高二物理热力学第一定律
高中物理-热力学第一定律
热力学第一定律热力学第一定律热力学第一定律内容是：研究对象内能的改变量，等于外界对它传递的热量与外界对它所做的功之和。
注：热量的传导与做功均需要注意正负性。
热力学第一定律公式热力学第一定律公式：△U=W+Q其中，△U——内能的变化量，单位焦耳（J），如果为负数，则说明研究对象内能减小。
Q——研究对象吸收的热量，单位焦耳（J），如果为负数，则说明研究对象向外释放热量。
在自然态下，Q传导具有方向性，即只能从高温物体向低温物体传递热量。
W——外界对研究对象做的功，单位焦耳（J），如果为负数，则说明研究对象对外界做功。
热力学第一定律理解误区之吸热内能一定增加？老师：并非如此。
如果对外做功，内能可能不变，甚至减小。
物体的内能是变大还是变小，取决于两个外在因素，其一是吸收（或放出）热量，另外一个是做功。
如果吸收了10J的热量，向外界做了20J的功，物体的内能不会增加，反而会减小（减小10J）。
热力学第一定律深入理解之温度与分子平均动能关系老师：分子平均动能Ek与热力学温度T是正比例关系，即分子平均动能Ek越大，热力学温度T就越大。
分子平均动能Ek是微观表现方式，而热力学温度T是宏观表现方式。
热力学第一定律深入理解之做功与气体体积关系老师：W与气体的体积相关，V减小，则是外界对气体做正功（压缩气体）。
反之，V增大，则是外界对气体做负功（气体膨胀向外界做功）。
热力学第一定律深入理解之能量守恒定律在热学的变形式老师：从热力学第一定律公式来看：△U=W+Q这与能量守恒定律是一致的。
能量守恒定律的内容是：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只能从一个物体传递给另一个物体，而且能量的形式也可以互相转换。
在热学领域，物体内能改变同样遵守能量守恒定律。
物体内能的增加，要么是伴随着外界做功，要么是由外界热量传导引起的。
在物体A内能增加的同时，物体B因为向A做功能量减小，或者物体C把自身内能以热量形式向物体A传导，自身能量减小。
高二物理热力学第一定律
D、大气压力对水不做功，水的内能增加
习题精选
1、一定质量的理想气体，如果体积膨胀，同时吸收热量， 下列关于该气体内能变化的说法中正确的是（ A、C ）
A、如果气体对外做的功大于吸收的热量，气体内能将减少 B、如果气体对外做的功小于吸收的热量，气体内能将减少 C、如果气体对外做的功等于吸收的热量，气体内能将不变 D、如果气体对外做的功等于吸收的热量，气体内能可能改变
典型例题
如图所示容器，A、B 中各有一个可以自由移动的活塞， 活塞下面是水，上面为大气，大气压恒定。 A、B 间用带有 阀门的管道相连，整个装置与外界隔热．A 容器的横截面积 大于 B 容器的横截面积，开始时 A 的液面高于 B 的液面， 开启阀门后，A 中的水逐渐流向 B，直至两边液面相平．在 D ） 这个过程中（ A、大气压力对水做功，水的内能增加 B、水克服大气压力做功，水的内能减小 C、大气压力对水不做功，水的内能不变
解:重锤打击一次的动能:EK=Mv2/2= 200 ( J )
重锤连续打击20次的动能 K总=4000 ( J ) 转化成内能ΔU=ηE总=2400(J) 由Q = C m Δt 吸收的热量Q= η ΔU=1200(J) 得Δt = 4 ℃
布置作业：
1、认真阅读课本选修3－3第65－68页，理解所学内容。 2、做题，课本选修3－3第69页问题与练习。
三、永动机不可能制成
1、 第一类永动机
概念：不消耗能量的机器。
结果：无一例外地归于失败。
原因：违背了能量守恒定律。
2、永动机给我们的启示
人类利用和改造自然时，必须遵循自然规律。
下面让我们来看看几种永动机模型 。见识一下人 们对永动机的研究情况：
著名科学家达·芬奇早在15世纪就提出过永动机不可能 的思想，他曾设计过一种转轮，如图1所示，
高二物理热力学第一定律2
C.物体吸收热量，同时对外做功，内能可能 不变
D.物体放出热量，同时对外做功，内能可能 不变
例3 如图11.6-2所示，直立容器内部有被隔 开的A、B两部分气体，A的密度小，B的密度 较大，抽去隔板，加热气体，使两部分气体 均匀混合，设在此过程中气体吸热Q，气体内 能增量为Δ U，则：
