资源简介

(共27张PPT)
第三章 热力学定律
第1节 功、热和内能的改变
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？
新课导入
学习任务一　焦耳的实验
[实验探究]
⑴实验装置
⑵实验原理
重物下落时带动叶片转动，搅拌容器中的水，水由于摩擦而温度上升。
实验1
学习任务一　焦耳的实验
[实验探究]
⑶研究对象——热力学系统：
容器中的水
——封闭系统：与外界没有物质交换，但有能量交换。
⑷状态变化过程
系统状态变化过程中，系统不从外界吸热，也不向外界放热。
绝热过程：
⑸焦耳的多次实验测量结论
尽管各次悬挂重物的质量不同，下落的高度也不一样，但只要重力所做的功相同，容器内水温上升的数值都是相同的，即系统状态的变化是相同的。
学习任务一
学习任务一　焦耳的实验
[实验探究]
实验2
⑴实验装置
⑵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。
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。
⑶焦耳的多次实验测量结论
学习任务一
学习任务一　焦耳的实验
[实验探究]
焦耳的实验结论
实验1
重物下落重力做功
叶片搅拌容器中的水
水与叶片摩擦而温度上升
系统从状态1
变为状态2
T1
T2
实验2
系统从状态1
变为状态2
T1
T2
电机发电
电热丝发热
发热丝对水加热温度上升
重物下落重力做功
做功的数量只由过程始末两个状态1、2决定，而与重物的质量、做功的次数无关。
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状态1、2决定，而与做功的方式无关。
学习任务一
学习任务一　焦耳的实验
[教材链接]阅读教材“焦耳的实验”相关内容,完成下列填空:
(1)代表性实验
实验一:重物下落带动叶片搅拌容器中的水,引起水温上升.对于同一个系统,如果过程是绝热的,尽管悬挂重物的质量不同,下落的高度不同,但只要　　　　　　　　相同,系统状态的变化就相同.
实验二:通过电流的热效应给水加热.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　　　　相等,系统的状态变化就相同.
实验结论:在各种不同的　　　　中,系统状态的改变与做功方式无关,仅与　　　　有关.
(2)绝热过程:系统只通过　　　　　　　或外界对它做功而与外界交换能量,它不　　　　　　　,也不向外界放热.
重力所做的功
电功
绝热过程
做功数量　
对外界做功
从外界吸热
例1 [2023·合肥一中月考] 如图所示是焦耳研究热与功之间关系的两个典型实验,那么从焦耳的这两个实验中可得出的结论是 (　)
A.系统状态的改变只能通过传热来实现
B.机械能守恒
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
学习任务一
C
[解析]焦耳通过多次实验,最后得到的结论是: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C.
如果一个热学过程的状态变化发生得极快、经历时间很短，系统与外界交换的热量就很少，即系统与外界来不及交换热量，这样的过程若不计传递的热，可以看成绝热过程。
在热力学系统的绝热过程中，系统从状态1经过绝热过程达到状态2。
ΔU=U2-U1
ΔU=W
系统内能增量
外界对系统所做的功W
1.外界对系统做功：
W>0
，ΔU>0
Q=0
内能增加
U1
U2
压燃实验
学习任务二
学习任务二　功与内能的改变
取一个透明塑料瓶，向瓶内注入少量的水。将橡胶塞打孔，安装上气门嘴，再用橡胶塞把瓶口塞紧，并向瓶内打气，观察橡胶塞跳出时瓶内的变化。
当橡胶塞跳出时，瓶内出现白雾。
实验现象
做一做
以瓶内气体为研究对象，橡胶塞跳出后，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。
2、系统对外界做功：
W<0
，ΔU<0
内能减小
热力学系统
——瓶内气体
状态变化过程
——绝热过程
热学过程的状态变化发生得极快、经历时间很短，系统与外界交换的热量就很少，即系统与外界来不及交换热量，这样的过程若不计传递的热，可以看成绝热过程。
ΔU=W
气体膨胀，系统对外做功
内能↓，温度↓，液化，雾状
物理量 符号 意义 符号 意义
W
ΔU
外界对系统做功
系统对外界做功
内能增加
内能减少
+
ΔU>0
－
ΔU<0
在绝热过程中，功是系统内能转化的量度： U=W
例2 [2023·厦门一中月考] 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
学习任务二
C
[解析]压力F通过活塞对密闭的理想气体做正功,容器及活塞绝热,由功和内能的关系知,理想气体内能增大,温度T升高,根据=C,可得体积V减小,压强p增大,故C正确.
学习任务二
【要点总结】
1.ΔU=W的适用条件是绝热过程.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.
2.功和内能的联系:
(1)功是过程量,内能是状态量;
