高中物理粤教版 (2019)选择性必修 第三册第一节 热力学第一定律一等奖ppt课件

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弹簧具有弹性势能，弹簧没有形变时，弹力为零，弹性势 能最小；拉伸或压缩弹簧时，必须克服弹簧的弹力做功，弹簧的弹性势能增大。类似地，由于分子间存在相互作用力，分子间具有由它们的相对位置决定的势能，取无穷远处分子间势能为零，则两分子间的势能和分子间距的关系如图所示。当分子间的距离为平衡间距时，分子间的作用力为零，分图3-1-1两分子间的子势能最小；改变分子间距，则必须克服分子间的引力或斥力做功，分子势能增大。另外，物体内部的分子由于做热运动还具有分子动能。我们把物体中所有分子的动能和分子势能的总和，叫作物体的内能。
物体的内能跟物体的温度和体积都有关系。温度变化，分子动能改变，因而物体的内能发生变化；体积变化时，分子间距改变，分子势能发生变化，因而物体的内能发生变化。
二、改变物体内能的两种方式
日常生活和生产中做功改变物体内能的例子很多。例如，擦火柴时，我们克服摩擦力做功，火柴头内能增加，温度升高，引发一系列化学反应使火柴燃烧起来，如图所示；用锯子锯木头，我们克服摩擦力做功，锯条和木头温度升高，内能增加。这类“摩擦生热”的现象，实际上是因为做功而改变物体的内能。下面观察两个气体做功使内能改变的实验。
1.如图3-1-3所示，在一个厚壁的玻璃筒里放一小块浸有乙醚的棉花，迅速压下活塞，能观察到什么现象？
2.如图3-1-4所示，在长圆柱形厚壁容器的一端通过胶塞插进一支灵敏温度计和一根气针，另一端用卡子卡住一个可移动的胶塞。用打气筒慢慢向容器打气，增大容器内的压强。当容器内的压强增大到一定程度时，打开卡子，气体冲开胶塞，可以从灵敏温度计观察到容器的温度会发生什么变化？
上述实验中的气体由于压强不大，温度在常温范围内，因此均可视为理想气体。理想气体分子间距较大，可忽略分子间的相互作用力，即忽略分子间势能。所以理想气体内能只跟温度有关，与体积无关。上述实验表明，气体被压缩时，活塞对筒内的气体做功，气体的温度升高，内能增加；气体膨胀对外做功，气体的温度下降，内能减小。气体被压缩或膨胀时做功，气体的内能就发生变化。
做功可以改变物体的内能。但是，做功并不是改变物体内能的唯一方式。例如，将灼热的小铁块放入一盆水中，铁块的温度降低，内能减少；水的温度升高，内能增加。这个过程是通过热传递来实现的。由此可见，热传递也可以改变物体的内能，热传递过程中物体内能变化的量称为热量。习惯上我们所说的“物体吸热(或放热)多少”，实际上是指热传递使物体的内能增加（或减少）多少。
我们可以用加热（热传递）的方法使一根铁棒的温度升高，也可以用摩擦生热（做功）的方法使它升高同样的温度。所以，对于改变物体的内能来说，热传递和做功是等效的，都是改变物体内能的方式。但二者仍有区别，做功的实质是内能与其他形式的能之间的转化，而热传递则是不同物体（或同一物体不同部分）之间内能的转移。
二、热力学第一定律及其应用
一个物体，如果它和外界不发生热传递，则外界对物体所做的功W等于物体内能的增加量∆U；如果外界对物体没有做功，则物体吸收的热量Q等于物体内能的增加量△U；如果外界同时对物体做功和进行热传递，则物体内能的增加量∆U就等于物体吸收的热量Q和外界对物体做的功W之和。即 ∆U=Q+W
上式表示功、热量和内能改变量间的定量关系，在物理学中叫作热力学第一定律。
我们知道，外界既可以对物体做正功，也可以对物体做负功；物体既可以从外界吸热，也可能向外界放热；物体的内能可能增加，也可能减少。根据热力学第一定律的物理意义，如何规定Q、W和△U的符号，才能全面反映功、热量和内能改变量间的定量关系？
Q>0表示 ，Q0表示 ;W<0表示 ; ∆U>0表示 ;∆U<0表示 。
1.如图甲，竖直放置导热性能良好的密闭矩形容器中，一活塞上下各封闭一定质量的理想气体A和B，它们的温度相同，活塞重力不可忽略并可在密闭容器中无摩擦滑动，此时活塞处于静止状态，理想气体A和B在体积不变下的p-T图像如图乙所示，则以下说法正确的是（　　）A．图乙中图线Ⅰ表示在体积不变下的理想气体A的p-T图像B．封闭的理想气体A的体积一定大于理想气体B的体积C．若环境温度升高，活塞一定向上移动D．若环境温度升高，理想气体B一定释放热量
2.下列说法正确的是（       ）A．两个邻近的分子之间的作用力变大时，分子间距一定减小B．水蒸气的实际压强越大，空气的相对湿度就越大C．制作晶体管、集成电路只能用单晶体，不能用多晶体D．由于可以从单一热源吸收热量全部用来做功，所以热机效率可以达到100%
3.如图所示，一定量的理想气体从状态 A 开始，经历两个过程，先后到达状态 B 和 C，下列说法正确的是（　　）A．状态 A 和状态 B 温度相同，状态 C 温度最高B．状态 B 和状态 C 温度相同，状态 A 温度最高C．从状态 A 到状态 B 温度升高，气体对外界做功，不断吸热D．从状态 B 到状态 C 温度升高，气体对外界做功，不断吸热
