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2. 热力学第一定律
第三单元 热力学定律
1物理观念：
理解热力学系统的概念。
2科学思维：
能以系统为研究对象，用综合分析的方法推导出热力学第一定律。
3科学探究：
能运用热力学第一定律解释和计算能量的转化、转移问题。。
4科学态度与责任：
具有学习和研究物理的好奇心与求知欲，能主动与他人合作，尊重他人，能基于证据和逻辑发表自己的见解，实事求是有将物理知识应用于生活和生产实践的意识，勇于探索日常生活有关的物理问题。
核 心 素 养
一导热性能良好的汽缸，从外界吸热的同时也向外界做功，密封在汽缸内的气体的内能是可能会怎么变化？
一、问题引入
气体的内能是可能增加、可能减少、也可能不变。
思考：汽缸内有一定质量的气体，压缩气体的同时给汽缸加热。那么，气体内能的变化会比单一方式（做功或传热）更明显。这是为什么呢？
改变内能的两种方式
做功
热传递
对内
对外
吸热
放热
内能增加
内能增加
内能减少
内能减少
（外界对物体做功）
（物体对外界做功）
（物体从外界吸热）
（物体对外界放热）
知识点一、改变内能的两种方式
绝热过程
仅传热过程
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？
改变内能的两种方式的对比
改变内能的两种方式：做功、热传递
1.做功和热传递在改变内能上的区别：
①做功是其它形式的能与内能之间的转化，例如：摩擦生热、热机
②热传递是不同物体之间内能的转移，例如：烧水、烤火、淬火
2.做功和热传递在改变系统的内能上效果相同
其它形式的能
内能
转化
内能
转移
内能
2.表达式：
ΔU＝ Q + W
一、热力学第一定律
热传递的热量
做功
内能的改变量
1.内容：一个热力学系统的内能变化量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和。
不仅反映了做功与传热在改变系统内能方面是等效的，
而且给出了功、热量跟系统内能改变之间的定量关系。
3.物理意义：
知识点二、热力学第一定律
ΔU＝ Q + W
ΔU Q W
+
-
系统内能增加
系统内能减小
系统从外界吸热
系统对外界放热
体积减小，外界对系统做功
体积增大，系统对外界做功
4.定律中各量的正、负号及含义
一、热力学第一定律
5、气体状态变化的几种特殊情况
(1)绝热过程：Q＝0，则ΔU＝W，系统内能的增加(或减少)量等于外界对系统(或系统对外界)做的功.
(2)等容过程：W＝0，则ΔU＝Q，系统内能的增加量(或减少量)等于系统从外界吸收(或系统向外界放出)的热量.
(3)等温过程：一定质量理想气体的内能不变，即ΔU＝0，则W＝－Q(或Q＝－W)，外界对系统做的功等于系统向外界放出的热量(或系统从外界吸收的热量等于系统对外界做的功).
6.判断是否做功的方法
一般情况下外界对系统做功与否，需要看物体的体积是否变化。
1.若系统体积增大，表明系统对外界做功，W ＜ 0；
2.若系统体积减小，表明外界对系统做功，Ｗ ＞ 0．
P
V
Va
Vb
P -V 图下方(与坐标轴所围的面积)的“面积” 表示做功多少。
一、热力学第一定律
典例精析
典例1．
一定质量的理想气体，在某一状态变化过程中，气体对外界做功4 J，气体内能减少12 J，则在该过程中（ ）
A．气体放热8 J　　　　　 B．气体吸热8 J
C．气体吸热16 J D．气体放热16 J
解析：根据热力学第一定律可知ΔU＝Q＋W，
所以Q＝ΔU－W＝－12 J－(－4 J)＝－8 J，A正确。
A
知识点三、热力学第一定律的应用
典例2．
典例精析
如图所示，内壁光滑的绝热汽缸固定在水平面上，其右端由于有挡板，厚度不计的绝热活塞不能离开汽缸，汽缸内封闭着一定质量的理想气体，活塞距汽缸右端的距离为0.2 m。现对封闭气体加热，活塞缓慢移动，一段时间后停止加热，此时封闭气体的压强变为2×105 Pa。已知活塞的横截面积为0.04 m2，外部大气压强为1×105 Pa，加热过程中封闭气体吸收的热量为2 000 J，则封闭气体的内能变化量为
A.400 J B.1 200 J
C.2 000 J D.2 800 J
√
典例3．
典例精析
如图，绝热容器中间用隔板隔开，左侧装有气体，右侧为真空．现将隔板抽掉，使左侧气体自由膨胀直至达到平衡，则在此过程中(不计气体的分子势能)(　　)
A．气体对外界做功，温度降低，内能减少
B．气体对外界做功，温度不变，内能减少
C．气体不做功，温度不变，内能不变
D．气体不做功，温度不变，内能减少
C
绝热自由膨胀，气体对外不做功
课堂反馈
教材例题：如图，一台四冲程内燃机，活塞在压缩冲程某段时间内移动的距离为0.1 m，这段过程活塞对气体的压力逐渐增大，其做的功相当于2×103N的恒力使活塞移动相同距离所做的功（图甲）。内燃机工作时汽缸温度高于环境温度，该过程中压缩气体传递给汽缸的热量为25J。
⑴求上述压缩过程中气体内能的变化量。
（2）燃烧后的高压气体对活塞做功，气体推动活塞移动 0.1m，其做的功相当于9×103N 的恒力使活塞移动相同距离所做的功（图乙），该做功过程气体传递给汽缸的热量为30J，求此做功过程气体内能的变化量。
当堂练习
1.关于内能的变化，以下说法正确的是
A.物体吸收热量，内能一定增大
B.物体对外做功，内能一定减少
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
√
2.一定质量的理想气体，从某一状态开始，经过一系列变化后又回到开始的状态，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.Q1－Q2＝W2－W1 B.Q1＝Q2
C.W1＝W2 D.Q1>Q2
√
当堂练习
课堂小结
热力学第一定律
单纯吸热
单纯做功
ΔU= W＋Q 各个符号正负号的定义
既吸热也做功

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