1、第1页 第十章 热力学定律 第2页第1节 功和内能 第2节 热和内能第3节 热力学第一定律 能量守恒定律第3页学习目标 1.掌握改变内能的两种方式：做功、热传递.2.知道什么是绝热过程.3.掌握能的转化和守恒定律.4.运用公式 UWQ 分析有关问题并具体进行计算第4页基 础 梳 理 规 律 方 法 第5页基 础 梳 理第6页一、功和内能1绝热过程系统只通过对外界做功或外界对它做功而与外界没有热传递2焦耳的实验(1)实验一：重物下落带动叶片搅拌容器中的水，引起水温升高实验二：通过电流的热效应给水加热(2)实验结论：在各种不同的绝热过程中，系统状态的改变与做功方式无关，仅与做功数量有关第7页3内能
2、变化与做功的关系在绝热过程中，系统内能的增加量就等于外界系统做的功，即 UU2U1W.二、热和内能1热传递与内能改变的关系在单纯热传递中，系统内能的增加量等于系统从外界吸收的热量，即 QU.第8页2热量热量是内能转移的量度，只有在涉及热传递时才有意义，不能说物体具有多少热量，只能说吸收或放出多少热量三、热力学第一定律1改变内能的两种方式做功和热传递这两种方式对改变物体的内能是等效的做功是其他能和内能之间的转化，热传递是内能间的转移第9页2热力学第一定律(1)内容：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(2)表达式：UQW.四、能量守恒定律1能量守恒定律内容能量既不
3、会凭空产生，也不会凭空消失，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的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变第10页2第一类永动机不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功的机器第一类永动机不可能制成的原因是违背了能量守恒定律第11页李老师，温度、热量和内能之间的区别是什么？温度和热量之间没有必然的联系，温度是状态量，热量是过程量；温度反映物体冷热程度的物理量，内能由温度和体积共同决定；热量和做功共同决定内能的变化第12页(1)温度与热量：当物体与外界没有做功过程，物体温度升高(或降低)时，要吸收(或放出)热量，同一物体，它的温度变化越大，吸收或放出的热量就越大，热量跟温
4、度变化紧密关联，但热量跟温度没有直接的联系既不存在着温度高，物体热量大的关系，温度高的物体含有热量多是错误的第13页(2)温度与内能：温度是物体内部分子热运动的平均动能的标志温度越高，物体分子热运动越激烈，分子平均动能越大，对一个确定的物体，其内能由温度和体积决定在体积不变的情况下，物体的内能随温度的升高而增大内能大的物体，其温度一定高的说法是错误的，因为决定内能的因素还有质量、分子势能(3)热量与内能：热量是热传递过程中物体内能改变的量度在物体与外界没有做功时，物体由于吸收(或放出)多少热量，其内能就增加(或减少)多少第14页规 律 方 法第15页规律一对热力学第一定律的理解和应用掌握热力学
5、第一定律，注意两点：1判断内能的变化：要考虑做功和热传递两个因素2计算内能的变化：要注意物理量的正负，见下表：第16页符号WQU外界对物体做功物体吸收热量内能增加物体对外界做功物体放出热量内能减少3.热力学第一定律的几种特殊的情况(1)若过程是绝热的，则 Q0，WU，外界对物体做的功等于物体内能的增加第17页(2)若过程是等容的，则 W0，QU，物体吸收的热量等于物体内能的增加(3)若过程是等温的，则 U0，WQ0，外界对物体做的功等于物体放出的热量第18页【例题 1】关于物体内能的变化情况，下列说法中正确的是()A吸热的物体，其内能一定增加B体积膨胀的物体，其内能一定减少C放热的物体，其内能
6、也可能增加D绝热压缩的物体，其内能一定增加第19页【解析】改变物体的内能有两种方式，物体吸热，同时对外做功，内能不一定增加，A 项错误；体积膨胀对外做功，但同时吸热时，内能不一定减小，B 项错误；物体放热同时对物体做功，其内能可能增加，C 项正确；绝热压缩物体，只对物体做功，不发生热传递，其内能一定增加，故选 C、D 两项【答案】CD第20页【例题 2】一定质量的气体从外界吸收了 1105 cal 的热量，同时气体对外做了 6105 J 的功，气体分子间的作用力不能忽略问：(1)物体的内能变化多少？(2)分子势能是增加还是减少？(3)分子平均动能如何变化？(1 cal4.2 J)第21页【解析
7、】(1)因气体从外界吸收热量所以 Q11054.2 J4.2105 J气体对外做功 W6105 J据热力学第一定律 UWQ，得U6105 J4.2105 J1.8105 J所以物体内能减少了 1.8105 J.(2)因为气体对外做功，体积膨胀，分子间距离增大了，分子力做负功，气体的分子势能增加了第22页(3)因为气体内能减少了，而分子势能增加了，所以分子动能必然减少了，且分子动能的减少量一定大于分子势能的增加量【答案】(1)减小 1.8105 J(2)增加(3)见解析第23页【练 1】关于系统内能的下列说法正确的是()A物体内所有分子的动能与分子势能的总和叫物体的内能B一个物体当它的机械能发生
