功熱和內(nèi)能的改變課件-高二下學(xué)期物理人教版選擇性

1.

功、熱和內(nèi)能的改變?nèi)私贪妫?019）物理（選擇性必修第三冊(cè)）第三章

熱力學(xué)定律目錄素養(yǎng)目標(biāo)01課程導(dǎo)入02新課講解03總結(jié)歸納04課堂練習(xí)05正確教育素養(yǎng)目標(biāo)1.了解焦耳的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)原理，認(rèn)識(shí)焦耳實(shí)驗(yàn)探究對(duì)建立熱力學(xué)規(guī)律的意義

2.知道做功與傳熱在改變系統(tǒng)內(nèi)能上的區(qū)別，并會(huì)區(qū)分熱量和內(nèi)能的概念3.理解做功與內(nèi)能的改變與傳熱與內(nèi)能的改變的關(guān)系，會(huì)解釋相關(guān)的現(xiàn)象

在空氣壓縮引火儀底部放置少量的硝化棉，迅速壓下筒中的活塞，可以觀察到硝化棉燃燒的火苗。為什么筒底的硝化棉會(huì)被點(diǎn)燃呢？你能解釋這個(gè)現(xiàn)象嗎？正確教育焦耳的實(shí)驗(yàn)

1818年12月24日生于英國(guó)曼徹斯特，起初研究電學(xué)和磁學(xué)。1840年在英國(guó)皇家學(xué)會(huì)上宣布了電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生熱量的定律，即焦耳定律。焦耳測(cè)量了熱與機(jī)械功之間的當(dāng)量關(guān)系——熱功當(dāng)量，為熱力學(xué)第一定律和能量守恒定律的建立奠定了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。焦耳絕熱過程：焦耳實(shí)驗(yàn)是一個(gè)需要在絕熱過程中完成的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)只由于外界對(duì)它做功而與外界交換能量它不從外界吸熱，也不向外界放熱，這樣的過程叫絕熱過程焦耳的實(shí)驗(yàn)—重力做功實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)條件實(shí)驗(yàn)結(jié)論整個(gè)系統(tǒng)處于絕熱過程，通過改變懸掛重物的質(zhì)量和下落高度，進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)測(cè)量。只要重力所做的功相同，容器中水溫上升的數(shù)值就是相同的，即系統(tǒng)的狀態(tài)變化是相同的。由于實(shí)驗(yàn)比較了重力做功與系統(tǒng)溫度變化的關(guān)系，所以該實(shí)驗(yàn)也稱為熱功當(dāng)量實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)裝置焦耳的實(shí)驗(yàn)—電流做功實(shí)驗(yàn)原理

讓正在下降的重物帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，電流通過浸在液體中的電阻絲，由電流的熱效應(yīng)給液體加熱，使液體溫度上升。焦耳的實(shí)驗(yàn)—電流做功1.實(shí)驗(yàn)條件絕熱過程：系統(tǒng)不從外界

，也不向外界

。2.代表性實(shí)驗(yàn)(1)讓重物下落帶動(dòng)葉片攪拌容器中的水，引起水溫

。(2)通過電流的

給水加熱。3.實(shí)驗(yàn)結(jié)論在各種不同的絕熱過程中，如果使系統(tǒng)從狀態(tài)1變?yōu)闋顟B(tài)2，所需外界做功的數(shù)量是

的，即要使系統(tǒng)狀態(tài)通過絕熱過程發(fā)生變化，做功的數(shù)量只由過程始末兩個(gè)

決定，而與做功的方式

。吸熱吸熱上升熱效應(yīng)相同狀態(tài)1、2無關(guān)內(nèi)能：

任何一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)必定存在一個(gè)只依賴于系統(tǒng)自身狀態(tài)的物理量，這個(gè)物理量在兩個(gè)狀態(tài)間的差別與外界在絕熱過程中對(duì)系統(tǒng)做的功相聯(lián)系。鑒于功是能量變化的量度，所以這個(gè)物理量必定是系統(tǒng)的一種能量，我們把它稱為系統(tǒng)的內(nèi)能。1.如圖是研究?jī)?nèi)能改變與功之間關(guān)系的兩個(gè)典型實(shí)驗(yàn)，那么從這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)中可得出的結(jié)論是（

