资源简介

(共42张PPT)
1. 功、热和内能的改变
人教版（2019）物理（选择性必修第三册）
第三章 热力学定律
目录
素养目标
01
课程导入
02
新课讲解
03
总结归纳
04
课堂练习
05
正确教育
素养目标
1.了解焦耳的两个实验原理，认识焦耳实验探究对建立热力学规律的意义
2.知道做功与传热在改变系统内能上的区别，并会区分热量和内能的概念
3.理解做功与内能的改变与传热与内能的改变的关系，会解释相关的现象
在空气压缩引火仪底部放置少量的硝化棉，迅速压下筒中的活塞，可以观察到硝化棉燃烧的火苗。为什么筒底的硝化棉会被点燃呢？你能解释这个现象吗？
正确教育
焦耳的实验
1818年12月24日生于英国曼彻斯特，起初研究电学和磁学。 1840年在英国皇家学会上宣布了电流通过导体产生热量的定律，即焦耳定律。焦耳测量了热与机械功之间的当量关系——热功当量，为热力学第一定律和能量守恒定律的建立奠定了实验基础。
焦耳
绝热过程：
焦耳实验是一个需要在绝热过程中完成的实验
系统只由于外界对它做功而与外界交换能量它不从外界吸热，也不向外界放热，这样的过程叫绝热过程
焦耳的实验—重力做功
实验装置
实验原理
重物下落带动轮叶旋转，通过搅拌对绝热容器内的液体做功，使液体升温，即状态发生变化.
实验条件
实验结论
整个系统处于绝热过程，通过改变悬挂重物的质量和下落高度，进行多次实验测量。
只要重力所做的功相同，容器中水温上升的数值就 是相同的，即系统的状态变化是相同的。由于实验比较了重力做功与系统温度变化的关系， 所以该实验也称为热功当量实验。
实验装置
焦耳的实验—电流做功
实验原理
让正在下降的重物带动发电机发电，电流通过浸在液体中的电阻丝，由电流的热效应给液体加热，使液体温度上升。
焦耳的实验—电流做功
对于同一个系统，如果过程是绝热的，那么不管通过电阻丝的电流或大或小、通电时间或长或短，只要所做的电功相等，则系统温度上升的数值是相同的，即系统的状态就发生了同样的变化。
焦耳的多次实验测量结论
1.实验条件
绝热过程：系统不从外界 ，也不向外界 。
2.代表性实验
(1)让重物下落带动叶片搅拌容器中的水，引起水温 。
(2)通过电流的 给水加热。
3.实验结论
在各种不同的绝热过程中，如果使系统从状态1变为状态2，所需外界做功的数量是
的，即要使系统状态通过绝热过程发生变化，做功的数量只由过程始末两个 决定，而与做功的方式 。
吸热
吸热
上升
热效应
相同
状态1、2
无关
内能：
任何一个热力学系统必定存在一个只依赖于系统自身状态的物理量，这个物理量在两个状态间的差别与外界在绝热过程中对系统做的功相联系。鉴于功是能量变化的量度，所以这个物理量必定是系统的一种能量，我们把它称为系统的内能。
1.如图是研究内能改变与功之间关系的两个典型实验，那么从这两个实验中可得出的结论是（ ）
A.能量守恒定律
B.机械能守恒定律
C.在各种不同的绝热过程中，
系统状态的改变与做功方式
无关，仅与做功数量有关
D.在各种不同的绝热过程中，系统状态的改变不仅与做功方式有关，还与做功数量有关
经典例题
C
通过这两个实验，可得出的结论是在各种不同的绝热过程中，系统状态的改变与做功方式无关，仅与做功数量有关。故选项C正确。
正确教育
功与内能的改变
功与内能的改变
在热力学系统的绝热过程中，当系统从状态1经过绝热过程达到状态2时
ΔU=U2-U1
=
系统内能增量
外界对系统所做的功W
热量交换Q = 0
U1
U2
在绝热过程中，外界对物体做功，物体的内能怎么变？若物体对外界做功呢？请举例说明。
在本课引入实验中，为什么压杆快速压缩空气，筒底的易燃棉花会被点燃呢？
结论1：在绝热过程中，外界对气体做功，气体内能增加
压杆快速压缩空气，对空气做功，空气内能迅速增加，由于来不及散热，温度短时间内急剧升高，从而点燃棉花。
观察橡胶塞跳出时瓶内的变化
观察橡胶塞跳出时瓶内的变化
瓶塞跳出时，瓶内出现白雾。
实验现象：
分析原因：
瓶塞跳出时，瓶内的气体迅速膨胀，系统对外做功，因此，气体的内能迅速减少，瓶内气体温度迅速下降，瓶内水蒸气液化，就会出现大量的雾状小水滴。
功与内能的改变
绝热过程中，内能的变化等于外力对系统所做的功
U=U2-U1=W
W > 0 , U , U > 0
W < 0 , U , U < 0
↑
↓
2.说明
(1)内能变化只由初末状态有关，与中间做功过程及方式无关。
(2)做功改变物体内能的过程是其他形式的能(如机械能)与内能相互转化的过程。
(3)在绝热过程中，外界对系统做功，系统的内能增加；系统对外做功，系统的内能减少。
功和内能的区别
(1)功是过程量，内能是状态量。
(2)功不能转化为内能，而是通过做功的方式把其他形式的能量转化为内能。
(3)物体的内能大，并不意味着做功多。在绝热过程中，只有内能变化较大时，对应着做功较多。
2.（多选）下述各种现象中,属于做功改变内能的是(　　)
A.锯条锯木头，锯条发烫
B.擦划火柴，火柴头着火
C.冬天对着手呵气，手变暖
D.电流通过导体，导体会发热
经典例题
ABD
答案：ABD