8、变化时，其内能也一定发生变化C外界对系统做了多少功 W，系统的内能就增加多少，即UWD系统从外界吸收了多少热量 Q，系统的内能就增加了多少，即 UQ第24页【解析】在分子动理论中，把物体内所有分子的分子动能与分子势能的总和定义为物体的内能，选项 A 正确物体的内能与机械能是两个不同的物理概念，两者没有任何关系如物体的速度增加了，机械能可能增加；但如果物体的温度不变，物体的内能可能不变，故选项 B 错误只有当系统与外界绝热时，外界对系统做的功才等于系统内能的增量，同理，只有在单纯的热传递过程中，系统吸收(或放出)的热量才等于系统内能的增量，故C、D 两项错误【答案】A第25页【练 2】如图所示，
9、pV 图中，一定质量的理想气体由状态 A 经过程变至状态 B 时，从外界吸收热量 420 J，同时膨胀对外做功300 J当气体从状态 B 经过程回到状态 A 时，外界压缩气体做功 200 J，求此过程中气体吸收或放出的热量是多少？第26页【解析】一定质量的理想气体由状态 A 经过程变至状态B 时，从外界吸收的热量 Q1 大于气体膨胀对外做的功 W1，气体内能增加，由热力学第一定律，气体内能的增加量为 UQ1W1420 J(300 J)120 J，气体由状态 B 经过程回到状态A 时，气体内能将减少 120 J，而此过程中外界又压缩气体做了W2200 J 的功，因而气体必向外界放热，则 Q2UW
10、2(120 J)200 J320 J.【答案】放热 320 J第27页规律二热力学第一定律与理想气体定律的综合分析气态变化中的能量问题，要应用气体定律，结合热力学第一定律综合考虑，一般思路是：1注意理想气体的特点：不计分子势能，分子动能等于内能2根据气体定律确定气体状态参量(p.V.T)的变化第28页3根据温度变化确定内能变化，温度升高内能增大，温度降低内能减小4根据体积变化确定做功情况，体积增大对外做功，体积减小外界对气体做功5根据热力学第一定律确定吸(放)热：QUW.特别注意：吸(放)热不能根据温度变化判断第29页【例题 3】一个气泡从恒温水槽的底部缓慢向上浮起(气泡内空气视为理想气体)，
11、则()A气泡对外做功，内能不变，同时放热B气泡对外做功，内能不变，同时吸热C气泡内能减少，同时放热D气泡内能不变，不吸热也不放热第30页【解析】在气泡缓慢上升的过程中，气泡外部的压强逐渐减小，气泡膨胀，对外做功，但由于外部恒温，且气泡缓慢上升，故可以认为上升过程中气泡内空气的温度始终等于外界温度，内能不变，故须从外界吸收热量，且吸收的热量等于对外界所做的功【答案】B第31页【例题 4】(2013江苏)如图所示，一定质量的理想气体从状态 A 依次经过状态 B、C 和 D 后再回到状态 A.其中，AB 和 CD 为等温过程，BC和 DA 为绝热过程(气体与外界无热量交换)这就是著名的“卡诺循环”第
12、32页(1)该循环过程中，下列说法正确的是_AAB 过程中，外界对气体做功BBC 过程中，气体分子的平均动能增大CCD 过程中，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多DDA 过程中，气体分子的速率分布曲线不发生变化第33页(2)该 循 环 过 程 中，内 能 减 小 的 过 程 是 _(选 填“AB”“BC”“CD”或“DA”)若气体在 AB 过程中吸收 63 kJ 的热量，在 CD 过程中放出 38 kJ 的热量，则气体完成一次循环对外做的功为_ kJ.第34页【解析】(1)AB 过程中，气体体积变大，对外做功，选项 A 错；根据热力学第一定律，UWQ，BC 为绝热过程，气体体积变大，对外做
13、功，Q0，W0，则 U0，则 U0，温度升高，分子平均动能变大，气体分子的速率分布曲线会发生移动，故选项 D 错第35页(2)分析可知，BC 过程内能减少，DA 过程内能增加整个循环过程中，U0，由热力学第一定律 UWQ，则 WUQ0(63 kJ38 kJ)25 kJ，故对外做的功为 25 kJ.【答案】(1)C(2)BC 25第36页【练 3】如图所示，绝热的容器内密闭一定质量的气体(不考虑分子间的作用力)，用电阻丝缓慢对其加热时，绝热活塞无摩擦地上升，下列说法正确的是()第37页A单位时间内气体分子对活塞碰撞的次数减少B气体吸收热量，对外做功，气体内能可能减少C气体吸收热量，对外做功，其内
14、能可能不变D气体吸收的热量一定大于气体对外做功第38页【解析】由题意知，气体压强不变，活塞上升，体积增大，由pVT 恒量知，气体温度升高，内能一定增加，由热力学第一定律知，气体吸收的热量一定大于气体对外做功，B、C 项均错，D 项正确由气体压强的微观解释知温度升高，气体分子对活塞撞击的平均作用力增大，而压强不变，因此单位时间内对活塞的碰撞次数减少，A 项对【答案】AD第39页【练 4】如图所示，a、b、c、d 表示一定质量的理想气体状态变化过程中的四个状态，图中 ad 平行于横坐标轴，ab 的延长线过原点，以下说法正确的是()第40页A从状态 d 到 c，气体不吸热也不放热B从状态 c 到 b
15、，气体放热C从状态 a 到 d，气体对外做功D从状态 b 到 a，气体吸热第41页【解析】从状态 d 到 c，温度不变，理想气体内能不变，但是由于压强减小，所以体积增大，对外做功，还要保持内能不变，一定要吸收热量，故 A 项错气体从状态 c 到状态 b 是一个降压、降温过程，同时体积减小，外界对气体做功，而气体的内能还要减小(降温)就一定要伴随放热的过程，故 B 项对气体从状态 a 到状态 d 是一个等压、升温的过程，同时体积增大，所以第42页气体要对外做功，C 项正确气体从状态 b 到状态 a 是个等容变化过程，随压强的增大，气体的温度升高，内能增大，而在这个过程中气体的体积没有变化，就没有做功，气体内能的增大是因为气体吸热的结果，故 D 项对【答案】BCD