资源简介

(共43张PPT)
1　功、热和内能的改变
素养·目标定位
目标素养
1.通过焦耳的两个实验,知道什么是绝热过程,理解做功与内能改变的数量关系
2.知道传热的热量与内能变化的关系
3.知道做功和传热是改变内能的两种方式,且对改变系统内能是等效的
4.掌握内能、功、热量、温度四个物理量的区别和联系
知识概览
课前·基础认知
一、焦耳的实验
1.绝热过程:系统不从外界　吸热　,也不向外界　放热　,这样的过程叫作绝热过程。
2.代表性实验。
(1)两个实验的比较。
两个实验 实验一 实验二
做功
方式 通过重物下落带动叶片搅拌水,靠叶片与水摩擦使水温升高 通过重物下落使发电机发电,电流通过电阻丝做功使水温升高
实验
条件 容器及其中的水组成的系统与外界绝热
共性 外界对系统做功数值上相同,系统温度上升数值相同,内能改变相同
(2)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。
微探究1 如图是古人钻木取火的假想图,在钻木取火的过程中,为什么木块能够冒烟并最终能够生火,试从物理学角度进行解释。
提示:钻木取火的过程是对木块进行做功的过程,木块内能的增加来源于外界对木块做的功。
二、功与内能的改变
1.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。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。
2.功和内能:在绝热过程中,外界对系统做的功等于系统内能的增加量,即　W=ΔU　。
微判断 (1)系统只从外界吸热,而不向外界放热的过程就是绝热过程。(　　)
(2)在绝热过程中,外界对系统做多少功,内能就能增加多少。
(　　)
(3)擦划火柴,火柴头着火,是通过做功改变了物体的内能。
(　　)
(4)电流通过导体,导体发热,是通过做功改变了物体的内能。
(　　)
×
√
√
√
三、 热与内能的改变
1.热量:它是在单纯的传热过程中系统内能变化的量度。
2.热和内能改变的关系:在单纯的传热过程中,当系统从状态1达到状态2时,内能的变化量ΔU=U2-U1=　Q　。
微探究2 某同学做了一个小实验:先把空的
烧瓶放入冰箱冷冻,一小时后取出烧瓶,并迅
速把一个气球紧密地套在瓶颈上,然后将烧
瓶放进盛满热水的桶里,气球逐渐膨胀起来。
(1)烧瓶内空气的内能增加了还是减少了
(2)请解释气球膨胀的原因。
提示:(1)增加了。
(2)由于热水的温度较高,将烧瓶放进盛满热水的桶里,气体吸收热量,内能增加,温度升高,体积增大,使气球逐渐膨胀起来。
课堂·重难突破
一 焦耳的实验
问题探究
如图所示,用绝热性良好的材料制作容器,容器中安装着叶片。砝码下落时带动叶片转动,搅拌容器中的水,水的温度如何变化 如何求得该装置机械能的减少量
提示:水的温度升高,该装置机械能的减少量等于水的热量的增加,可由水的质量、升高的温度以及水的比热容求得。
归纳总结
1.绝热过程:系统不从外界吸热,也不向外界放热的过程。
2.代表实验。
(1)重物下落带动叶片搅拌容器中的水,引起水温上升。
(2)通过电流的热效应给水加热。
3.实验结论:在各种不同的绝热过程中,系统状态变化相同,则外力所做的功相同,与做功的方式无关。
4.内能:只依赖于热力学系统自身状态的物理量。
典型例题
【例1】 研究内能改变与功之间关系的两个典型实验如图所示,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
C
解析: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,选项C正确。
二 功与内能的改变
问题探究
打气筒是日常生活中的一种工具,当我们用打气筒给自行车打气的时候,就是在克服气体压力和摩擦力做功。打气的过程中你有没有试着去摸一下打气筒的外壳 有什么感觉 打气筒的温度升高了,这是怎么回事呢