4.下列说法正确的是（　　）A．气体膨胀对外做功，其内能一定减小B．内能是物体中所有分子热运动动能的总和C．气体温度升高，分子的平均动能有可能不变D．水中花粉颗粒的布朗运动是由水分子的无规则运动引起的
5.如图所示，气缸和活塞与外界均无热交换，中间有一个固定的导热性良好的隔板，封闭着两部分气体A和B，活塞处于静止平衡状态。现通过电热丝对气体A加热一段时间，后来活塞达到新的平衡，不计气体分子势能，不计活塞与气缸壁间的摩擦，大气压强保持不变，则下列判断正确的是（　　）A．气体A吸热，内能增加B．气体B吸热，对外做功，内能不变C．气体A分子的平均动能增大D．气体B分子单位时间内对器壁单位面积碰撞次数增大
6.如图所示，一定质量的理想气体从状态a经绝热过程到达状态b，再经等容过程到达状态c，最后经等温过程返回到状态a。已知在b到c的过程中，气体吸收热量为10J。下列说法正确的是（　　）A．a到c过程，气体对外界做功10JB．a到c过程，外界对气体做功10JC． a到b过程，气体对外界做功10J D．a到b过程，外界对气体做功10J
7.如图所示，一定质量的理想气体沿直线从状态A变化到状态B。已知在此过程中，气体吸收了280J的热量。则该理想气体在此过程中（　　）A．每个气体分子的动能均增大B．状态B的热力学温度是状态A的2倍C．外界对气体做正功D．内能增加180J
8.一定质量的理想气体密封在容器内，其初状态从A开始，经B、C、D又回到初始状态，变化过程如图所示，其中DA直线反向延长通过坐标原点，AB和CD为双曲线，BC平行于纵轴．下列说法正确的是（　　）A．DA直线反向延长过坐标原点，故其过程是等温变化B．C到D过程放出的热量大于外界对气体做的功C．从微观的角度讲，BC过程压强减小是由于分子平均动能减小D．气体经全过程回到A时，不吸热也不放热
9.如图所示，绝热隔板K把绝热的气缸分隔成体积相等的两部分，K与气缸壁的接触是光滑的。两部分中分别盛有相同质量、相同温度的同种气体a和b。气体分子之间相互作用势能可忽略。现通过电热丝对气体a加热一段时间后，a、b各自达到新的平衡（　　）A．a的体积增大，压强变小B．b的体积减小，温度不变C．a增加的内能等于b增加的内能D．加热后a的分子热运动比b的分子热运动更激烈
10.一封闭容器中装有一定质量的理想气体，容器壁与外界没有热量交换，当气体被压缩时，下列说法正确的是（　　）A．气体压强增大B．气体对外界做功C．气体内能不变D．气体温度不变
2.改变物体内能的两种方式
（1）做功；（2）热传递。
3.热力学第一定律及其应用
1.下列说法正确的是（       ）A．气体如果失去了容器的约束会散开，这是因为气体分子热运动的结果B．分子间同时存在着引力和斥力，当分子间距增加时，分子间的引力增大，斥力减小C．一定质量的理想气体，温度升高，压强不变，则单位时间撞到单位面积上的分子数减少D．恒温水池中，小气泡由底部缓慢上升过程中，气泡中的理想气体内能不变，对外做功，吸收热量E．当人们感到潮湿时，空气的绝对湿度一定较大
2.某汽车后备箱内安装有撑起箱盖的装置，它主要由汽缸和活塞组成。开箱时，密闭于汽缸内的压缩气体膨胀，将箱盖顶起，如图所示。在此过程中，若缸内气体与外界无热交换，忽略气体分子间相互作用，则缸内气体（　　）A．对外做正功B．气体的温度升高C．分子平均动能增大D．分子的平均动能减小
3.如图所示，固定气缸侧壁绝热、底部导热良好，活塞B、P绝热，并可无摩擦滑动，活塞B将气缸内气体分为甲、乙两部分，现将活塞P缓慢向右拉动一段距离，则下列说法正确的是（       ）A．甲气体分子的平均动能减小B．甲气体从外界吸热C．甲气体分子对器壁单位面积撞击力不变D．乙气体温度降低E．甲气体对乙气体做功小于乙气体对P做功
4.骑山地自行车成为一种流行的运动。这种自行车前轮有气压式减震装置来抵抗颠簸，其原理如图，随着自行车的颠簸，活塞上下振动，在气缸内封闭气体的作用下，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．活塞迅速下压时气缸内的气体分子平均动能增大B．活塞迅速下压时气缸内的气体分子间分子力增大C．活塞迅速下压时气缸内的气体压强增大D．活塞下压后迅速反弹时气缸内气体内能增加E．活塞下压后迅速反弹时气缸内有些气体分子的速率增大
5.在斯特林循环的p-V图像中，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，整个过程由两个等温过程和两个等容过程组成，如图甲所示；状态c和状态d时气体分子热运动速率的统计分布如图乙所示。则下列说法正确的是（　　）A．从状态a到状态b，气体的温度升高B．从状态b到状态c，单位体积中的气体分子数增多C．从状态c到状态d，气体对外放热D．状态b时每个气体分子的动能都比状态a时的大E．状态d对应的是图乙中的图线①