）A.能量守恒定律B.機(jī)械能守恒定律C.在各種不同的絕熱過程中，

系統(tǒng)狀態(tài)的改變與做功方式

無關(guān)，僅與做功數(shù)量有關(guān)D.在各種不同的絕熱過程中，系統(tǒng)狀態(tài)的改變不僅與做功方式有關(guān)，還與做功數(shù)量有關(guān)經(jīng)典例題C通過這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，可得出的結(jié)論是在各種不同的絕熱過程中，系統(tǒng)狀態(tài)的改變與做功方式無關(guān)，僅與做功數(shù)量有關(guān)。故選項(xiàng)C正確。正確教育功與內(nèi)能的改變功與內(nèi)能的改變?cè)跓崃W(xué)系統(tǒng)的絕熱過程中，當(dāng)系統(tǒng)從狀態(tài)1經(jīng)過絕熱過程達(dá)到狀態(tài)2時(shí)ΔU=U2-U1=系統(tǒng)內(nèi)能增量外界對(duì)系統(tǒng)所做的功W熱量交換Q=0U1U2在絕熱過程中，外界對(duì)物體做功，物體的內(nèi)能怎么變？若物體對(duì)外界做功呢？請(qǐng)舉例說明。在本課引入實(shí)驗(yàn)中，為什么壓桿快速壓縮空氣，筒底的易燃棉花會(huì)被點(diǎn)燃呢？結(jié)論1：在絕熱過程中，外界對(duì)氣體做功，氣體內(nèi)能增加壓桿快速壓縮空氣，對(duì)空氣做功，空氣內(nèi)能迅速增加，由于來不及散熱，溫度短時(shí)間內(nèi)急劇升高，從而點(diǎn)燃棉花。觀察橡膠塞跳出時(shí)瓶?jī)?nèi)的變化瓶塞跳出時(shí)，瓶?jī)?nèi)出現(xiàn)白霧。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：分析原因：

瓶塞跳出時(shí)，瓶?jī)?nèi)的氣體迅速膨脹，系統(tǒng)對(duì)外做功，因此，氣體的內(nèi)能迅速減少，瓶?jī)?nèi)氣體溫度迅速下降，瓶?jī)?nèi)水蒸氣液化，就會(huì)出現(xiàn)大量的霧狀小水滴。功與內(nèi)能的改變絕熱過程中，內(nèi)能的變化等于外力對(duì)系統(tǒng)所做的功?U=U2-U1=WW>0,U

,?U>0W<0,U

,?U<0↑↓2.說明(1)內(nèi)能變化只由初末狀態(tài)有關(guān)，與中間做功過程及方式無關(guān)。(2)做功改變物體內(nèi)能的過程是其他形式的能(如機(jī)械能)與內(nèi)能相互轉(zhuǎn)化的過程。(3)在絕熱過程中，外界對(duì)系統(tǒng)做功，系統(tǒng)的內(nèi)能增加；系統(tǒng)對(duì)外做功，系統(tǒng)的內(nèi)能減少。功和內(nèi)能的區(qū)別(1)功是過程量，內(nèi)能是狀態(tài)量。(2)功不能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而是通過做功的方式把其他形式的能量轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。(3)物體的內(nèi)能大，并不意味著做功多。在絕熱過程中，只有內(nèi)能變化較大時(shí)，對(duì)應(yīng)著做功較多。2.（多選）下述各種現(xiàn)象中,屬于做功改變內(nèi)能的是(

