二、热力学第一定律优质课教案内容

2.2

热力学第一定律

一、改变内能的两种方式：做功和热传递

1．做功可以改变物体的内能

【生活实例】列举锯木头和用砂轮磨刀具，锯条、木头和刀具温度升高，说明克服摩擦力做功，可以使物体的内能增加。如果外力对物体做功全部用于物体内能改变的情况下，外力做多少功，物体的内能就改变多少。如果用W表示外界对物体做的功，用ΔE表示物体内能的变化，那么有W=ΔE。功的单位是焦耳，内能的单位也是焦耳。

【演示】演示压缩空气，硝化棉燃烧。说明外力压缩空气过程，对气体做功，使气体的内能增加，温度升高到棉花的燃点而使其燃烧。

以上实例说明做功可以改变物体的内能。

2．热传递可以改变物体的内能

【生活实例】在炉灶上烧热水，火炉烤热周围物体，这些物体温度升高内能增加。这些实例说明依靠热传递方式也可以使物体的内能改变。物体吸收热量，内能增加。物体放出热量，物体的内能减少。如果传递给物体的热量用Q表示，物体内能的变化量是ΔE，那么，Q=ΔE。

热量的计算公式有：Q=cmΔt。热量的单位是焦耳，过去的单位是卡。

所以做功和热传递是改变物体内能的两种方式。

3．做功和热传递对改变物体的内能是等效的。

4．做功和热传递的区别

虽然做功和热传递对改变物体的内能是等效的，但是这两种方式的物理过程有本质的区别。做功使物体内能改变的过程是机械能转化为内能的过程。而热传递的过程只是物体之间内能的转移，没有能量形式的转化。

例：

1．在下列过程中，通过热传递增加物体内能的是

[ ] A．

火车经过铁轨后铁轨的温度升高 B．压缩筒内乙醚，使其燃烧

C．铁棒被太阳晒热 D.汽车刹车后，轮胎变热

2．物体的内能增加这是因为

[ ]

1

A．一定是由于物体吸收了热量 B．一定是由于对物体做了功

C．可能是由于物体吸收了热量，也可能是由于对物体做了功

3．说明下列各题中内能改变的方法：

(1)一盆热水放在室内，一会就凉了，______；

(2)高温高压的气体，迅速膨胀，对外做功，温度降低，______。

(3)铁块在火炉上加热，一会儿热得发红，______；

(4)打气筒给车胎打气，过一会筒壁发热，______’

(5)冬天人们往手上呵气取暖，______；

(6)两手互相摩擦取暖，______。

二、热力学第一定律

1 、做功W、热传递Q、内能变化ΔU的物理意义

1．做功：做功使物体内能发生变化，实质是能量的转化，是一种形式的能量向另一种形式的能转化。功是能量转化的量度。

2．热传递：是能量的转移，内能由一个物体传递给给另一个物体，传递的能量用Q表示。

3．内能的改变：是物体内所有分子动能和势能之和发生了变化，宏观表现在温度和体积上的变化。

2、W、Q、ΔU正负号的确定

1．W，外界对物体做功，W取正值；物体对外界做功，W取负值。

2．Q，物体吸热，Q取正值；物体放热，Q取负值。

3，ΔU，物体内能增加，ΔU取正值；物体内能减少，ΔU取负值。

3、W、Q、ΔU之间的关系

一个物体，如果它既没有吸收热量也没有放出热量，那么，外界对它做多少功，它的内能就增加多少． ΔU=W

2

一个物体，如果它既没有对外做功，也没有其他物体对它做功，那么，它从外界吸收多少热量，它的内能就增加多少． ΔU=Q

如果外界既向物体传热又对物体做功，那么物体内能的增加量就等于物体吸收的热量和外界对物体做的功之和．用ΔU表示物体内能的增加量，用Q表示物体吸收的热量，用W表示外界对物体做的功，那么 ΔU=Q+W

这个式子所表示的，内能的变化量跟功、热量的定量关系，在物理学中叫做热力学第一定律．

物体内能的增加等于物体从外界吸收的热量与外界对物体所做的功的总和。

【例题】

一定量的气体从外界吸收了2.6×10J的热量，内能增加了4.2×10J．外界对气体做了多少功？

解

由(1)式得

W=ΔU－Q =4.2×10J－2.6×10J =1.6×10J 外界对气体做的功是1.6×10J．

思考与讨论

上题中，如果气体吸收的热量仍为2.6×10J，但是内能只增加了1.6×10J，计算结果W将为负值．怎样解释这个结果？一般地讲，ΔU、Q、W的正值和负值各代表什么物理意义？

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