提示:做功的过程是能量转化的过程,做功使得系统的内能增加了,所以温度升高。
归纳总结
1.内能:物体的内能是指物体内所有分子的平均动能和分子势能之和。
(1)在微观上由分子数、分子热运动的剧烈程度和相互作用力决定,宏观上体现为物体的温度和体积,因此物体的内能是一个状态量。
(2)在系统不吸热也不放热的绝热过程中,状态发生的变化是由于做功造成的,伴随的能量转化是外界的能量与系统自身的能量发生了转化,系统自身的能量称为内能。
(3)造成系统内能变化的量与做功方式无关,与做功的数量有关。
(4)内能是状态量,由物体的状态、温度、体积、质量决定。
2.(1)做功与内能变化的关系:当系统从某一状态经过绝热过程达到另一状态时,内能的增加量ΔU就等于外界对系统所做的功W,用公式表示为ΔU=U2-U1=W。
(2)系统内能的改变量ΔU只与初、末状态的内能U1和U2有关,与做功的过程、方式无关。
(3)功和内能的区别。
①功是过程量,内能是状态量。
②在绝热过程中,做功一定能引起内能的变化。
③物体的内能大,并不意味着做功多,在绝热过程中,只有变化较大时,对应着做功较多。
典型例题
【例2】 如图所示,一个质量为20 kg的绝热汽缸竖直放置,绝热活塞的质量为5 kg,面积为0.1 m2,处于静止状态时被封闭气体的高度为50 cm,现在活塞上方加一15 kg的物体,待稳定后,被封闭气体的高度变为40 cm。求在这一过程中气体的内能增加了多少 (p0=1.01×105 Pa,g取10 m/s2)
思路引领:(1)外界对某一系统做功时,系统的内能不一定增加,还要看该系统有没有向外放热,以及向外放热的多少。
(2)在绝热过程中,系统内能的增加量等于外界对系统所做的功。
答案:1 030 J
解析:由于汽缸及活塞均绝热,故外界对气体所做的功全部转化为气体的内能,即
ΔU=W外=(m活塞+m物体)gΔh+p0SΔh
=(5+15)×10×0.1 J+1.01×105×0.1×0.1 J
=1 030 J。
规律总结 分析绝热过程的方法 (1)在绝热的情况下,若外界对系统做正功,系统内能增加,ΔU为正值;若系统对外界做正功,系统内能减少,ΔU为负值。此过程做功的多少为内能转化多少的量度。 (2)在绝热过程中,内能和其他形式的能一样也是状态量,气体的初、末状态确定了,在初、末状态的内能也相应确定了,内能的变化量ΔU也就确定了。而功是能量转化的量度,ΔU=W,这也是判断绝热过程的一种方法。
三 热与内能的改变
问题探究
当我们双手靠近火源,双手立即就会感受到手变热了;冬天,当天气冷时,我们搓搓手就会感到手暖一些。思考一下内能的概念,你认为改变物体的内能有几种方式
提示:两种方式,分别是做功和传热。
归纳总结
1.传热。
(1)热量从高温物体传递到低温物体,或从物体的高温部分传递到低温部分,叫作传热。
(2)传热的三种方式:热传导、热对流和热辐射。
2.传热的实质。
传热实质上传递的是能量,结果是改变了系统的内能,传递能量的多少用热量来量度。
3.传递的热量与内能改变的关系。
(1)在单纯传热中,系统从外界吸收多少热量,系统的内能就增加多少,即Q吸=ΔU。
(2)在单纯传热中,系统向外界放出多少热量,系统的内能就减少多少,即Q放=-ΔU。
4.改变物体内能的两种方式的比较。
比较项 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,内能增加;物体放出热量,内能减少
物理实质 其他形式的能与内能之间的转化 不同物体间或同一物体的不同部分之间内能的转移
相互联系 做一定量的功或传递一定量的热量在改变内能上的效果是相同的
典型例题
【例3】(多选)一铜块和一铁块质量相等,铜块的温度T1比铁块的温度T2高,当它们接触在一起时,如果不和外界交换能量,则(　 　)
A.从两者开始接触到热平衡的整个过程中,铜块内能的减少量等于铁块内能的增加量
