热力学定律（课堂PPT）

1、.110.1功和内能.2知识回顾知识回顾2.什么叫内能？什么叫内能？ 与哪些因素有关？与哪些因素有关？1.（机械）功的两个不可缺少的因素是什么？（机械）功的两个不可缺少的因素是什么？ 电流做功与哪些因素有关？电流做功与哪些因素有关？ .3结论：结论：做功使得物体（密闭气体）温度升高做功使得物体（密闭气体）温度升高.4焦耳焦耳 18181818年年1212月月2424日生于英国曼彻斯日生于英国曼彻斯特特 ，起初研究电学和磁学。，起初研究电学和磁学。 18401840年在英国皇家学会上宣布了电流通年在英国皇家学会上宣布了电流通过导体产生热量的定律，即焦耳定过导体产生热量的定律，即焦耳定律。焦耳测量

2、了热与机械功之间的律。焦耳测量了热与机械功之间的当量关系当量关系热功当量，为热力学热功当量，为热力学第一定律和能量守恒定律的建立奠第一定律和能量守恒定律的建立奠定了实验基础。定了实验基础。一、焦耳的实验 系统只由于外界对它做功而与外界交换能量它不从系统只由于外界对它做功而与外界交换能量它不从外界吸热，也不向外界放热，这样的过程叫绝热过程外界吸热，也不向外界放热，这样的过程叫绝热过程绝热过程：绝热过程：焦耳实验是一个需要在绝热过程中完成的实验焦耳实验是一个需要在绝热过程中完成的实验.5焦耳二个代表性实验：焦耳热功当量实验装置焦耳二个代表性实验：焦耳热功当量实验装置机械功机械功 实验结论：只要重力

3、所做的功相同，容器内水温上升的数值都是相同的，实验结论：只要重力所做的功相同，容器内水温上升的数值都是相同的，即系统状态的变化是相同的。即系统状态的变化是相同的。.6焦耳二个代表性实验：焦耳二个代表性实验：焦耳热功当量实验装置焦耳热功当量实验装置电功电功 实验结论：只要所做的电功相等，则系统温度上升实验结论：只要所做的电功相等，则系统温度上升的数值是相同的，即系统的状态变化是相同的。的数值是相同的，即系统的状态变化是相同的。.7从焦耳的实验中可以得出什么结论？从焦耳的实验中可以得出什么结论？在各种不同的绝热过程中，系统状态的改变与在各种不同的绝热过程中，系统状态的改变与做功方式做功方式无关，仅

4、与无关，仅与做功数量做功数量有关。有关。.8 在热力学系统的绝热过程中，外界对系统所做的功在热力学系统的绝热过程中，外界对系统所做的功仅由过程的仅由过程的始末两个状态始末两个状态决定，不依赖于做功的决定，不依赖于做功的具体具体过程和方式过程和方式。类比思考：哪些力做功仅由物体的起点和终点类比思考：哪些力做功仅由物体的起点和终点两个位置决定，与物体的运动路径无关？两个位置决定，与物体的运动路径无关？重力重力 重力做功对应重力势能重力做功对应重力势能.9 在热力学系统的绝热过程中，外界对系统所做的功在热力学系统的绝热过程中，外界对系统所做的功仅由过程的仅由过程的始末两个状态始末两个状态决定，不依赖

5、于做功的决定，不依赖于做功的具体具体过程和方式过程和方式。功是能量转化的量度功是能量转化的量度内能U：只依赖于系统自身状态的物理量：只依赖于系统自身状态的物理量 内能与状态参量温度、体积有关，内能与状态参量温度、体积有关，即由它的状态决定即由它的状态决定 内能的增加量内能的增加量UU2U1等于外界对系等于外界对系统所做的功统所做的功UW二、内能二、内能.10一个铁块沿斜面匀速滑下，关于物体的机械能和一个铁块沿斜面匀速滑下，关于物体的机械能和内能的变化，下列判断中正确的是（内能的变化，下列判断中正确的是（ ）A 物体的机械能和内能都不变物体的机械能和内能都不变B 物体的机械能减少，内能不变物体的