A.Δ U＝Q
五、热力学第一定律 能量守恒定律 1、热力学第一定律
用W、Q、ΔU表示功、热量、内能的改变量， 则： ΔU=w+Q
2、能的转化和守恒定律
外界对物体做功时w取“+”号，
物体对外界做功时w取“-”号；
从外界吸热Q取“+”号，
向外界放热Q取“-”号，
内能增加取“+”号， 内能减少取“-”号。
能量既不能凭空产生，也不能 凭空消失，它只能从一种形式 转化为别的形式，或者从一个 物体转移到别的物体。
例1 如图所示，质量为m的小木块A以水平初 速度v0冲上质量为M,长为l，置于光滑水平面 上的木板B，恰好没从B木板上掉下，AB间动 摩擦因素为μ ，思考：摩擦力做功是否全转化为内能）
例2 关于物休内能的变化，以下说法中正确 的是( )
A.物体吸收热量，内能一定增大
B.物体对外做功，内能一定减小
C.Δ U＞q
B.Δ U＜Q
D.无法比较
A
B
例4 光滑的水平桌面上一块质量M＝400g的 木块，被一颗质量m＝20g，以水平速度v＝ 500m/s飞行的子弹击中，子弹穿出木块时的 速度v1＝300m/s.若子弹击中木块的过程中， 系统损失的机械能全部转变为热能，其中η ＝41.8%部分被子弹吸收使其温度升高，已知 子弹的比热c＝125J/kg· ℃.试求子弹穿越木 块过程中升高的温度.
高二热力学第一定律
∵ PV/T=恒量 △ P=0 V ∴△ U<0 ∵ △ V>0∴W<0 根据热力学第一定律△U=Q+W Q=△U-W ∴Q>0
能量守恒定律
表述：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失， 它只会从一种形式转化为另一种形式，或者从 一个物体转移到别的物体，在转化或转移过程 中其总量不变。
◆能量守恒定律普遍适用，那个包含了所有形式 的能量。
• 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做功之和。
• 热力学第一定律反映功、热量与内能改变之间 的定量关系 • 公式：
△U=Q+W
• 运用热力学第一定律前要明确系统
(一)功W
1 广义的功:力学相互作用下的能量传递。
2 符号
W>0
W<0
外界对系统做功
系统对外界做功
(二)热量Q
1 系统与外界存在温度差时，系统与外界交 换的能量。 2 符号
Q>0 Q<0
系统从外界吸热
系统向外界放热
(三)内能增量△U
1 内能U的含义 (1)微观含义：
(2)不包括系统整体宏观运动的机械能 2 符号
△U>0
△U<0
内能增加
内能减少
归纳：
符号 W
QБайду номын сангаас△U
练习： （1）
>0
外界对系统做功
系统从外界吸热 系统 内能增加
10.3热力学第一定律 能量守恒定律
复习：
• 绝热过程，系统内能增量=外界对系统做的功
△U=W
• 单纯传热过程，系统内能增量=系统从外界吸热
△U=Q
思考：
高中物理 第二章热力学第一定律 - 热能工程
第二章 热力学第一定律一、目的及要求：掌握热力学第一定律在闭口系统及开口系统的表达式，掌握状态参数热力学能U 及焓H 的含义，掌握各种功（流动功、推动功、容积变化功、技术功等）的含义。
二、内容：2.1热力学第一定律的实质 2.2热力学能和总能 2.3能量的传递与转化 2.4焓及热力学第一定律的基本能量方程式 2.5 开口系统的能量方程式及能量方程式的应用三、重点及难点：2.1 深入理解热力学第一定律的实质，熟练掌握热力学第一定律及其表达式。
能够正确、灵活地应用热力学第一定律表达式来分析计算工程实际中的有关问题。
2.2 掌握能量、储存能、热力学能、总能的概念。
2.3 掌握体积变化功、推动功、轴功和技术功的要领及计算式。
2.4 注意焓的引出及其定义式。
