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第1节 热力学第一定律
第三章 热力学定律
物体内部的分子由于做热运动，所以具有分子动能。
分子不停地无规则运动
运动的汽车具有动能
运动的汽车具有动能，那么不停地做无规则运动的分子，是否具有动能呢？
一、物体的内能
分子间具有由他们相对位置决定的势能，称为分子势能。
电荷之间具有电势能
一、物体的内能
重力对应有重力势能，电场力对应有电势能。分子间也有分子力，那么分子之间是否具有势能呢？
分子之间由分子力
一般取无穷远处的分子间势能为零。
一、物体的内能
思考：从一分子固定，另一分子从无穷远处向之靠近，那么分子间势能如何变化？
取无穷远处分子势能为0。
当分子间距从无限远到平衡位置r0时，分子力表现为引力。随着分子间距减少，分子力作正功，分子势能减少；
可知，当分子间距为平衡位置r0时，分子势能最小。
当分子间距小于r0时，分子间作用力表现为斥力。随着分子间距减少，分子力作负功，分子势能增大；
一、物体的内能
分子势能和分子间距的关系图
一、物体的内能
说一说：两分子间距从无穷远到零的过程中，分子力和分子势能如何变化？
比较两图形
分子力F（矢量） 分子势能Ep（标量）
图象
随分子间距离的变化情况 rr>r0 r增大,F先增大后减小,表现为引力 r增大,F做负功,Ep增大
r=r0 F引=F斥,F=0 Ep最小,但不为零
r>10r0 引力和斥力都很微弱,F=0 Ep=0
我们把物体的机械运动的动能和势能总和称为机械能。类似的，物体中所有分子的动能和分子势能的总和，叫做物体的内能。
那么，可以用什么方式可以使物体内能发生变化呢？
一、物体的内能
分子动能
分子势能
物体
内能
分子数目
改变物体内能的两种方式——热传递
结论：热传递可以改变物体内能
热传递过程中使物体内能变化的量称为热量。
改变物体内能的两种方式——做功
结论：做功可以改变物体内能
二、热力学第一定律及其应用
若一个物体不与外界发生热传递，它的内能变化等于什么？
若一个物体，外界对其没有做功，它的内能变化等于什么？
综上，若一个物体既与外界发生热传递，同时外界又对其做功，它的内能变化等于什么？
ΔU1=W
ΔU2=Q
ΔU=Q+W
讨论和交流：根据热力学第一定律的物理意义，如何规定Q，W和ΔU的符号，才能全面反映功，热量和内能改变量间的定量关系呢？
热力学第一定律：一个物体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
二、热力学第一定律及其应用
符号 W Q ΔU
+
-
ΔU=Q+W
问题1：外界对物体做功，外界对物体传递热量（吸热），物体内能如何变化？
问题2：物体对外界做功，物体对外界传递热量（放热），物体内能如何变化？
内能增加
内能减少
物体吸收热量
物体放出热量
外界对物体做功
物体对外界做功
二、热力学第一定律及其应用
迅速压缩气体
缓慢压缩气体
思考：同是压缩气体做功，为什么迅速压缩时温度升高，内能变大；而缓慢压缩气体的时候，温度不变高，内能不变？
二、热力学第一定律及其应用
迅速压缩气体时：筒内气体与外界几乎没有热传递发生（绝热过程）。
三、理想气体
分子动能
物体
内能
分子数目
一定质量的理想气体，其内能仅跟温度有关，温度越高，气体内能越大。
课堂小结
内能
改变内能的方式
热力学第一定律：
做功
热传递
热力学第一定律
分子势能
分子动能
ΔU=Q+W
W>0,外界对物体做功
W<0,物体对外界做功
Q>0,物体吸热
Q<0,物体放热
热力学第一定律及其应用
例1.如图所示，密封在容器内的理想气体在保持压强p不变的情况下，体积从V1膨胀到V2，气体向外推动活塞。请问气体的内能变化情况是什么样的呢？
热力学第一定律及其应用
首先，理想气体的内能只与温度有关，与体积无关。气体发生等压变化，由盖-吕萨克定律：
可得，气体体积增大，温度升高，内能变大。又由热力学第一定律：
可得，气体体积增大，对外界做功，W小于0；内能变大，ΔU大于0;所以Q必须大于0，气体从外界吸收热量。
+
+

热力学第一定律及其应用
例2.如图所示，某同学将空的玻璃瓶开口向下缓缓压入水中。设水温均匀且恒定，瓶内空气无泄漏，不计空气分子间的相互作用，则被淹没的玻璃瓶在下降的过程中，气体是吸热还是放热，为什么？
热力学第一定律及其应用
答：在玻璃瓶下降的过程中，瓶内气体的压强随着水深度变大而变大，气体温度不变，体积减少。由玻意耳定律：
可得，气体内能不变，ΔU等于0。压强变大，体积减少，外界对气体做功，W大于0，由热力学第一定律：
可得，Q小于0，气体对外界放出热量，且放出热量Q与外界做功W相等。
+

0
例3.一定质量的理想气体从状态A经等压过程到状态B，如图所示。在这个过程中，气体压强 p=1×105Pa，吸收的热量Q= 7.0×10 J，求此过程中气体内能的增量。
理想气体从状态A经等压过程到状态B，由盖吕萨克定律可得
解得：
在该过程中，外界对气体做功为：
根据热力学第一定律：
解得：
谢谢！

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