6、机械能减少，内能不变 C 物体的机械能增加，内能增加物体的机械能增加，内能增加D 物体的机械能减少，内能增加物体的机械能减少，内能增加D.11问题与练习问题与练习v1.分子动理论对内能的微观定义是：分子动理论对内能的微观定义是：-v本节热力学对内能的定义是：本节热力学对内能的定义是：-v当系统状态改变时，按照热力学对内能的定义，则当系统状态改变时，按照热力学对内能的定义，则物体的内能改变；而按分子动理论，系统状态改变物体的内能改变；而按分子动理论，系统状态改变时，描述系统状态的参量发生了变化，例如温度和时，描述系统状态的参量发生了变化，例如温度和体积改变，而分子的平均动能与温度有关，分子的体积

7、改变，而分子的平均动能与温度有关，分子的势能与体积有关，所以系统的内能就要改变。因此势能与体积有关，所以系统的内能就要改变。因此内能年的两种定义是一致的。内能年的两种定义是一致的。.12问题与练习问题与练习v2.（从功是能量转化的量度角度出发思考）（从功是能量转化的量度角度出发思考）v例例1：汽车刹车：汽车刹车v例例2：双手摩擦：双手摩擦v3.10.1-2重物的重力势能转化为水的内能；重物的重力势能转化为水的内能；v 10.1.3重物的机械能转化为电能，电能再转重物的机械能转化为电能，电能再转化为液体的内能化为液体的内能.1310.2热和内能.14思考：思考： 请同学们想办法如何将一段铁请同学

8、们想办法如何将一段铁丝的温度升高？丝的温度升高？.15一、热传递一、热传递 两个温度不同的物体互相接触时温度高的物体两个温度不同的物体互相接触时温度高的物体要降温，温度低的物体要升温，并将持续到系统间达要降温，温度低的物体要升温，并将持续到系统间达到热平衡即温度相等为止，这个过程称之为到热平衡即温度相等为止，这个过程称之为热传递热传递热传递的热传递的三种方式三种方式：热传导热传导、热对流热对流、热辐射热辐射.16热传导热传导热沿着物体传递的热传递方式，不同物质热沿着物体传递的热传递方式，不同物质传到热的能力各不相同，容易传到热的物体称之为热传到热的能力各不相同，容易传到热的物体称之为热的良导体

9、，所有金属都是热的良导体，不容易传导热的良导体，所有金属都是热的良导体，不容易传导热的物体称之为热的不良导体，如空气、橡胶、绒毛、的物体称之为热的不良导体，如空气、橡胶、绒毛、棉纱、木头、水、油等棉纱、木头、水、油等热对流热对流靠液体或气体的流动来传递热的方式，热靠液体或气体的流动来传递热的方式，热对流是液体和气体所特有的热传递方式对流是液体和气体所特有的热传递方式热辐射热辐射热从高温物体向周围以电磁波的形式沿直热从高温物体向周围以电磁波的形式沿直线射出去的方式，热辐射不依赖媒介质，可在真空中线射出去的方式，热辐射不依赖媒介质，可在真空中进行，温差越大，表面颜色越深，物体向外的热辐射进行，温差

10、越大，表面颜色越深，物体向外的热辐射能力越强能力越强.17二、热和内能二、热和内能 在外界对系统没有做功的情况下，在外界对系统没有做功的情况下，内能和热量之间有什么样的关系呢？内能和热量之间有什么样的关系呢？ 即在外界对系统不做功的情况下，外界传即在外界对系统不做功的情况下，外界传递给系统的递给系统的热量热量等于系统内能的改变量等于系统内能的改变量UQ.18二、热和内能二、热和内能做功做功是内能和其他形式的能发生转化是内能和其他形式的能发生转化热传递热传递是不同物体或同一物体不同部分内能的转移是不同物体或同一物体不同部分内能的转移做功和热传递在改变物体的内能上是等效的做功和热传递在改变物体的内