)A.鋸條鋸木頭，鋸條發(fā)燙B.擦劃火柴，火柴頭著火C.冬天對(duì)著手呵氣，手變暖D.電流通過導(dǎo)體，導(dǎo)體會(huì)發(fā)熱經(jīng)典例題ABD答案：ABD解析：鋸條鋸木頭,克服摩擦力做功,使鋸條的內(nèi)能增加、溫度升高而發(fā)燙,是利用做功的方式改變內(nèi)能,選項(xiàng)A正確;擦劃火柴,克服摩擦力做功,使火柴頭的內(nèi)能增加、溫度升高達(dá)到燃點(diǎn)而燃燒,是利用做功的方式改變內(nèi)能,選項(xiàng)B正確;冬天對(duì)著手呵氣,是手從熱氣中吸收熱量,使手的內(nèi)能增加、溫度升高而變暖,是利用熱傳遞的方式改變內(nèi)能,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;電流通過導(dǎo)體,電流做功,消耗的電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,使導(dǎo)體發(fā)熱,是利用做功的方式改變內(nèi)能,選項(xiàng)D正確。正確教育熱與內(nèi)能的改變熱與內(nèi)能的改變單純地對(duì)系統(tǒng)傳熱也能改變系統(tǒng)的熱力學(xué)狀態(tài)熱量QT1T2U1U2ΔU=U2-U1系統(tǒng)內(nèi)能增量=熱與內(nèi)能的改變當(dāng)系統(tǒng)從狀態(tài)1經(jīng)過單純的傳熱達(dá)到狀態(tài)2，內(nèi)能的增量ΔU=U2-U1就等于外界向系統(tǒng)傳遞的熱量Q，即ΔU＝Q即在外界對(duì)系統(tǒng)不做功的情況下，外界傳遞給系統(tǒng)的熱量等于系統(tǒng)內(nèi)能的改變量。熱量是在單純的傳熱過程中系統(tǒng)內(nèi)能變化的量度像做功一樣，熱量的概念也只有在涉及能量的傳遞時(shí)才有意義。所以不能說物體具有多少熱量，只能說物體吸收或放出了多少熱量。

物體從外界吸熱，物體內(nèi)能增加物體對(duì)外界放熱，物體內(nèi)能減少熱傳遞的三種方式：熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流、熱輻射熱對(duì)流熱傳導(dǎo)熱輻射內(nèi)能與溫度從宏觀看，溫度表示的是物體的冷熱程度；從微觀看，溫度反映了分子熱運(yùn)動(dòng)的激烈程度，是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志。物體的溫度升高，其內(nèi)能一定增加。但向物體傳遞熱量，物體的內(nèi)能卻不一定增加(可能同時(shí)對(duì)外做功)。

熱量是系統(tǒng)的內(nèi)能變化的量度，而溫度是系統(tǒng)內(nèi)大量分子做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)劇烈程度的標(biāo)志。熱傳遞的前提條件是兩個(gè)系統(tǒng)之間要有溫度差，傳遞的是熱量而不是溫度熱量與溫度【特別提醒】只要存在溫度差，熱傳遞過程就會(huì)進(jìn)行，與原來物體內(nèi)能的多少大小無關(guān)。熱傳遞過程能量可以由內(nèi)能大的物體傳到內(nèi)能小的物體上，也可以由內(nèi)能小的物體傳到內(nèi)能大的物體上。做功和熱傳遞的區(qū)別做功使物體內(nèi)能發(fā)生改變，內(nèi)能的改變就用功的數(shù)值來量度。

熱傳遞使物體的內(nèi)能改變，是物體間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移（同種形式能量的轉(zhuǎn)移），從微觀角度，傳熱是在分子相互作用下，通過分子熱運(yùn)動(dòng)的碰撞實(shí)現(xiàn)內(nèi)能的轉(zhuǎn)移。熱傳遞使物體的內(nèi)能發(fā)生改變，內(nèi)能的改變用熱量來量度。①②做功和熱傳遞在本質(zhì)上是不同的：

