高中物理第一节 热力学第一定律课文内容课件ppt

这是一份高中物理第一节 热力学第一定律课文内容课件ppt，共60页。PPT课件主要包含了课前•自主预习，热运动的动能，分子势能，无规则的热运动，物质的量，微思考，热传递，ΔU＝Q，内能的转移，做的功等内容，欢迎下载使用。
①物理观念：对热量、功、内能、热力学第一、二定律的学习，进一步促进学生的物理观念、运动与相互作用观念、能量观念这些物理学科核心素养的形成．②科学思维：能在特定情境中将气体的变化过程抽象为绝热过程、气体不做功的等容过程；能运用能量守恒的观点分析解决实际问题．
 ③科学探究：具有一定发现问题的意识；通过对两种改变物体内能方式的探究，运用多种方法，创设多种问题情境，引导学生探究并讨论，让学生广泛了解热力学定律对人类生活和社会发展的影响．④科学态度与责任：知道物理学研究的很多问题就在身边，对自然界有好奇心，具有探索的兴趣；注重运用热力学定律分析和解决人们生产、生活中相关的一些问题．
本章重点 ①内能、功、热量、温度四个物理量的区别和联系；②理解能量守恒定律，知道能量守恒定律是自然界中普遍遵循的基本规律；③理解热力学第二定律的两种表述，并能用热力学第二定律解释第二类永动机不可能制成．
本章难点 ①知道做功和热传递是改变内能的两种方式，且对改变系统内能是等效的；②运用热力学第一定律解释自然界中能量的转化、转移问题，理解第一类永动机是不可能制成的；③学会运用热力学第二定律解决一些实际问题．
第一节　热力学第一定律
　　　　　物体的内能1．定义：物体中所有分子______________与__________的总和．2．内能的普遍性：组成任何物体的分子都在做________________，所以任何物体都具有内能．3．决定因素(1)物体所含的分子总数由__________决定．(2)分子的热运动平均动能由________决定．(3)分子势能与物体的_______有关，故物体的内能由__________、_______、______共同决定，同时受物态变化的影响．
0 ℃的冰熔化为0 ℃的水时，内能是否发生变化？【答案】要吸收热量，内能变化了．
　　　　　下列关于物体内能的说法，正确的是(　　)A．一个分子的动能和分子势能的总和叫作该分子的内能B．物体中所有分子热运动的动能与分子势能的总和叫作物体的内能C．当一个物体的机械能发生变化时，其内能也一定发生变化D．温度高的物体一定比温度低的物体内能大【答案】B【解析】根据内能的概念可知B正确．
　　　　　改变物体内能的两种方式1．改变内能的两种方式_______和_________．2．做功改变物体的内能(1)外界对物体做功，物体的内能________．(2)物体对外界做功，物体的内能________．3．热传递改变物体的内能(1)条件：物体的________不同．(2)定义：两个________不同的物体相互接触时，温度高的物体要降温，温度低的物体要升温，________从高温物体传到了低温物体．
4．热量和内能(1)热量：它是在单纯的传热过程中系统________变化的量度．(2)表达式：__________．(3)热传递与做功在改变系统内能上的异同：①做功和热传递都能引起系统________的改变．②做功是内能与其他形式能的________；热传递只是不同物体(或一个物体的不同部分)之间______________．
功就是能吗？功和内能都是能量转化的量度吗？【答案】功和能是两个不同的物理量，功是过程量，能是状态量，不能认为功就是能．功是能量转化的量度．
　　　　　(多选)关于物体的内能和热量，下列说法中不正确的有(　　)A．热水的内能比冷水的内能多B．温度高的物体其热量必定多，内能必定大C．在热传递过程中，内能大的物体其内能将减小，内能小的物体其内能将增大，直到两物体的内能相等D．在热传递过程中，热量从高温物体传递到低温物体，直到两物体的温度相同为止【答案】ABC