11、能上是等效的 但是它们还是有但是它们还是有重要区别重要区别的的 UQUW不同能量形式的转化不同能量形式的转化同种能量形式的转移同种能量形式的转移.19例例1 1 、如果铁丝的温度升高了，则（、如果铁丝的温度升高了，则（ ）A.A.铁丝一定吸收了热量铁丝一定吸收了热量 B.B.铁丝一定放出了热量铁丝一定放出了热量C.C.外界可能对铁丝做功外界可能对铁丝做功 D.D.外界一定对铁丝做功外界一定对铁丝做功解析：解析：做功和热传递对改变物体的内能是等效的，做功和热传递对改变物体的内能是等效的，温度升高可能是做功，也可能是热传递。故温度升高可能是做功，也可能是热传递。故C正确。正确。答案：答案：C.20

12、例例2 2 下列关于热量的说法，正确的是下列关于热量的说法，正确的是 （ ）A.A.温度高的物体含有的热量多温度高的物体含有的热量多 B.B.内能多的物体含有的热量多内能多的物体含有的热量多C.C.热量、功和内能的单位相同热量、功和内能的单位相同 D.D.热量和功都是过程量，而内能是一个状态量热量和功都是过程量，而内能是一个状态量解析：解析：热量和功都是过程量，而内能是一个状态量，热量和功都是过程量，而内能是一个状态量，所以不能说温度高的物体含有的热量多，内能多的所以不能说温度高的物体含有的热量多，内能多的物体含有的热量多；热量、功和内能的单位相同都物体含有的热量多；热量、功和内能的单位相同都

13、是焦耳。选是焦耳。选C、D答案：答案：C、D.21注意：注意：热量是单纯的传热过程热量是单纯的传热过程中系统内能变化的一个量度，中系统内能变化的一个量度，是一个是一个过程量过程量，不能讲在某个，不能讲在某个时刻物体具有多少热量应该讲时刻物体具有多少热量应该讲在热传递过程中有多少热量从在热传递过程中有多少热量从高温物体传递到了低温物体高温物体传递到了低温物体.22第十章第十章 热力学定律热力学定律第三节第三节 热力学第一定律热力学第一定律 能量守恒定律能量守恒定律.23 既然既然做功做功和和热传递热传递都可以改变物体的都可以改变物体的内能，那么，功、热量跟内能的改变之间内能，那么，功、热量跟内能

14、的改变之间一定有某种联系，我们就来研究这个问题一定有某种联系，我们就来研究这个问题. .改变物体内能的方式有哪些？改变物体内能的方式有哪些？ 做功热传递做功热传递.241. 1.一个物体，它既没有吸收热量也没有放出热量，那么：一个物体，它既没有吸收热量也没有放出热量，那么：如果外界做的功为，则它的内能如何变化？变化了如果外界做的功为，则它的内能如何变化？变化了多少？多少？如果物体对外界做的功为，则它的内能如何变化？如果物体对外界做的功为，则它的内能如何变化？变化了多少？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：

15、对外界做功，那么：如果物体吸收热量，它的内能如何变化？变化了多如果物体吸收热量，它的内能如何变化？变化了多少？少？如果放出热量，它的内能如何变化？变化了多少？如果放出热量，它的内能如何变化？变化了多少？U = Q U = W.253.如果物体在跟外界同时发生做功和热传如果物体在跟外界同时发生做功和热传递的过程中，内能的变化递的过程中，内能的变化U与热量及与热量及做的功之间又有什么关系呢？做的功之间又有什么关系呢？ .26U = W + Q 该式表示的是内能的变化量跟功、热量的该式表示的是内能的变化量跟功、热量的定量关系，在物理学中叫做定量关系，在物理学中叫做热力学第一定律热力学第一定律. .U

16、 U 物体内能的增加量物体内能的增加量 W W 外界对物体做的功外界对物体做的功 Q Q 物体吸收的热量物体吸收的热量 一个热力学系统的内能增量等于外界向它传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所做的功的和。递的热量与外界对它所做的功的和。（数学表达式）（数学表达式）.27物理量物理量 符号符号意义意义符号符号意义意义W W外界外界对对物体物体做功做功物体物体对对外界外界做功做功Q Q物体物体吸收吸收热量热量物体物体放出放出热量热量UU内能内能增加增加内能内能减少减少U = W + Q .28 例题：一定量的气体从外界吸收了例题：一定量的气体从外界吸收了2.62.61010

