资源简介

(共31张PPT)
3.1 功、热和
内能的改变
高中物理选择性必修第三册课件
主讲老师：xxx
高中物理选择性必修第三册
焦耳的实验
功与内能的改变
热与内能的改变
总结提升
本章导引
01.
冷热变化是最早引起人们关注的自然现象之一。春夏秋冬，温暑凉寒，何时何处不与冷热相关？人类不但掌握了精确的测温控温方法，还可以人工产生高热和深冷，在高热和深冷的“世界”里不断发现新的科学奇迹。可以说，现代科技的每一项成功——不论是试管婴儿的诞生，还是探索原子世界的奥秘；不论是杂交水稻的培育，还是驾驶“神舟”遨游太空，都离不开“冷热”的学问。
科学家视角
02.
从对一切其他的已知物理和化学过程的这类研究中可以得出这样的结论，自然界作为整体来说它蕴藏着一定数量的能量，它既不会减少，也不会增加……
——亥姆霍兹
问题？
00.
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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？
热力学系统
01.
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19世纪30年代，人们逐渐认识到，为了使系统的热力学状态发生变化，既可以向它传热，也可以对它做功。
焦耳的实验
第一部分
热力学系统
01.
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1840年开始，英国物理学家焦耳进行了多种多样的实验，以求精确测定外界对系统做功和传热对于系统状态的影响，以及功与热的相互关系。这项研究工作为热力学第一定律和能量守恒定律的建立奠定了坚实的实验基础。
焦耳
（James Prescott Joule，1818—1889）
焦耳的实验1
02.
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①实验装置：用绝热性能良好的材料制作容器，容器中安装着叶片组成的搅拌器。
系统不从外界吸热，也不向外界放热的过程叫作绝热过程。
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②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。
重力做功相同
水温上升数值相同
系统状态变化相同
焦耳的实验1
03.
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②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。
①实验装置：
电流做的功相同
系统温度上升数值相同
系统状态变化相同
焦耳的实验2
04.
实验结论
05.
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焦耳的这些实验最终表明：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相同的。也就是说，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状态1、2决定，而与做功的方式无关。
内能
06.
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内能：任何一个热力学系统都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所做的功相联系。我们把这个物理量称为系统的内能。
微观定义（分子动理论对内能的定义）：物体中所有分子的热运动动能和分子势能的总和，叫做物体的内能。
功与内能
的改变
第二部分
功与内能的改变
01.
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1.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
2.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。
ΔU1=W
做一做——功转内能实验
02.
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热与内能
的改变
第三部分
问题与思考
01.
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热传递：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，热量从高温物体A传到了低温物体B。这个过程称之为热传递(传热)。
思考：系统在状态1、2时的内能分别为U1、U2，若系统经过单纯的传热过程从状态1变化到状态2时外界对系统传递的热量为Q，则Q与内能变化量之间存在怎样的关系？
热与内能的改变
02.
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△U= U2 — U1 =Q
单纯的传热过程中热量和内能的关系：
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增加量。
若物体吸热，Q>0，则 ΔU>0，内能增加；若物体放热，Q<0，则 ΔU<0，内能减少.
改变内能的两种方式对比
03.
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做功
热传递
绝 热
过 程
单 纯
传 热
等 效
思考，如果做功和传热都发生，内能如何变化？请预习下一节。
△U＝W
△U＝Q
总结提升
第四部分
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课堂小结
02
01
焦耳的实验
功与内能的改变
热与内能
的改变
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。
03
△U= U2 — U1 =Q
ΔU=U2-U1=W
例题1
例题精选
01.
【参考答案】B
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下列现象中，通过传热的方法来改变物体内能的是（　　）
A．打开电灯开关，灯丝的温度升高，内能增加
B．太阳能热水器在阳光照射下，水的温度逐渐升高
C．用磨刀石磨刀时，刀片的温度升高，内能增加
D．打击铁钉，铁钉的温度升高，内能增加
解析
例题解析
02.
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【解析】A．打开电灯开关，灯丝的温度升高，是通过电流做功的方法来改变物体内能的，A错误；
B．太阳能热水器中水的内能增加是以传热方式进行的，B正确；
C．用磨刀石磨刀时，刀片温度升高，是通过摩擦力做功的方法来改变物体内能的，C错误；
D．打击铁钉，铁钉温度升高，是通过做功的方法来改变物体内能的，D错误。
故选B。
例题2
例题精选
03.
【参考答案】B
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关于系统的内能及其变化，下列说法中正确的是（ ）
A．系统的温度改变时，其内能必定改变
B．系统对外做功，其内能不一定改变；系统向外传递热量，其内能不一定改变
C．对系统做功，系统内能必定改变；系统向外传出一定热量，其内能必定改变
D．若系统与外界不发生热交换，则系统的内能必定不改变
解析
例题解析
04.
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【解析】A．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，故A错误；
BC．物体对外做功的同时如果从外界吸收热量或者同时有别的物体还对它做功，那么物体的内能就不一定改变；向物体传递热量的时候，如果物体同时放热或者有别的物体对它做功，那么物体的内能也不一定改变，故C错误、B正确；D．不发生热传递的话，也可以是对外界做功或者外界对物体做功，一样可以改变物体的内能，故D错误。故选B。
例题3
例题精选
05.
【参考答案】B
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把浸有乙醚的一小块棉花放在厚玻璃筒的底部，当快速下压活塞时，由于被压缩的空气骤然变热，温度升高，达到了乙醚的燃点，使浸有乙醚的棉花燃烧起来，此实验的目的是要说明（　　）
A．做功可以升高物体的温度
B．做功可以改变物体的内能
C．做功一定可以增加物体的内能
D．做功可以增加物体的热量
解析
例题解析
06.
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【解析】AB．当用力压活塞时，活塞压缩玻璃筒内的空气，对空气做功，空气的内能增加，温度升高，当达到乙醚着火点时，筒内棉花就会燃烧起来．此实验说明了：外界对物体做功，物体的内能增加，故A错误，B正确；
CD．改变物体的内能有做功和热传递，做功不一定增加物体的内能，还需考虑热传递；做功改变物体的内能，宏观表现为物体温度的变化，并非增加热量，故CD错误。故选B。
例题4
例题精选
07.
【参考答案】AC
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（多选）夏季天气温差比较大，充足的车胎经过正午阳光的曝晒易爆胎。若车胎内的气体可视为理想气体，爆胎前车胎内气体体积及质量均不变，爆胎过程时间极短，可看作绝热过程。关于车胎内的气体，下列说法正确的是（　　）
A．爆胎前随着气温的升高，车胎内气体压强增大
B．爆胎前随着气温的升高，车胎内气体吸收热量，对外做功，内能不变
C．爆胎过程中，车胎内气体对外做功，内能减小
D．爆胎过程中，车胎内气体体积增大，压强减小，温度升高
解析
例题解析
08.
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【解析】AB．爆胎前随着气温的升高，车胎内气体吸收热量，温度升高，内能增大，压强增大；爆胎前气体体积不变，没有对外做功，故A正确、B错误；
CD．爆胎过程中，车胎内气体体积增大，气体对外做功，内能减小，同时温度降低，压强减小，故C正确、D错误。故选AC。
THANKS
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