四、主要外语词汇：enthalpy, first law of thermodynamics,五、本章节采用多媒体课件六、复习思考题及作业：思考题：1、热力学第一定律的实质是什么？2、闭口系热力学第一定律的两个数学表达式q du w δδ=+和t q dh w δδ=+的适用范围有何不同？3、工质进行膨胀时是否必须对工质加热？工质吸热后热力学能是否一定增加？对工质加热其温度反而降低是否有可能？4、膨胀功、推动功、轴功和技术功四者之间有何联系和区别？5、为什么推动功出现在开口系能量方程式中，而不出现在闭口系能量方程式中？6、什么是焓？它的物理意义是什么？为什么说它是工质的状态参数？7、如图中过程1-2与过程1-a-2，有相同的初态和终态，试比较两过程的功谁大谁小？热量谁大谁小？热力学能的变化量谁大谁小？8、如图所示一内壁绝热的容器，中间用隔板分为两部分，A 中存有高压空气，B 中保持高度真空。
如果将隔板抽出，容器中空气的热力学能如何变化？为什么？作业：2－3，2－5,2－6,2－8,2－9,2－11，2－12第二章热力学第一定律热力学第一定律是热力学的基本定律之一，它给出了系统与外界相互作用过程中，系统能量变化与其它形式能量之间的数量关系。
高二物理选修课件热力学第一定律能量守恒定律
01
孤立系统
与外界既没有物质交换也没有 能量交换的系统。
02
封闭系统
与外界有能量交换但没有物质 交换的系统。
03
开放系统
与外界既有能量交换又有物质 交换的系统。
能量转化与传递方式
03
做功
热传递
内能变化
在热力学中，做功是指系统对外界或外界 对系统所做的功，它是能量转化的一种方 式。
热量从高温物体传向低温物体的过程，或 者从同一物体的高温部分传向低温部分的 过程。
01
热力学第一定律概述
热力学第一定律定义
01
热力学第一定律
02
能量守恒
热量可以从一个物体传递到另一个物体，也可以与机械能或其他能量 互相转换，但是在转换过程中，能量的总值保持不变。
热力学第一定律表明，能量在封闭系统内不能被创造或消灭，只能从 一种形式转化为另一种形式，总量保持不变。
热力学系统与外界关系
热力学第一定律在日常生 活中的应用
汽车引擎工作原理及效率分析
汽车引擎工作原理
汽车引擎通过燃烧汽油或柴油等燃料，将化学能转化为热能 ，再通过热机过程将热能转化为机械能，从而驱动汽车行驶 。
效率分析
在汽车引擎中，燃料的化学能只有一部分转化为机械能，其 余部分以废热的形式散失到环境中。引擎的效率取决于多个 因素，如燃烧效率、热传导损失、机械摩擦损失等。
太阳能热水器工作原理及性能评价
太阳能热水器工作原理
太阳能热水器利用太阳能集热器吸收太阳辐射能，将其转化为热能并传递给水， 使水温升高。太阳能集热器通常由吸热板、保温层和外壳组成。
性能评价
太阳能热水器的性能主要取决于集热器的集热效率、保温性能以及热水器的容量 和结构设计。高效的太阳能热水器能够在充足的阳光下提供大量的热水，同时保 持较低的散热损失。
热力学第一定律的内容及公式
热力学第一定律的内容及公式
热力学第一定律是热力学很重要的定律，简称为第一定律。
热力学第一定律是物理和化学中最基本也是最重要的定律，概括地说，它指出了总热量是不可消失的，即能量守恒定律。
它是由德国物理学家莱布尼兹在1850年发现的。
热力学第一定律指出，内能系统内所有物质之间的总热量交换是不可消失的，即总热量守恒定律，在反应过程中能量不会消失，它只能以动能形式存在，也就是说，能量可以有很多形式存在，但是总量是不变的。
它可以用如下的公式来表示：
E=q+w
其中，E表示热力学第一定律定义的能量总量；q表示热量；w
表示功能。
热力学第一定律可以用来解释诸如内能的变化、热动力学中的功能过程、经典热力学定律的发展，以及熵的概念。
它的应用还可以普遍用于热力学和热工程的其他领域。
所有的能量转换都可以用热力学第一定律进行表述，即能量在某种形式变换到另一种形式的守恒定律。
比如，当将动能转化为功能，则q+w=E，即动能变为功能的过程中，能量总量E是不变的。
当功能转化为动能，则q-w=E，即功能变为动能的过程中，能量总量E也是不变的。
总之，热力学第一定律是一个重要的定律，它表明能量总量在任何过程中都是守恒的，它是对物理和化学中反应过程能量变化的最基
本的定律。
热力学第一定律解释了热力学和热工程中诸如内能的变化、热动力学中的功能过程、熵的性质及其变化的原理，在热力学和热工程的理论和应用方面有着重要的意义。
高二物理热力学第一定律
