高中物理 3.2 熱力學(xué)第一定律課件 粵教版選修3-3.ppt

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目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,一,二,一、理想氣體的特點(diǎn) 1.理想氣體的微觀模型忽略了分子之間的作用力,忽略了分子勢能,所以理想氣體的內(nèi)能等于分子熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能總和. 2.理想氣體的內(nèi)能只跟溫度和物質(zhì)的量有關(guān),與體積無關(guān).,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,一,二,二、物體內(nèi)能及熱力學(xué)第一定律 1.改變內(nèi)能的方式:做功和熱傳遞. 2.功和內(nèi)能的關(guān)系:若物體不存在熱傳遞,當(dāng)外界對(duì)它做功時(shí),它的內(nèi)能增加,關(guān)系式為W=U;若物體對(duì)外做功,則W0,U0,表明內(nèi)能減少. 3.熱傳遞和內(nèi)能的關(guān)系:若物體既不對(duì)外做功,外界對(duì)物體也不做功,當(dāng)物體從外界吸收熱量Q時(shí),它的內(nèi)能增加,關(guān)系式為Q=U;若物體向外放出熱量,則Q0,U0,表明內(nèi)能減少. 4.熱力學(xué)第一定律 物體與外界之間同時(shí)存在做功和熱傳遞的過程,物體內(nèi)能的增加量U與外界對(duì)物體做的功W、物體從外界吸收的熱量Q的關(guān)系:U=W+Q.,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,一,二,下列現(xiàn)象中能量是怎樣轉(zhuǎn)化的? (1)水電站發(fā)電時(shí),水輪機(jī)被水流沖擊轉(zhuǎn)動(dòng),帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電. (2)利用地?zé)岚l(fā)電. 答案:(1)機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能. (2)熱能轉(zhuǎn)化為電能.,一,二,三,知識(shí)精要,典題例解,遷移應(yīng)用,一、對(duì)熱力學(xué)第一定律的理解 1.熱力學(xué)第一定律不僅反映了做功和熱傳遞這兩種改變內(nèi)能的過程是等效的,而且給出了內(nèi)能的變化量和做功與熱傳遞之間的定量關(guān)系,此定律應(yīng)用時(shí)各量的單位應(yīng)統(tǒng)一.,一,二,三,知識(shí)精要,典題例解,遷移應(yīng)用,2.公式U=Q+W中的有關(guān)問題 需要注意的是一般情況下外界對(duì)物體做不做功,需看物體的體積是否變化: (1)若物體體積增大,表明物體對(duì)外界做功,W0.,一,二,三,知識(shí)精要,典題例解,遷移應(yīng)用,3.幾種特殊情況 (1)若過程是絕熱的,則Q=0,W=U,外界對(duì)物體做的功等于物體內(nèi)能的增加. (2)若過程中不做功,即W=0,則Q=U,物體吸收的熱量等于物體內(nèi)能的增加. (3)若過程的始末狀態(tài)物體的內(nèi)能不變,即U=0,則W+Q=0或W=-Q.,一,二,三,知識(shí)精要,典題例解,遷移應(yīng)用,【例1】 (多選)一定量的理想氣體從狀態(tài)A開始,經(jīng)歷AB、BC、CA三個(gè)過程回到原狀態(tài),其p-T圖象如圖所示.下列判斷正確的是( ) A.過程AB中氣體一定吸熱 B.過程BC中氣體既不吸熱也不放熱 C.過程CA中外界對(duì)氣體所做的功等于氣體所放的熱 D.在A、B和C三個(gè)狀態(tài)中,狀態(tài)A分子的平均動(dòng)能最小 E.在B和C兩個(gè)狀態(tài)中,容器壁單位面積單位時(shí)間內(nèi)受到氣體分子撞擊的次數(shù)不同,一,二,三,知識(shí)精要,典題例解,遷移應(yīng)用,解析:由題圖可知,在過程AB中,氣體做等容變化,氣體溫度升高,內(nèi)能增加;由熱力學(xué)第一定律可知,氣體一定吸熱,A項(xiàng)正確.在過程BC中,氣體做等溫變化,氣體溫度不變,內(nèi)能不變,由pV=c可知,氣體壓強(qiáng)減小,體積增大,氣體對(duì)外做功,由熱力學(xué)第一定律可知,氣體從外界吸收熱量,B項(xiàng)錯(cuò)誤.在過程CA中,氣體做等壓變化,氣體溫度降低,內(nèi)能減少,體積減小,外界對(duì)氣體做功,由熱力學(xué)第一定律可知,氣體放出的熱量大于外界對(duì)氣體做的功,C項(xiàng)錯(cuò)誤.