(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,做功一定能引起内能变化;
(4)物体的内能大,并不意味着做功多,只有在绝热过程中,内能变化较大才对应着做功较多.
两个温度不同的物体A、B相互接触时，温度低的物体B要升温，我们说，热从高温物体A传到了低温物体B。
单纯地对系统传热也能改变系统的热力学状态
水壶温酒
容器中的酒
——封闭系统：与外界没有物质交换，但有能量交换。
△U＝Q
Q
T1
T2
U1
U2
ΔU=U2-U1
系统内能增量
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。
学习任务三
学习任务三　热与内能的改变
说明:
（1）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.
（2）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。
物理量 符号 意义 符号 意义
Q
ΔU
系统吸收热量
系统放出热量
内能增加
内能减少
+
ΔU>0
－
ΔU<0
△U＝Q
学习任务三
例3 下列各事例中是通过传热改变物体内能的是(　)
A.车床上车刀切削工件后发热
B.用肥皂水淋车刀后车刀降温
C.擦火柴时火柴头温度升高
D.搓搓手就会觉得手发热
B
[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内能的,而用肥皂水淋车刀后车刀降温是通过传热改变物体内能,故选B.
学习任务三
【要点总结】
1.在单纯传热的过程中,系统从外界吸收多少热量,系统的内能就增加多少,系统向外界放出多少热量,系统的内能就减少多少,即ΔU=U2-U1=Q.
2.传热改变物体内能的过程是不同物体之间(或同一物体不同部分之间)内能的转移.
3.传热与物体的内能的多少无关,只与两个物体(或一个物体的两部分)的温度差有关,热量总是从高温物体自发地传递到低温物体.
做功 传热
内能 变化 外界对物体做功,物体的内能增加;物体对外界做功,物体的内能减少 物体吸收热量,物体的内能增加;物体放出热量,物体的内能减少
物理 实质 其他形式的能与内能之间的转化 不同物体之间或同一物体的不同部分之间内能的转移
异同点 做功和传热在改变物体的内能上是　　 　的,但做功和传热在　　　　上是不同的,做功是能量的转化,传热是热量的转移 学习任务四
学习任务四　改变物体内能的两种方式
[物理观念]改变物体内能的两种方式的比较
本质
等效　
学习任务四
例4 关于物体的内能及其变化,以下说法正确的是 (　)
A.物体的温度改变时,其内能一定改变
B.物体对外做功,其内能不一定改变;向物体传递热量,其内能也不一定改变
C.物体对外做功,其内能一定改变;物体向外放出热量,其内能也一定改变
D.若物体与外界不发生热交换,则物体的内能一定不改变
B
[解析]一定质量的物体,其内能由温度和体积共同决定,物体的温度改变时,其内能不一定改变,A错误.
做功和传热是改变物体内能的两种方式,当物体对外做功为W,吸收的热量为Q时,若W>Q,则物体的内能减少;若W=Q,则物体的内能不变;若W若物体与外界不发生热交换,但外界对物体做功或物体对外界做功时,物体的内能都会发生改变,D错误.
学习任务四
变式1 (多选)[2023·青岛二中月考] 对于热量、功和内能三者的关系,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,也可能是外界单纯地对系统传递100 J的热量
CD
[解析] 热量、功和内能三者虽然单位相同,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,有ΔU=W=100 J,对一个单纯传热过程,有ΔU=Q=100 J,D正确.
学习任务四
【要点总结】温度、内能、热量和功的区别与联系
含义 特点
温度 表示物体的冷热程度,是物体分子平均动能大小的标志,是大量分子热运动的集体表现,对个别分子来说没有意义 状态量
内能 是物体内所有分子热运动的动能和分子势能的总和,是由大量分子的热运动和分子的相对位置决定的能 状态量
热量 是传热过程中内能的改变量,用来量度传热过程中内能转移的多少 过程量
功 用来改变系统的内能,促使机械能或其他形式的能和内能之间转化 过程量
1.内能的改变通过传热和做功两种方式来完成 2.有过程,才有内能变化,所以离开了过程,热量和功将毫无意义.就某一状态而言,只有“内能”,不存在“热量”和“功”,因此,不能说一个系统中含有“多少热量”或“多少功” 课堂小结
改变内能的两种方式
热传递
吸热
放热
内能增加
内能减少
物体对外界放热
物体从外界吸热
做功
对内
对外
内能增加
外界对物体做功
物体对外界做功
内能减小
课后习题
1.在图3.1-1和图3.1-2所示焦耳的两个实验中，各是什么形式的能转化为系统的内能？
课后习题
2.下列事件中，物体的内能怎样改变？（固体和液体的热膨胀很小，可不予考虑）
（1）壶里的水被加热而温度升高。
（2）一条烧红的铁棒逐渐冷却下来。
课后习题
3．气体在绝热膨胀时它的温度会怎样变化？气体在绝热压缩时它的温度会怎样变化？为什么会发生这样的变化？请分别举一个绝热膨胀和绝热压缩时温度变化的实例。
课后习题

展开更多......

收起↑