B.在两者达到热平衡以前的任意一段时间内,铜块内能的减少量不等于铁块内能的增加量
C.在两者达到热平衡以前的任意一段时间内,铜块内能的减少量都等于铁块内能的增加量
D.达到热平衡时,两者的温度相等
ACD
解析:热平衡条件是温度相等,传热的方向是从温度高的物体传向温度低的物体。在传热过程中,高温物体放出的热量等于低温物体吸收的热量,因此选项A、C、D正确,B错误。
规律总结 热量和内能的关系 1.热量的概念只有在涉及能量的传递时才有意义,因此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.在系统与外界只发生传热时,系统吸收多少热量,系统内能就增加多少;系统放出多少热量,系统内能就减少多少。
成 果 验 收 站
1.(多选)焦耳实验装置图如图所示,用绝热性能良好的材料将容器包好,重物下落带动叶片搅拌容器里的水,引起水温升高,关于这个实验,下列说法正确的是(　　)
A.这个装置可测定热量与做功的关系
B.做功增加了水的热量
C.做功增加了水的内能
D.功和热量是完全等价的,无区别
答案:AC
解析:该实验可测定做功和热量的关系,选项A正确。该实验是绝热过程,没有传热,内能的改变是由于做功引起的,选项C正确。做功表示能量的转化,而热量表示传热中内能的转移,二者有区别,选项B、D错误。
2.下列事例中,主要利用做功的方式来改变物体内能的是
(　　)
A.把酒精擦在手背上,手背感觉到凉
B.冬天人们在室外晒太阳,感觉暖和
C.汽油机的压缩冲程,燃料温度升高
D.把水放进冰箱冷冻室,水变成冰块
答案:C
解析:把酒精擦在手背上,酒精从手吸收热量,使手的温度降低,是通过传热改变物体的内能,选项A错误。冬天人们在室外晒太阳,人体从阳光中吸收热量,温度升高,是通过传热改变物体的内能,选项B错误。汽油机的压缩冲程,压缩气体做功,机械能转化为内能,是通过做功改变物体的内能,选项C正确。把水放进冰箱冷冻室,水变成冰块,放出热量,温度降低,是通过传热改变物体的内能,选项D错误。
3.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。今对活塞施加一竖直向下的压力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力,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
答案:C
解析:向下压活塞,活塞对气体做功,气体的内能增加,温度升高,气体的体积减小,可得出气体的压强增大,选项C正确。
4.下列生活实例通过传热改变物体内能的是(　　)
A.野外生存中利用钻木取火
B.暖手宝可以使手变得暖和
C.搓搓手可以让手变得暖和
D.铁钉被锤子敲打后会升温
答案:B
解析:野外生存中利用钻木取火,克服摩擦力做功,是通过做功改变物体的内能;暖手宝可以使手变得暖和,是通过传热把热量从暖手宝传递到手上,使手的内能增加;搓搓手可以让手变得暖和,是通过摩擦做功的方式,使手的内能增加;铁钉被锤子敲打后会升温,是通过做功改变物体的内能,使铁钉的内能增加。故选项B正确。
5.关于传热,下列说法正确的是(　　)
A.传热的实质是温度的传递
B.物体间存在着温度差,才能发生传热
C.传热可以在任何情况下进行
D.物体内能发生改变,一定是吸收或放出了热量
答案:B
解析:传热实质上是热量在两物体间或同一物体各部分间发生转移,选项A错误。传热发生的条件是物体间存在着温度差,高温物体放出热量,低温物体吸收热量,若两物体温度相同,它们之间便不会发生传热,选项B正确,C错误。物体吸收或放出热量,内能会发生变化,但内能变化不一定是传热引起的,还可以用做功的方式改变内能,选项D错误。

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