【解析】物体的内能由温度、体积及物体的质量决定，不是只由温度决定，故A、B错误；在热传递过程中，热量由高温物体传给低温物体，而与物体的内能大小无关，所以完全有可能是内能大的物体内能继续增大，内能小的物体内能继续减小，故C错误，D正确．
　　　　　热力学第一定律及其应用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________与外界对它所__________的和．2．表达式：ΔU＝________．
物体从外界吸热，物体的内能一定增加吗？【答案】物体从外界吸热，物体的内能不一定增加，还要看做功情况．
　　　　　一定量的气体膨胀对外做功100 J，同时对外放热40 J，气体内能的增量ΔU是(　　)A．60 JB．－60 JC．－140 JD．140 J【答案】C【解析】由热力学第一定律得ΔU＝W＋Q＝－100 J－40 J＝－140 J，C正确．
1．对内能的理解(1)内能是对大量分子而言的，对单个分子来说无意义．(2)某种物体的内能在宏观上是由物质的量、温度和体积决定的；微观上由分子数、分子平均动能和分子间的距离决定．(3)物体的内能跟物体的机械运动状态无关．
2．内能与机械能的区别和联系
例1　关于物体的内能，下列说法中正确的是(　　)A．水分子的内能比冰分子的内能大B．物体所处的位置越高，分子势能就越大，内能越大C．一定质量的0 ℃的水结成0 ℃的冰，内能一定减少D．两个相同的物体，运动物体的内能一定大于静止物体的内能【答案】C
【解析】因内能是指组成物体的所有分子的热运动的动能与分子势能的总和，说单个分子的内能没有意义，故A错误．内能与机械能是两种不同性质的能，它们之间无直接联系，内能与“位置高低”“运动”还是“静止”没有关系，故B、D错误．一定质量的0 ℃的水结成0 ℃的冰，放出热量，使得内能减小，故C正确．
变式1　下列生活实例中通过热传递改变物体内能的是(　　)A．野外生存中利用钻木取火B．暖手宝可以使手变得暖和C．搓搓手可以让手变得暖和D．铁钉被锤子敲打后会升温【答案】B【解析】野外生存中利用钻木取火是做功改变内能，A错误；暖手宝可以使手变得暖和是热传递改变内能，B正确；搓搓手可以让手变得暖和是做功改变内能，C错误；铁钉被锤子敲打后会升温是做功改变内能，D错误．
对内能理解的要点1．内能是一种与分子热运动及分子间相互作用相关的能量形式，与物体宏观有序运动状态无关，它取决于物质的量、温度、体积及物态．2．研究热现象时，一般不考虑机械能，在机械运动中有摩擦时，有可能发生机械能转化为内能．3．物体温度升高，内能不一定增加；温度不变，内能可能改变；温度降低，内能可能增加．
1．做功做功使物体内能发生改变的时候，内能的改变就用做功的数值来量度．外界对物体做多少功，物体的内能就增加多少；物体对外界做多少功，物体的内能就减少多少．
理解改变物体内能的两种方式
2．热传递热传递使物体的内能发生改变的时候，内能的改变是用热量来量度的．物体吸收了多少热量，物体的内能就增加多少；物体放出了多少热量，物体的内能就减少多少．3．传递的热量与内能改变的关系(1)在单纯热传递中，系统从外界吸收多少热量，系统的内能就增加多少．即Q吸＝ΔU．(2)在单纯热传递中，系统向外界放出多少热量，系统的内能就减少多少．即Q放＝－ΔU．
4．改变内能的两种方式的比较
对功和内能的理解例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，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【答案】C
变式2　(多选)现在骑自行车成为一种流行的运动，而山地自行车更是受到大众的青睐．山地自行车前轮有气压式减震装置来抵抗颠簸，其原理如图所示．随着骑行时自行车的颠簸，活塞上下振动，在汽缸内封闭的气体的作用下，起到延缓震动的目的．
