了論文《論伏打電所產生的熱》，提出了他經過多次實驗發(fā)現(xiàn)的一條定律：當電流通過導體時，導體在一定時間內產生的熱量同導體的電阻和電流強度平方的乘積成正比。在這里，焦耳不僅指出了電能會轉化為熱能，而且以精確的數(shù)學公式表明了轉換規(guī)律。

過了3年，焦耳又發(fā)表了論文《論磁電的熱量效應和熱的機械值》，清楚地指出：“那里消耗了機械力，總能得到相當?shù)臒?。”焦耳以自己精確的實驗為依據(jù)，說明“使一磅水增加1°F的熱量等于把770磅物體提高1英尺的機械功?！?/p>

焦耳的論文同樣被當時的科學界權威們嗤之以鼻，不予理睬。然而，焦耳是個勇往直前的年青人，他堅持做了大量的實驗，以精確的數(shù)據(jù)有力地說明各種能量在轉化時確實是守恒的。這些精確的實驗，是無法抹煞的！經過整整10年的奮戰(zhàn)，焦耳接二連三地發(fā)表了一系列論文，這才逐漸引起了各國科學界的重視。

與此同時，許多不同國籍的科學家各自獨立地進行著這方面的研究:丹麥28歲的科學家柯爾?。?815—1888），通過對摩擦生熱現(xiàn)象的研究，寫成了關于能量守恒定律的論文，送給哥本哈根科學院。1847年，德國年僅26歲的軍醫(yī)赫爾曼·赫爾姆霍茨（1821—1894）寫了論文《論力的守恒》，闡述能量守恒的思想。他的論文寄到《物理學和化學年鑒》雜志，同樣被主編波根道夫所壓制，沒有發(fā)表。后來，赫爾姆霍茨自費印刷了這篇論文。2.意義(1)各種形式的能可以___________。(2)各種物理現(xiàn)象可以用________________聯(lián)系在一起。1.內容：能量既不會憑空_______，也不會憑空_______，它只能從一種形式_______為另一種形式，或者從一個物體_______到別的物體，在轉化和轉移的過程中，能量的總量____________。產生消失轉化轉移保持不變相互轉化能量守恒定律第2節(jié)熱力學第一定律一、熱力學第一定律二、能量守恒定律(3)宣告第一類永動機(不消耗能量的機器)不可能制成。1：是一個普遍適用的定律能量守恒定律的重要性比機械能守恒定律應用更廣2：將各種現(xiàn)象聯(lián)系在一起力學、熱學、電學、光學、化學、生物學3：指導著人們的生產、科研泡利和費米利用能量守恒預言了中微子的存在;4：19世紀自然科學三大發(fā)現(xiàn)之一細胞學說；生物進化論(恩格斯)宣告了第一類永動機造不成思考判斷(1)系統(tǒng)從外界吸收熱量5J，內能可能增加5J。(

)(2)用太陽灶燒水是太陽能轉化為內能。(

)(3)能量既可以轉移又可以轉化，故能量的總量是可以變化的。(

)(4)違背能量守恒定律的過程是不可能發(fā)生的。(