人教版（2019）選修第三冊(cè)3.1

功、熱和內(nèi)能的改變3.2

熱力學(xué)第一定律第三章熱力學(xué)定律

1.了解焦耳的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)原理，認(rèn)識(shí)焦耳實(shí)驗(yàn)探究對(duì)建立熱力學(xué)規(guī)律的意義;2.會(huì)用功能關(guān)系構(gòu)建內(nèi)能的概念;3.知道做功和傳熱在改變系統(tǒng)內(nèi)能上的區(qū)別，并會(huì)區(qū)分熱量和內(nèi)能的概念;4.理解做功與內(nèi)能的改變和傳熱與內(nèi)能的改變的關(guān)系，會(huì)解釋相關(guān)的現(xiàn)象;5.能以系統(tǒng)為對(duì)象，用綜合分析的方法導(dǎo)出熱力學(xué)第一定律;6.能運(yùn)用熱力學(xué)第一定律解釋和計(jì)算能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移問(wèn)題。學(xué)習(xí)目標(biāo)導(dǎo)入新課實(shí)驗(yàn)：壓縮氣體引火實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)：氣體膨脹做功實(shí)驗(yàn)1.絕熱過(guò)程:案例總結(jié)：系統(tǒng)狀態(tài)變化過(guò)程中，與外界之間沒(méi)有熱傳遞。

對(duì)氣體做功，內(nèi)能增加，溫度升高；氣體對(duì)外做功，內(nèi)能減少，溫度降低。例如：熱力學(xué)系統(tǒng)狀態(tài)變化太快，系統(tǒng)與外界“來(lái)不及”發(fā)生熱交換，可視為絕熱過(guò)程。2.絕熱過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)1

重物下落攪拌水，使水溫度升高實(shí)驗(yàn)2

電流的熱效應(yīng)給水加熱絕熱容器，容器中安裝著葉片組成的攪拌器。重物下降，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，電流通過(guò)熱效應(yīng)為液體加熱。一、焦耳的實(shí)驗(yàn)（電阻絲和水）（水和攪拌器）（絕熱過(guò)程）⑴兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的研究對(duì)象（即系統(tǒng)）分別是什么？⑵實(shí)驗(yàn)條件是什么？⑶兩個(gè)實(shí)驗(yàn)做功的方式有什么不同?思考：結(jié)論：⑷兩個(gè)實(shí)驗(yàn)中的共性是什么？

做功的具體過(guò)程和方式不同，但只要外界對(duì)系統(tǒng)所做的功相同，系統(tǒng)上升的溫度就一定相同。絕熱過(guò)程系統(tǒng)初狀態(tài)系統(tǒng)末狀態(tài)外界做功W一定（W的數(shù)值與做功的具體過(guò)程和方式無(wú)關(guān)）

任何一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)都必定存在一個(gè)只依賴于系統(tǒng)自身狀態(tài)的物理量，這個(gè)物理量在兩個(gè)狀態(tài)間的差別與外界在絕熱過(guò)程中對(duì)系統(tǒng)所做的功相聯(lián)系。這個(gè)物理量稱為系統(tǒng)的內(nèi)能。給出內(nèi)能的宏觀定義：●焦耳實(shí)驗(yàn)的意義是什么？思考：●回顧內(nèi)能的微觀定義是什么？●利用內(nèi)能的概念，怎樣敘述焦耳的實(shí)驗(yàn)結(jié)論？在熱力學(xué)系統(tǒng)的絕熱過(guò)程中，只要做功相同，熱力學(xué)系統(tǒng)內(nèi)能改變就相同。給出了內(nèi)能的宏觀定義絕熱過(guò)程系統(tǒng)狀態(tài)1U1系統(tǒng)狀態(tài)2U2內(nèi)能變化：⊿U=U2-U1⊿U=W（W為外界對(duì)系統(tǒng)做的功）W>0，則U2>U1，內(nèi)能增加W<0（又稱系統(tǒng)對(duì)外界做功），則U2<U1，內(nèi)能減少討論：二、功與內(nèi)能的改變單純傳熱系統(tǒng)狀態(tài)1系統(tǒng)狀態(tài)2U1U2內(nèi)能變化：⊿U=U2-U1⊿U=Q（Q為外界對(duì)系統(tǒng)傳遞的熱量）Q>0，則系統(tǒng)吸熱，內(nèi)能增加。Q<0，則系統(tǒng)放熱，內(nèi)能減少。討論：三、熱與內(nèi)能的改變做功傳熱發(fā)生條件本質(zhì)比較：做功與傳熱在改變系統(tǒng)內(nèi)能上的不同轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)移內(nèi)能內(nèi)能其它形式能內(nèi)能系統(tǒng)與外界存在溫差任何溫度下均發(fā)生做功與內(nèi)能的改變和傳熱與內(nèi)能的改變的聯(lián)系是什么？思考：做功和傳熱在改變系統(tǒng)內(nèi)能上是等價(jià)的。針對(duì)練

