功、热和内能的改变、热力学第一定律+高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册+

人教版（2019）选修第三册3.1

功、热和内能的改变3.2

热力学第一定律第三章热力学定律

1.了解焦耳的两个实验原理，认识焦耳实验探究对建立热力学规律的意义;2.会用功能关系构建内能的概念;3.知道做功和传热在改变系统内能上的区别，并会区分热量和内能的概念;4.理解做功与内能的改变和传热与内能的改变的关系，会解释相关的现象;5.能以系统为对象，用综合分析的方法导出热力学第一定律;6.能运用热力学第一定律解释和计算能量转化和转移问题。学习目标导入新课实验：压缩气体引火实验实验：气体膨胀做功实验1.绝热过程:案例总结：系统状态变化过程中，与外界之间没有热传递。

对气体做功，内能增加，温度升高；气体对外做功，内能减少，温度降低。例如：热力学系统状态变化太快，系统与外界“来不及”发生热交换，可视为绝热过程。2.绝热过程中，实验1

重物下落搅拌水，使水温度升高实验2

电流的热效应给水加热绝热容器，容器中安装着叶片组成的搅拌器。重物下降，带动发电机发电，电流通过热效应为液体加热。一、焦耳的实验（电阻丝和水）（水和搅拌器）（绝热过程）⑴两个实验的研究对象（即系统）分别是什么？⑵实验条件是什么？⑶两个实验做功的方式有什么不同?思考：结论：⑷两个实验中的共性是什么？

做功的具体过程和方式不同，但只要外界对系统所做的功相同，系统上升的温度就一定相同。绝热过程系统初状态系统末状态外界做功W一定（W的数值与做功的具体过程和方式无关）

任何一个热力学系统都必定存在一个只依赖于系统自身状态的物理量，这个物理量在两个状态间的差别与外界在绝热过程中对系统所做的功相联系。这个物理量称为系统的内能。给出内能的宏观定义：●焦耳实验的意义是什么？思考：●回顾内能的微观定义是什么？●利用内能的概念，怎样叙述焦耳的实验结论？在热力学系统的绝热过程中，只要做功相同，热力学系统内能改变就相同。给出了内能的宏观定义绝热过程系统状态1U1系统状态2U2内能变化：⊿U=U2-U1⊿U=W（W为外界对系统做的功）W>0，则U2>U1，内能增加W<0（又称系统对外界做功），则U2<U1，内能减少讨论：二、功与内能的改变单纯传热系统状态1系统状态2U1U2内能变化：⊿U=U2-U1⊿U=Q（Q为外界对系统传递的热量）Q>0，则系统吸热，内能增加。Q<0，则系统放热，内能减少。讨论：三、热与内能的改变做功传热发生条件本质比较：做功与传热在改变系统内能上的不同转化转移内能内能其它形式能内能系统与外界存在温差任何温度下均发生做功与内能的改变和传热与内能的改变的联系是什么？思考：做功和传热在改变系统内能上是等价的。针对练

如图，一定质量的理想气体密封在绝热(即与外界不发生热交换)容器中，容器内装有一可以活动的绝热活塞。今对活塞施以一竖直向下的压力F，使活塞缓慢向下移动一段距离后，气体的体积减小。若忽略活塞与容器壁间的摩擦力，则被密封的气体(

)A．温度升高，压强增大，内能减少B．温度降低，压强增大，内能减少C．温度升高，压强增大，内能增加D．温度降低，压强减小，内能增加C1.内容：一个热力学系统内能的变化量等于外界向它传递的热量与外界对它所做功的和。2.表达式⊿U=Q+W3.公式各量符号的意义＋－WQ⊿U四、热力学第一定律例题

课本3.2-1，一台四冲程内燃机，活塞在压缩冲程某段时间内移动的距离为0.1m,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。

⑵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。解：⑴压缩过程活塞对气体做的功W1=F1l1=2x103×0.1J=200J

气体内能的变化量ΔU1=W1+Q1=200J-25J=175J

⑵气体膨胀过程中外界对气体所做的功W2=-F2l2=-9×103×0.1J=-900J

气体内能的变化量ΔU2=W2+Q2=-900J-30J=-930J

汽缸内气体在压缩过程中内能增加了175J,在膨胀做功过程中气体内能

减少了930J。4.解题步骤⑴明确研究对象和过程⑵明确W、Q的正负⑶根据热力学定律列方程求解注意：明确各量的正负及其物理意义。针对练如图所示，固定容器及可动活塞P都是绝热的，中间有一导热的固定隔板B，B的两边分别盛有气体甲和乙。现将活塞P缓慢地向B移动一段距离，已知气体的温度随其内能的增加而升高。则在移动P的过程中

(

)A．外力对乙做功；甲的内能不变B．外力对乙做功；乙的内能不变C．乙传递热量给甲；乙的内能增加D．乙的内能增加；甲的内能不变C思考：(1)若将活塞P缓慢地向外拉动，则甲、乙的内能如何改变？(2)若隔板B绝热但可以自由移动，当活塞P缓慢地向B移动时，甲、乙的内能如何变化？⑴气体状态变化的几种特殊情况讨论与总结②等容过程：③等温过程：①绝热过程：Q＝0，则ΔU＝WΔU＝0，则W＝－Q

W＝0，则ΔU＝Q(过程不做功)⑵分析气体内能的变化⊿U=Q+WU—T⑶判断气体是否做功思路：依据：依据：看气体的体积是否变化1.在外界不做功的情况下，物体的内能增加了50J，下列说法正确的是

（）A.一定是物体放出了50J的热量B.一定是物体吸收了50J的热量C.一定是物体的分子动能增加了50JD.物体分子的平均动能可能不变BD达标测试2.如图所示，一定质量的理想气体密封在绝热(即与外界不发生热交换)容器中，容器内装有一可以活动的绝热活塞，今对活塞施以一竖直向下的压力F，使活塞缓慢向下移动一段距离后，气体的体积减小．若忽略活塞与容器壁间的摩擦力，则对被密封的气体，下列说法正确的是

()

A.温度升高，压强增大，内能减少

B.温度降低，压强增大，内能减少

C.分子的平均动能增加，分