3.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ΔU与热量Ｑ及 做的功Ｗ之间又有什么关系 呢？
1.一个物体，如果它既没有 吸收热量也没有放出热量， 那么，外界对它做多少功， 它的内能就增加多少；物 体对外界做多少功，它的 内能就减少多少.
返回
2.如果外界既没有对物体做 功，物体也没有对外界做 功，那么物体吸收了多少 热量，它的内能就增加多 少，物体放出了多少热量， 它的内能就减少多少.
热力学第一定律
分子 动能
•分子因热运动而具有的能量 •同温度下各个分子的分子动能ＥK 不同
•分子动能的平均值仅和温度有关
分子 势能
•分子间因有相互作用力而具有的、由它 们相对位置决定的能量 • r＜r0时,r↓→ＥP↑;ｒ＞ｒ0时,r↑→ＥP↑; ｒ＝ｒ0时，ＥP 最低 •ＥP 随物态的变化而变化
外界对物 － 体做功 物体吸收 － 热量 内能增加 －
三、应用
例题：一定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：①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？ ②如果气体吸收的热量仍为2.6×105J不变， 但是内能只增加了1.6×105J，这一过程做功情 况怎样？
热力学第 一定律 各量的正 负号含义
应用
能量守 恒定律
用动机不 可能制成
总结
一、热力学第一定律
1.一个物体，它既没有吸收热量也没有 放出热量，那么： ①如果外界做的功为Ｗ，则它的内能 如何变化？变化了多少？ ②如果物体对外界做的功为Ｗ，则它 的内能如何变化？变化了多少？
2.一个物体，如果外界既没有对物体 做功，物体也没有对外界做功，那么： ①如果物体吸收热量Ｑ，它的内能如 何变化？变化了多少？ ②如果放出热量Ｑ，它的内能如何变 化？变化了多少？
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
度时的弹性势能为零),现绳突然断开,弹簧推动活塞向上运动,经过
多次往复运动后活塞静止,气体达到平衡态,经过此过程 （
D
）
理想 气体
A． EP全部转换为气体的内能 B. EP一部分转换成活塞的重力势能,其余部分仍 为弹簧的弹性势能 C． EP全部转换成活塞的重力势能和气体的内能 D． EP一部分转换成活塞的重力势能,一部分转换 为气体的内能,其余部分仍为弹簧的弹性势能
C．气体的温度越低，气体分子无规则运动的平均
动能越大
D．气体的温度越高，气体分子无规则运动的平均 动能越大
例题3、
下列说法正确的是 （
D
）
A．外界对一物体做功，此物体的内能一定增加 B．机械能完全转化成内能是不可能的 C．将热量传给一个物体，此物体的内能一定改变 D．一定量气体对外做功，气体的内能不一定减少
内能是一个状态量，一个物体在不同的状态下
有不同的内能
热量是一个过程量，它表示由于热传递而引起 的变化过程中转移的能量，即内能的改变量。 如果没有热传递，就没有热量可言，但此时仍有内能
1、下列说法中正确的是: （A，C） A、做功和热传递是改变物体内能的两种不同的物理
过程
B、做功和热传递在改变物体内能上是等效的，因此 对物体做功就是对物体传热 C、热量是在热传递中，从一个物体向另一个物体或 物体一部分向另一部分转移的内能的多少
ΔU
+
内能增加 －
内能减少
返回
三、应用
例题：一定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：①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？ ②如果气体吸收的热量仍为2.6×105J不变， 但是内能只增加了1.6×105J，这一过程做功情 况怎样？
学习难点：
1、如何用能量转化和守恒的观点分析物理 现象； 2、热力学第一定律Δ U = W + Q中各物理 量的意义及正负号的确定。
学习过程：
[问]：改变物体内能的方式有哪些？
①做功 ②和热传递
[问]：既然做功和热传递都可以改变物体的 内能，那么，功、热量跟内能的改变之间一定 有某种联系，我们就来研究这个问题.