如圖，一定質(zhì)量的理想氣體密封在絕熱(即與外界不發(fā)生熱交換)容器中，容器內(nèi)裝有一可以活動(dòng)的絕熱活塞。今對(duì)活塞施以一豎直向下的壓力F，使活塞緩慢向下移動(dòng)一段距離后，氣體的體積減小。若忽略活塞與容器壁間的摩擦力，則被密封的氣體(

)A．溫度升高，壓強(qiáng)增大，內(nèi)能減少B．溫度降低，壓強(qiáng)增大，內(nèi)能減少C．溫度升高，壓強(qiáng)增大，內(nèi)能增加D．溫度降低，壓強(qiáng)減小，內(nèi)能增加C1.內(nèi)容：一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)內(nèi)能的變化量等于外界向它傳遞的熱量與外界對(duì)它所做功的和。2.表達(dá)式⊿U=Q+W3.公式各量符號(hào)的意義＋－WQ⊿U四、熱力學(xué)第一定律例題

課本3.2-1，一臺(tái)四沖程內(nèi)燃機(jī)，活塞在壓縮沖程某段時(shí)間內(nèi)移動(dòng)的距離為0.1m,這段過(guò)程活塞對(duì)氣體的壓力逐漸增大，其做的功相當(dāng)于2×103N的恒力使活塞移動(dòng)相同距離所做的功(圖甲)。內(nèi)燃機(jī)工作時(shí)汽缸溫度高于環(huán)境溫度，該過(guò)程中壓縮氣體傳遞給汽缸的熱量為25J。

⑴求上述壓縮過(guò)程中氣體內(nèi)能的變化量。

⑵燃燒后的高壓氣體對(duì)活塞做功，氣體推動(dòng)活塞移動(dòng)0.1m,其做的功相當(dāng)于9×103N的恒力使活塞移動(dòng)相同距離所做的功(圖乙),該做功過(guò)程氣體傳遞給汽缸的熱量為30J,求此做功過(guò)程氣體內(nèi)能的變化量。解：⑴壓縮過(guò)程活塞對(duì)氣體做的功W1=F1l1=2x103×0.1J=200J

氣體內(nèi)能的變化量ΔU1=W1+Q1=200J-25J=175J

⑵氣體膨脹過(guò)程中外界對(duì)氣體所做的功W2=-F2l2=-9×103×0.1J=-900J

氣體內(nèi)能的變化量ΔU2=W2+Q2=-900J-30J=-930J

汽缸內(nèi)氣體在壓縮過(guò)程中內(nèi)能增加了175J,在膨脹做功過(guò)程中氣體內(nèi)能

減少了930J。4.解題步驟⑴明確研究對(duì)象和過(guò)程⑵明確W、Q的正負(fù)⑶根據(jù)熱力學(xué)定律列方程求解注意：明確各量的正負(fù)及其物理意義。針對(duì)練如圖所示，固定容器及可動(dòng)活塞P都是絕熱的，中間有一導(dǎo)熱的固定隔板B，B的兩邊分別盛有氣體甲和乙?，F(xiàn)將活塞P緩慢地向B移動(dòng)一段距離，已知?dú)怏w的溫度隨其內(nèi)能的增加而升高。則在移動(dòng)P的過(guò)程中

(

)A．外力對(duì)乙做功；甲的內(nèi)能不變B．外力對(duì)乙做功；乙的內(nèi)能不變C．乙傳遞熱量給甲；乙的內(nèi)能增加D．乙的內(nèi)能增加；甲的內(nèi)能不變C思考：(1)若將活塞P緩慢地向外拉動(dòng)，則甲、乙的內(nèi)能如何改變？(2)若隔板B絕熱但可以自由移動(dòng)，當(dāng)活塞P緩慢地向B移動(dòng)時(shí)，甲、乙的內(nèi)能如何變化？⑴氣體狀態(tài)變化的幾種特殊情況討論與總結(jié)②等容過(guò)程：③等溫過(guò)程：①絕熱過(guò)程：Q＝0，則ΔU＝WΔU＝0，則W＝－Q

W＝0，則ΔU＝Q(過(guò)程不做功)⑵分析氣體內(nèi)能的變化⊿U=Q+WU—T⑶判斷氣體是否做功思路：依據(jù)：依據(jù)：看氣體的體積是否變化1.在外界不做功的情況下，物體的內(nèi)能增加了50J，下列說(shuō)法正確的是

（）A.一定是物體放出了50J的熱量B.一定是物體吸收了50J的熱量C.一定是物體的分子動(dòng)能增加了50JD.物體分子的平均動(dòng)能可能不變BD達(dá)標(biāo)測(cè)試2.如圖所示，一定質(zhì)量的理想氣體密封在絕熱(即與外界不發(fā)生熱交換)容器中，容器內(nèi)裝有一可以活動(dòng)的絕熱活塞，今對(duì)活塞施以一豎直向下的壓力F，使活塞緩慢向下移動(dòng)一段距離后，氣體的體積減?。艉雎曰钊c容器壁間的摩擦力，則對(duì)被密封的氣體，下列說(shuō)法正確的是

()

A.溫度升高，壓強(qiáng)增大，內(nèi)能減少

B.溫度降低，壓強(qiáng)增大，內(nèi)能減少

C.分子的平均動(dòng)能增加，分