在A、B和C三個(gè)狀態(tài)中,狀態(tài)A氣體的溫度最低,分子平均動(dòng)能最小,D項(xiàng)正確;氣體在狀態(tài)B的壓強(qiáng)大于狀態(tài)C的壓強(qiáng),在狀態(tài)B的體積小于在狀態(tài)C的體積,B和C兩個(gè)狀態(tài)的溫度相等,因此在狀態(tài)B中容器單位面積單位時(shí)間內(nèi)受到氣體分子撞擊的次數(shù)大于在狀態(tài)C中的撞擊次數(shù),E項(xiàng)正確. 答案:ADE,一,二,三,知識(shí)精要,典題例解,遷移應(yīng)用,一定量的理想氣體在某一過程中,從外界吸收熱量2.5104 J,氣體對(duì)外界做功1.0104 J,則該理想氣體的( ) A.溫度降低,密度增大 B.溫度降低,密度減小 C.溫度升高,密度增大 D.溫度升高,密度減小 答案:D 解析:理想氣體的內(nèi)能僅用溫度來衡量,由熱力學(xué)第一定律U=W+Q,可知U=1.5104 J,即氣體內(nèi)能增加,故溫度升高.因?qū)ν庾龉?體積膨脹,故密度減小,選項(xiàng)D正確.,一,二,三,知識(shí)精要,典題例解,遷移應(yīng)用,二、熱力學(xué)第一定律在理想氣體中的應(yīng)用 1.理想氣體狀態(tài)變化過程中,存在著能量的轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)移,應(yīng)用熱力學(xué)第一定律解決理想氣體狀態(tài)變化過程中的能量轉(zhuǎn)換問題時(shí)要明確: (1)一定質(zhì)量的理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān). (2)一般情況下外界對(duì)理想氣體做功與否,要看氣體的體積是否變化,體積不變,則W=0. (3)若理想氣體在狀態(tài)變化過程中是絕熱的,則 Q=0. 2.應(yīng)用熱力學(xué)第一定律解題的一般步驟 (1)根據(jù)符號(hào)法則寫出各已知量(W、Q、U)的正、負(fù). (2)根據(jù)方程U=W+Q求出未知量. (3)再根據(jù)未知量結(jié)果的正、負(fù)來確定吸熱、放熱情況或做功情況.,一,二,三,知識(shí)精要,典題例解,遷移應(yīng)用,【例2】 分別以p、V、T表示氣體的壓強(qiáng)、體積、溫度.一定質(zhì)量的理想氣體,其初始狀態(tài)表示為(p0、V0、T0),若分別經(jīng)歷如下兩種變化過程:從(p0、V0、T0)變?yōu)?p1、V1、T1)的過程中,溫度保持不變(T1=T0);從(p0、V0、T0)變?yōu)?p2、V2、T2)的過程中,既不吸熱,也不放熱.在上述兩種變化過程中,如果V1=V2V0,則( ) (導(dǎo)學(xué)號(hào)51140034) A.p1p2,T1T2 B.p1p2,T1T2,一,二,三,知識(shí)精要,典題例解,遷移應(yīng)用,一,二,三,知識(shí)精要,典題例解,遷移應(yīng)用,一,二,三,知識(shí)精要,典題例解,遷移應(yīng)用,一定質(zhì)量的理想氣體,從某一狀態(tài)開始,經(jīng)過一系列變化后又回到開始的狀態(tài),用W1表示外界對(duì)氣體做的功,W2表示氣體對(duì)外界做的功,Q1表示氣體吸收的熱量,Q2表示氣體放出的熱量,則在整個(gè)過程中一定有 ( ) A.Q1-Q2=W2-W1 B.Q1=Q2 C.W1=W2 D.Q1Q2 答案:A 解析:因?yàn)樵摎怏w從某一狀態(tài)開始,經(jīng)過一系列變化后又回到開始的狀態(tài),所以內(nèi)能沒有變化,U=0,根據(jù)熱力學(xué)第一定律,可得W1-W2+Q1-Q2=U=0,Q1-Q2=W2-W1,故選項(xiàng)A正確.,案例探究,方法規(guī)律,怎樣用熱力學(xué)第一定律判斷理想氣體的狀態(tài)變化 (多選)如圖所示,A、B兩點(diǎn)表示一定質(zhì)量的某種理想氣體的兩個(gè)狀態(tài).當(dāng)氣體自狀態(tài)A變化到狀態(tài)B時(shí)( ) (導(dǎo)學(xué)號(hào)51140035) A.體積必然變大 B.有可能經(jīng)過體積減小的過程 C.外界必然對(duì)氣體做正功 D.氣體必然從外界吸熱,案例探究,方法規(guī)律,解析:本題是氣體狀態(tài)變化、圖象與熱力學(xué)第一定律結(jié)合的綜合分析題.連接OA、OB,得到兩條等容線,故有VBVA,所以A正確.由于沒有限制自狀態(tài)A變化到狀態(tài)B的過程,所以可先減小氣體的體積再增大氣體的體積到B狀態(tài),故B正確.因?yàn)闅怏w體積增大,所以是氣體對(duì)外做功,C錯(cuò)誤.因?yàn)闅怏w對(duì)外界做功,而氣體的溫度又升高,內(nèi)能增大,由熱力學(xué)第一定律知?dú)怏w一定從外界吸熱,D正確. 答案:ABD,案例探究,方法規(guī)律,(1)一定質(zhì)量的理想氣體的內(nèi)能只由溫度決定,與體積無關(guān). (2)應(yīng)注意W+Q=U和 及圖象的巧妙結(jié)合,綜合分析.,