如果路面不平，下列关于该减震装置的说法正确的是(　　)A．活塞迅速下压时汽缸内的气体温度不变B．活塞迅速下压时汽缸内的气体压强增大C．活塞下压后迅速反弹时汽缸内有些气体分子的速率增大D．活塞下压后迅速反弹时汽缸内气体内能增加【答案】BC
【解析】如果活塞迅速下压，活塞对气体做功，气体来不及散热，则由热力学第一定律可知，气体内能增加，温度升高，压强增大，A错误，B正确；活塞下压后迅速反弹时，气体对外做功，来不及吸热，气体内能减少，温度降低，气体分子平均速率减小，但不是每个气体分子的速率都减小，有些分子的速率可能增大，C正确，D错误．
　　　　分析绝热过程的方法1．在绝热的情况下，若外界对系统做正功，系统内能增加，ΔU为正值；若系统对外界做正功，系统内能减少，ΔU为负值．此过程做功的多少为内能转化的量度．2．在绝热过程中，内能和其他形式的能一样也是状态量，气体在初、末状态的内能确定了，内能的变化ΔU也确定了．而功是能量转化的量度，所以ΔU＝W，即W为恒量，这也是判断绝热做功过程的一种方法．
对热和内能的理解例3　如图所示，太阳能热水器是一种能够将太阳的光能转化为内能的装置．这种装置可以使装置内的水温度升高，这种改变水的内能的方式是(　　)A．做功B．热传递C．既有做功也有热传递D．电流的热效应【答案】B【解析】太阳能热水器是通过热传递的方式将水加热，B正确．
变式3　(多选)关于热量、功和内能的下列说法中正确的是(　　)A．热量、功、内能三者的物理意义等同B．热量、功都可以作为物体内能的量度C．热量、功都可以作为物体内能变化的量度D．热量、功、内能的单位相同【答案】CD
【解析】物体的内能是指物体内所有分子动能和分子势能的总和，而要改变物体的内能可以通过做功和热传递两种途径，这三者的物理意义不同，A错误；热量是表示在热传递过程中物体内能的变化量，而功也是用做功的方式量度物体内能的变化量，B错误，C正确；三者的单位都是焦耳，D正确．
　　　　热量和内能的理解1．热量的概念只有在涉及能量的传递时才有意义，因此不能说物体具有多少热量，只能说物体吸收或放出了多少热量．2．在系统与外界只发生热传递时，系统吸收多少热量，系统内能就增加多少；系统放出多少热量，系统内能就减少多少．
1．应用热力学第一定律解题的思路(1)首先应明确研究对象是哪个物体或者是哪个热力学系统．(2)分别找出题目中研究对象吸收或放出的热量；外界对研究对象所做的功或研究对象对外界所做的功；研究对象内能的增加量或减少量．(3)根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W列出方程进行求解．(4)特别注意物理量的正负号及其物理意义．
对热力学第一定律的理解及应用
2．公式ΔU＝W＋Q中符号的规定
3．几种特殊情况(1)若过程是绝热的，即Q＝0，则ΔU＝W，物体内能的增加量等于外界对物体做的功．(2)若过程中不做功，即W＝0，则ΔU＝Q，物体内能的增加量等于物体从外界吸收的热量．(3)若过程的始末状态物体的内能不变，即ΔU＝0，则W＝－Q(或Q＝－W)，外界对物体做的功等于物体放出的热量(或物体吸收的热量等于物体对外界做的功)．
4．判断是否做功的方法一般情况下外界对物体做功与否，需看物体的体积是否变化．(1)若物体体积增大，表明物体对外界做功，W＜0．(2)若物体体积减小，表明外界对物体做功，W＞0．
热力学第一定律的应用例4　美丽的氢气球是很多小孩喜欢的玩具，将一个氢气球释放，它就会在空中持续上升，环境温度会降低，气球体积变大，若氢气球不漏气，下列说法正确的是(　　)A．气体分子平均间距减小B．气体的压强不会发生变化C．外界将对氢气球内气体做正功D．气体放出的热量小于内能的减少量
变式4　爆米花酥脆可口、老少皆宜，是许多人喜爱的休闲零食．高压爆米花的原理为：玉米在铁质的密闭容器内被加热，封闭气体被加热成高温高压气体，当打开容器盖后，“嘭”的一声，气体迅速膨胀，压强急剧减小，玉米粒就“爆炸”成了爆米花．设当地温度为t1＝27 ℃，大气压为p0．已知密闭容器打开盖前的气体压强达到4p0．