•物体内所有分子的ＥK 和ＥP 总和 •物体的内能与温度和体积有关，还和物体所 含的分子数有关。
物体 内能
复习题：
1、下列说法正确吗?
A、物体所有分子的动能的总和=物体的动能
B、速度快的分子比速度慢的分子温度高
C、温度高物体中的分子运动速度大于温度低的物体 中的分子运动速度.
等于 2.10Kg 500C 水分子的平均动能____1Kg 500C 水分 子平均动能 大于 1Kg 500C 的水的内能 10Kg 500C 水的内能_____
热力学第一定律
分子 动能
•分子因热运动而具有的能量 •同温度下各个分子的分子动能ＥK 不同
•分子动能的平均值仅和温度有关
分子 势能
•分子间因有相互作用力而具有的、由它 们相对位置决定的能量 • r＜r0时,r↓→ＥP↑;ｒ＞ｒ0时,r↑→ＥP↑; ｒ＝ｒ0时，ＥP 最低 •ＥP 随物态的变化而变化
解：①根据ΔU = W + Q 得 5J － ＇ 5J －＇ 5J=× 解：②同理可得： W =ΔU － Q = 1.6 10 W = ΔU － Q = 4.2 × 10 2.6 ×＇ 10 1.6 × 105J 5J= － 1.0×105J W为负值，说明气体对外 2.6 × 10 W为正值，外界对气体做功，做了1.6×105J 的功。 界做功（气体体积变大），做了1.0×105J 的功。
例题1、
一定量的气体吸收热量，体积膨胀并对外做功， 则此过程的末态与初态相比， （ D ） A．气体内能一定增加 B．气体内能一定减小 C．气体内能一定不变 D．气体内能是增是减不能确定
例题2、
下列说法正确的是 （
D
）
A．外界对气体做功，气体的内能一定增大
B．气体从外界吸收热量，气体的内能一定增大
D、高温的物体具有热量多，低温的物体具有热量少
E、冷和热的物体混合时，热的物体把温度传给冷的 物体，最后温度相同
2、关于物体内能，下列说法中正确的是: （A，C） 功来改变物体内能
A、手感到冷时，搓搓手就会感到暖些，这是利用做
B、将物体举高或使它们的速度增大，是利用作功来
使物体内能增大
C、阳光照晒衣服，衣服的温度升高，是利用热传递 来改变物体内能的 D、用打气筒打气，筒内气体变热，是利用热传递来 改变物体的内能
对内
（外界对物 体做功）
对外
（物体对外 界做功）
吸热
（物体从外 界吸热）
放热
（物体对外 界放热）
内能增加
内能减少
内能增加
内能减少
做功和热传递的区别
（1）做功改变内能：实质上是其它形式的能和内能 之间转化 （2）热传递：实质上是各物体间内能的转移 （3）做功和热传递在改变内能效果上是等效的
内能与热量的区别
例题4：
一定质量的理想气体，从某一状态开始，经过一 系列变化后又回一开始的状态，用W1表示外界对气 体做的功，W2表示气体对外界做的功，Q1表示气体 吸收的热量，Q2表示气体放出的热量，则在整个过 程中一定有 （ A ） A．Q1—Q2=W2—W1 C．W1=W2 B．Q1=Q2 D．Q1>Q2
点拨：整个过程的内能不变， ΔE = 0
3.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ΔU与热量Ｑ及 做的功Ｗ乊间又有什么关系 呢？
1.一个物体，如果它既没有 吸收热量也没有放出热量， 那么，外界对它做多少功， 它的内能就增加多少；物 体对外界做多少功，它的 内能就减少多少.