17、5 5J J的热量，的热量，内能增加了内能增加了4.2 4.2 10105 5J J。问：。问： 是气体对外界做了功，还是外界对气体做了功？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？做了多少焦耳的功？解：解：根据根据U = W + Q 得得W = U Q = 4.2 105J 2.6105J= 1.6105J W为正值，为正值，外界对气体做功，做了外界对气体做功，做了1.6105J 的功。的功。 同理可得：同理可得：W =U Q = 1.6 105J 2.6105J= 1.0105J W为为负值，说明气体对外界做功（气体体积变大），做了负值，说明气体对外界做功（气体体积变大）

18、，做了1.0105J 的功。的功。 如果气体吸收的热量仍为如果气体吸收的热量仍为2.62.610105 5J J不变，但是内不变，但是内能只增加了能只增加了1.61.610105 5J J，这一过程做功情况怎样？，这一过程做功情况怎样？.29应用热力学第一定律解题的一般步骤：应用热力学第一定律解题的一般步骤： 根据符号法则写出各已知量（根据符号法则写出各已知量（W、Q、U）的正、负；）的正、负；根据方程根据方程U=W+Q求出未知量；求出未知量；再根据未知量结果的正、负来确定吸再根据未知量结果的正、负来确定吸热、放热情况或做功情况。热、放热情况或做功情况。.30 能量既不会凭空产生，也不会凭能量

19、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的物体；在转化和转移过程中其总量不变，这就是不变，这就是能量守恒定律能量守恒定律.自然界存在着多种不同形式的运动，每种运自然界存在着多种不同形式的运动，每种运动对应着一种形式的能量。如机械运动对应机动对应着一种形式的能量。如机械运动对应机械能；分子热运动对应内能；电磁运动对应电械能；分子热运动对应内能；电磁运动对应电磁能。磁能。 .不同形式的能量之间可以相互转化。摩擦可不同形式的能量之间可以相互转化。摩擦可以将机

20、械能转化为内能；炽热电灯发光可以将以将机械能转化为内能；炽热电灯发光可以将电能转化为光能。电能转化为光能。.31(1) 热力学第一定律、机械能守恒定律都是能量守热力学第一定律、机械能守恒定律都是能量守恒定律的具体体现。恒定律的具体体现。(2) 能量守恒定律适用于任何物理现象和物理过程。能量守恒定律适用于任何物理现象和物理过程。(3) 能量守恒定律的重要意义能量守恒定律的重要意义:第一，能量守恒定律是支配整个自然界运动、发展、变化的第一，能量守恒定律是支配整个自然界运动、发展、变化的普遍规律，学习这个定律，不能满足一般理解其内容，更重普遍规律，学习这个定律，不能满足一般理解其内容，更重要的是，从

21、能量形式的多样化及其相互联系，互相转化的事要的是，从能量形式的多样化及其相互联系，互相转化的事实出发去认识物质世界的多样性及其普遍联系，并切实树立实出发去认识物质世界的多样性及其普遍联系，并切实树立能量既不会凭空产生，也不会凭空消失的观点，作为以后学能量既不会凭空产生，也不会凭空消失的观点，作为以后学习和生产实践中处理一切实际问题的基本指导思想之一。习和生产实践中处理一切实际问题的基本指导思想之一。第二，宣告了第一类永动机的失败。第二，宣告了第一类永动机的失败。说明：说明：.32.33.34.35U = W + Q 能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能

22、从一种形式转化为另一种形式，或者从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，这就是中其总量不变，这就是能量守恒定律能量守恒定律. .36一定量的气体吸收热量，体积膨胀并对外做功，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，则此过程的末态与初态相比， （ ）A气体内能一定增加气体内能一定增加 B气体内能一定减小气体内能一定减小C气体内能一定不变气体内能一定不变 D气体内能是增是减不能确定气体内能是增是减不能确定例题例题1D.37下列说法正确的是下列说法正确的是（ ）A外界对气体做功，气体的内能一定增大外界对气体做功，气体的内能一定增大B气体从外界吸收热量，气体的内