做功使物體的內(nèi)能改變，是其他形式的能量和內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)化（不同形式能量間的轉(zhuǎn)化）高溫?zé)嵩磳?dǎo)熱壁3.下列過程通過熱傳遞方式導(dǎo)致物體內(nèi)能改變的是(

)A.冬天搓手 B.古人鉆木取火C.用火爐把水燒開 D.用打氣筒打氣,車胎內(nèi)氣體溫度升高經(jīng)典例題C解析：冬天搓手、古人鉆木取火、用打氣筒打氣車胎內(nèi)氣體溫度升高屬于做功改變物體內(nèi)能,用火爐把水燒開屬于熱傳遞改變物體的內(nèi)能。故選項(xiàng)A、B、D錯(cuò)誤,C正確。經(jīng)典例題4.在這一過程中，下述空氣內(nèi)能的改變量ΔU、外界對(duì)氣體所做的功W與物體及活塞的重力勢(shì)能的變化關(guān)系正確的是(

)A.m0gh+mgΔh=ΔU+W B.ΔU=W，W=m0gh+mgΔhC.ΔU=W，W<m0gh+mgΔh D.ΔU≠W，W=m0gh+mgΔhC答案：C解析：物體與活塞碰撞時(shí)有機(jī)械能損失,因此物體和活塞重力勢(shì)能的減少量大于氣體內(nèi)能的增加量;根據(jù)功與內(nèi)能增加量的關(guān)系可知,外界對(duì)氣體所做的功W與空氣內(nèi)能的變化量相等,因此ΔU=W,W<m0gh+mgΔh,選項(xiàng)C正確,A、B、D錯(cuò)誤。特別注意物體與活塞碰撞時(shí)有機(jī)械能損失。功、熱和內(nèi)能的改變焦耳的實(shí)驗(yàn)功與內(nèi)能的改變熱與內(nèi)能的改變絕熱過程對(duì)系統(tǒng)做機(jī)械功對(duì)系統(tǒng)做電功內(nèi)能?U=U2-U1=W功和內(nèi)能的區(qū)別?U＝Q熱量?jī)?nèi)能與溫度做功和熱傳遞的區(qū)別如圖為某種椅子與其升降部分的結(jié)構(gòu)示意圖。M、N兩筒間密閉了一定質(zhì)量的氣體，M可沿N的內(nèi)壁上下滑動(dòng)，設(shè)筒內(nèi)氣體不與外界發(fā)生熱交換，在M向下滑動(dòng)的過程中（

）A.外界對(duì)氣體做功，氣體內(nèi)能增大B.外界對(duì)氣體做功，氣體內(nèi)能減小C.氣體對(duì)外界做功，氣體內(nèi)能增大D.氣體對(duì)外界做功，氣體內(nèi)能減小A解析：筒內(nèi)氣體不與外界發(fā)生熱交換，當(dāng)M向下滑動(dòng)時(shí)，筒內(nèi)氣體體積變小，外界對(duì)氣體做功，使氣體的內(nèi)能增大，故選A。一定質(zhì)量的理想氣體經(jīng)歷一絕熱膨脹過程。設(shè)氣體分子間的勢(shì)能可忽略，則在此過程中（

）A.外界對(duì)氣體做功，氣體分子的平均動(dòng)能增大B.外界對(duì)氣體做功，氣體分子的平均動(dòng)能減小C.氣體對(duì)外界做功，氣體分子的平均動(dòng)能增大D.氣體對(duì)外界做功，氣體分子的平均動(dòng)能減小D解析：絕熱膨脹過程是指氣體膨脹過程未發(fā)生熱傳遞，膨脹過程氣體體積增大，氣體對(duì)外界做功，則W<0，由ΔU＝U2－U1＝W可知，氣體內(nèi)能減少，由于理想氣體分子間的勢(shì)能忽略，因此氣體分子的平均動(dòng)能減小。故選項(xiàng)D正確。（多選）在外界不做功的情況下，物體的內(nèi)能增加了50J，下列說法正確的是（

）A.一定是物體放出了50J的熱量B.一定是物體吸收了50