解析：锯条锯木头,克服摩擦力做功,使锯条的内能增加、温度升高而发烫,是利用做功的方式改变内能,选项A正确;擦划火柴,克服摩擦力做功,使火柴头的内能增加、温度升高达到燃点而燃烧,是利用做功的方式改变内能,选项B正确;冬天对着手呵气,是手从热气中吸收热量,使手的内能增加、温度升高而变暖,是利用热传递的方式改变内能,选项C错误;电流通过导体,电流做功,消耗的电能转化为内能,使导体发热,是利用做功的方式改变内能,选项D正确。
正确教育
热与内能的改变
热与内能的改变
单纯地对系统传热也能改变系统的热力学状态
热量Q
T1
T2
U1
U2
ΔU=U2-U1
系统内能增量
=
热与内能的改变
当系统从状态1经过单纯的传热达到状态2，
内能的增量ΔU = U2-U1就等于外界向系统传递的热量Q，即
ΔU＝Q
即在外界对系统不做功的情况下，外界传递给系统的热量等于系统内能的改变量。
热量是在单纯的传热过程中系统内能变化的量度
像做功一样，热量的概念也只有在涉及能量的传递时才有意义。所以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。
物体从外界吸热，物体内能增加
物体对外界放热，物体内能减少
热传递的三种方式：热传导、热对流、热辐射
热对流
热传导
热辐射
内能与温度
从宏观看，温度表示的是物体的冷热程度；
从微观看，温度反映了分子热运动的激烈程度，是分子平均动能的标志。物体的温度升高，其内能一定增加。但向物体传递热量，物体的内能却不一定增加(可能同时对外做功)。
热量是系统的内能变化的量度，而温度是系统内大量分子做无规则运动剧烈程度的标志。
热传递的前提条件是两个系统之间要有温度差，传递的是热量而不是温度
热量与温度
【特别提醒】只要存在温度差，热传递过程就会进行，与原来物体内能的多少大小无关。热传递过程能量可以由内能大的物体传到内能小的物体上，也可以由内能小的物体传到内能大的物体上。
做功和热传递的区别
做功使物体内能发生改变，内能的改变就用功的数值来量度。
热传递使物体的内能改变，是物体间内能的转移（同种形式能量的转移），从微观角度，传热是在分子相互作用下，通过分子热运动的碰撞实现内能的转移。
热传递使物体的内能发生改变，内能的改变用热量来量度。
①
②做功和热传递在本质上是不同的：
做功使物体的内能改变，是其他形式的能量和内能之间的转化（不同形式能量间的转化）
高温热源
导热壁
3.下列过程通过热传递方式导致物体内能改变的是(　　)
A.冬天搓手 B.古人钻木取火
C.用火炉把水烧开 D.用打气筒打气,车胎内气体温度升高
经典例题
C
解析：冬天搓手、古人钻木取火、用打气筒打气车胎内气体温度升高属于做功改变物体内能,用火炉把水烧开属于热传递改变物体的内能。故选项A、B、D错误,C正确。
经典例题
4.在这一过程中，下述空气内能的改变量ΔU、外界对气体所做的功W与物体及活塞的重力势能的变化关系正确的是(　　)
A.m0gh+mgΔh=ΔU+W
B.ΔU=W，W=m0gh+mgΔh
C.ΔU=W，WD.ΔU≠W，W=m0gh+mgΔh
C
答案：C
解析：物体与活塞碰撞时有机械能损失,因此物体和活塞重力势能的减少量大于气体内能的增加量;根据功与内能增加量的关系可知,外界对气体所做的功W与空气内能的变化量相等,因此ΔU=W,W功、热和内能的改变
焦耳的实验
功与内能的改变
热与内能的改变
绝热过程
对系统做机械功
对系统做电功
内能
U=U2-U1=W
功和内能的区别
U＝Q
热量
内能与温度
做功和热传递的区别
如图为某种椅子与其升降部分的结构示意图。M、N两筒间密闭了一定质量的气体，M可沿N的内壁上下滑动，设筒内气体不与外界发生热交换，在M向下滑动的过程中（ ）
A.外界对气体做功，气体内能增大
B.外界对气体做功，气体内能减小
C.气体对外界做功，气体内能增大
D.气体对外界做功，气体内能减小
A
解析：筒内气体不与外界发生热交换，当M向下滑动时，筒内气体体积变小，外界对气体做功，使气体的内能增大，故选A。
一定质量的理想气体经历一绝热膨胀过程。设气体分子间的势能可忽略，则在此过程中（ ）
A.外界对气体做功，气体分子的平均动能增大
B.外界对气体做功，气体分子的平均动能减小
C.气体对外界做功，气体分子的平均动能增大
D.气体对外界做功，气体分子的平均动能减小
D
解析：绝热膨胀过程是指气体膨胀过程未发生热传递，膨胀过程气体体积增大，气体对外界做功，则W<0，由ΔU＝U2－U1＝W可知，气体内能减少，由于理想气体分子间的势能忽略，因此气体分子的平均动能减小。故选项D正确。
（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.一定是物体的分子动能增加了50 J
D.物体分子的平均动能可能不变
BD
答案：BD
解析：在外界不做功的情况下，内能的改变量等于传递的热量，内能增加50 J，一定是吸收了50 J的热量，故A错，B对；
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，物体分子的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，故C错，D对。
谢谢观看

展开更多......

收起↑