(1)将封闭容器内的气体看成理想气体，求打开盖前容器内气体的温度；(2)假定在一次打开的过程中，容器内的气体膨胀对外界做功15 kJ，并向外释放了20 kJ的热量，则容器内原有气体的内能如何变化？变化了多少？
　　　　应用热力学第一定律解题1．明确研究哪一部分气体和气体的哪一个状态变化过程．2．分清ΔU＝W＋Q中各量的正、负号的意义．
1．(多选)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B．气体从外界吸收热量，气体的内能一定增大C．气体温度越高，气体分子无规则运动的平均动能越大D．做功和热传递对改变物体的内能是等效的【答案】CD
【解析】物体内能的变化与做功和热传递两个因素有关．外界对气体做功，同时物体有可能向外界放出热量，内能有可能不变甚至减小，故A错误；同理，气体从外界吸收热量，同时也有可能对外界做功，气体的内能不一定增大，故B错误；而温度是物体分子热运动时平均动能的标志，气体的温度越高，气体分子无规则运动的平均动能越大，故选CD．
2．在绝热过程中，外界压缩气体做功20 J，下列说法正确的是(　　)A．气体内能一定增加20 JB．气体内能增加必定小于20 JC．气体内能增加可能小于20 JD．气体内能可能不变【答案】A【解析】做功的过程是能量转化的过程，在绝热过程中，做多少功，内能就增加多少，A正确．
3．对于分子间势能与体积的关系，下列说法中正确的是(　　)A．物体体积增大，分子间势能增加B．气体分子的间距增大，分子间势能减小C．物体体积增大，分子间势能有可能增加D．物体体积减小，分子间势能增加【答案】C
【解析】分子间距离在小于r0的范围内，随着分子间距离的减小，分子势能增大，而在大于r0的范围内，分子势能随分子间距离的增大而增大．物质的分子势能与分子间的结构有关，物体体积增大，分子间距离增大，但分子势能可能减小，如水变成冰的过程分子势能减小．故C正确．
4．下列事例中通过热传递改变物体内能的是(　　)A．车床上车刀切削工件后发热B．擦火柴时火柴头温度升高C．用肥皂水淋车刀后车刀降温D．搓搓手就会觉得手发热【答案】C【解析】车床上车刀切削工件后发热，擦火柴时火柴头温度升高，搓搓手就会觉得手发热都是通过做功改变物体内能；用肥皂水淋车刀后车刀降温是通过热传递改变物体内能的，C正确．
5．(多选)对于热量、功和内能三者的理解，下列说法中正确的是(　　)A．三者单位相同，物理意义相同B．热量和功是内能的量度C．热量和功由过程决定，而内能由物体状态决定D．系统内能增加了100 J，可能是外界采用绝热方式对系统做功100 J，也可能是外界单一地向系统传递热量100 J【答案】CD
【解析】热量、功和内能三者尽管单位相同，但物理意义有本质区别，A错误；热量和功由过程决定，内能由物体状态决定，热量和功是内能变化的量度，C正确，B错误；对一个绝热过程ΔU＝W＝100 J，对一个单纯热传递过程ΔU＝Q＝100 J，D正确．
6．(多选)在外界不做功的情况下，物体的内能增加了50 J，下列说法中正确的是(　　)A．一定是物体放出了50 J的热量B．一定是物体吸收了50 J的热量C．一定是物体分子动能增加了50 JD．物体的分子平均动能可能不变【答案】BD
【解析】在外界不做功的情况下，系统内能的改变等于传递的热量，内能增加，一定是吸收了相等能量的热量，故A错误，B正确．物体内能包括所有分子的动能和势能，内能由分子数、分子平均动能、分子势能共同决定，所以内能增加了50 J并不一定是分子动能增加了50 J．物体的分子平均动能有可能不变，这时吸收的50 J热量全部用来增加分子势能，C错误，D正确．
7．(多选)如图所示，为焦耳的热功当量实验装置图，用绝热性能良好的材料将容器包好，重物下落带动叶片搅拌容器里的水，引起水温升高．关于这个实验，下列说法正确的是(　　)A．这个装置可测定热功当量B．做功增加了水的热量C．做功增加了水的内能D．功和热量是完全等价的，无区别【答案】AC