返回
2.如果外界既没有对物体做 功，物体也没有对外界做 功，那么物体吸收了多少 热量，它的内能就增加多 少，物体放出了多少热量， 它的内能就减少多少.
0C的水蒸气的内能 小于 3.10Kg1000C水的内能_____10Kg100
分子势能？
大于 10Kg 00C 水的内能_____10Kg 00C 的冰的内能 对于物态发生变化的过程，由吸热或放热来
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
分析物体内能的增减是一种很简便的判断方法.
学习重点：
1、能量守恒定律。 2、从能量转化的观点理解热力学第一定律， 会用Δ U = W + Q 分析和计算有关问题。
热力学第 一定律 各量的正 负号含义
应用
能量守 恒定律
用动机不 可能制成
总结
一、热力学第一定律
1.一个物体，它既没有吸收热量也没有 放出热量，那么： ①如果外界做的功为Ｗ，则它的内能 如何变化？变化了多少？ ②如果物体对外界做的功为Ｗ，则它 的内能如何变化？变化了多少？
2.一个物体，如果外界既没有对物体 做功，物体也没有对外界做功，那么： ①如果物体吸收热量Ｑ，它的内能如 何变化？变化了多少？ ②如果放出热量Ｑ，它的内能如何变 化？变化了多少？
返回
Δ U 物体内能的增加量
W 外界对物体做的功 Q 物体吸收的热量
ΔU = W + Q
该式表示的是内能的变化量跟功、热 量的定量关系，在物理学中叫做热力学 第一定律.
返回
二、定律中各量的正、负号及含义
物理量 符号
W Q + +
意义
符 号
意义
物体对外 界做功 物体放出 热量
外界对物 － 体做功 物体吸收 － 热量
3、关于内能，下列说法正确的是 C 机械能增大 A、温度相同的物体内能一样多 B、一罐气放在卡车上随卡车做加速运动，罐中气体 动能越来越大，所以内能也越来越大 C、一定质量的物体的内能，由温度和体积决定 D、某物体的内能为E，含分子数为n个，那么每个分 子的内能为E/n
改变内能的两种方式
做功
热传递
P68图10.3-1
根据能量守恒定律，任何一部机器， 只能使能量从一种形式转化为另一种 形式，而不能无中生有地制造能量， 因此第一类永动机是不可能制成的.
六、总结 1、热力学第一定律： 2、能量守恒定律：
ΔU = W + Q
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别的物 体；在转化和转移过程中其总量不变， 这就是能量守恒定律.
由热力学第一定律 ΔE=W总+Q总=0 Q总= - W总 ∴ Q1—Q2=W2—W1
例题5、
如图所示 ,密闭绝热的具有一定质量的活塞 ,活塞的上部封
闭着气体,下部为真空 ,活塞与器壁的摩擦忽略不计 ,置于真空中的
轻弹簧的一端固定于理想气体容器的底部.另一端固定在活塞上,弹 簧被压缩后用绳扎紧 ,此时弹簧的弹性势能为 EP( 弹簧处于自然长
四、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别的物 体；在转化和转移过程中其总量不变， 这就是能量守恒定律.
五、永动机不可能制成
永动机：不消耗任何能量，却可以源 源不断地对外做功，这种机器叫永动 机.人们把这种不消耗能量的永动机叫 第一类永动机.（不吃草的马）