高中物理 3.1 内能 功 热量教学课件 粤教版选修33.ppt

第一节内能功热量 1 知道热传递的实质 2 知道做功和热传递是改变内能的两种方式 明确两种方式的区别 3 明确内能 功 热量 温度四个物理量的区别和联系 一 内能 定义 物体内部所有分子做热运动的和的总和 影响因素 物体的内能由物体的 共同决定 动能 分子势能 温度 体积 物质的量 二 改变物体内能的两种方式 做功在绝热过程中内能的改变用来量度 外界对物体做多少功 物体的内能就多少 物体对外界做多少功 物体的内能就多少 热传递 1 热传递 物体总是自发地把它的内能传递给物体 这种没有做功而使物体内能改变的现象称为热传递 2 热量 热传递过程中的量度 功 增加 减少 高温 低温 物体内能变化 3 在系统与外界互不做功的条件下系统吸收了多少热量 系统的内能就多少 系统放出了多少热量 系统的内能就多少 增加 减少 思考 钻木取火 反映了怎样的能量转化过程 答案 做功可以改变物体的内能 机械能转化为内能 温馨提示1 功是过程量 内能是状态量 热量是过程量 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 物体内能的大小与做功多少无关 在绝热过程中做功多少等于内能的变化 一 功和内能的关系的理解 内能与内能的变化 1 物体的内能是指物体内所有分子热运动的动能和分子势能之和 2 当物体温度变化时 分子平均动能变化 物体体积变化时 分子势能发生变化 即物体的内能是由它的状态决定的 且物体的内能变化只由初 末状态决定 与中间过程及方式无关 做功与内能的变化理解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 做功使物体内能发生变化时 内能改变了多少可用做功的数值来度量 外界对物体做多少功 物体的内能就增加多少 物体对外界做多少功 物体的内能就减少多少 压缩气体 外界对气体做了功 气体的内能增加 气体内能的增加量等于外界对气体做的功 气体膨胀 是气体对外界做功 气体内能减小 气体内能的减少量等于气体膨胀对外做的功 实质上 对气体我们还能从另一个方面来判断 那就是看气体的体积 被研究的气体体积增大就一定对外做功 气体的体积减小 外界就一定对气体做功 在绝热过程中 末态内能大于初态内能时 u为正 w为正 外界对系统做功 末态内能小于初态内能时 u为负 w为负 系统对外界做功 内能和其他形式的能一样 是状态量 物体的状态一定时 它的内能也一定 和讨论重力势能一样 我们能确定的只是内能的变化 因为任何状态下的内能 只有在标准参考态的值确定后 才可能得出相应的确定值 由此可知 要测得物体某一状态内能的绝对值 是不可能的 内能与机械能物体的内能与机械能是两个不同的物理概念 内能是由大量分子热运动和分子间的相对位置所决定的能 机械能是物体做机械运动和物体形变所决定的能 物体具有内能的同时可具有机械能 物体的机械能在一定条件下可等于零 但物体的内能不可能等于零 因为分子永不停息地做无规则运动 它们之间有相互作用 内能和机械能在一定条件下可以相互转化 且总量保持不变 特别提醒做功的过程是能量转化的过程 做功的过程种类很多 同学们有时很难将能量转化的具体情况弄清楚 因此分析做功过程时 一定要将各种能量分析全 弄清楚能量转化的实际情况 二 内能 温度 功和热量之间的区别和联系 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 其内能应该增加 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 内能与热量 1 热量的概念在涉及能量传递时才有意义 我们不能说一个物体具有多少热量 只能说在热传递过程中物体吸收或放出了多少热量 2 在单纯传热的过程中 物体吸收热量 内能增加 物体放出热量 内能减小 热量与温度热量是系统的内能变化的量度 而温度是系统内部大量分子做无规则运动的激烈程度的标志 虽然热传递的前提是两个系统之间要有温度差 但是传递的是能量 不是温度 热量与功热量和功 都是系统内能变化的量度 都是过程量 一定量的热量与一定量的功相当 热量可以通过系统转化为功 功也可以通过系统转化为热量 但它们之间有着本质的区别 三 做功和热传递在改变内能方面的区别与联系 例1 如图3 1 1所示 活塞将气缸分成甲 乙两气室 气缸 活塞 连同拉杆 是绝热的 且不漏气 以e甲 e乙分别表示甲 乙两气室中气体的内能 则在将拉杆缓慢向外拉的过程中 a e甲不变 e乙减小b e甲不变 e乙增大c e甲增大 e乙不变d e甲增大 e乙减小 做功与内能的变化 图3 1 1 解析本题解题的关键是明确甲 乙两气室气体都经历绝热过程 内能的改变取决了做功的情况 对甲室内的气体 在拉杆缓慢向外拉的过程中 活塞左移 压缩气体 外界对甲室气体做功 其内能应增大 对乙室内的气体 活塞左移 气体膨胀 气体对外界做功 内能就减少 故d选项正确 答案d借题发挥 压缩气体 外界对气体做功 内能增大 温度升高 柴油机就是利用这个道理点火的 在绝热过程中 末态内能大于初态内能时 u为正 w为正 外界对系统做功 末态内能小于初态内能时 u为负 w为负 系统对外界做功 变式1 绝热过程中 外界压缩气体做功20j 下列说法正确的是 a 气体内能一定增加20jb 气体内能增加必定小于20jc 气体内能增加可能小于20jd 气体内能可能不变解析绝热过程中q 0 所以气体内能的变化只由做功情况来决定 外界压缩气体做功20j 则气体内能一定增加20j 故a选项正确 答案a 热传递与内能的改变 借题发挥两个物体相接触 能够发生热传递的前提条件是两者之间存在温度差 热传递过程中内能转移的量可用热量来量度 热传递的最终结果是两者温度相等 变式2 双选 下列所述现象中属于利用热传导的方式来传热的是 a 冬天 用手去拿室外的铁块 手感到冷b 夏天 开空调一段时间后整个房间内温度降低c 在地面上晒小麦d 冬天 用暖水袋暖手 解析冬天 室外的铁块温度低 手温度高 用手拿铁块时 手上的热量直接通过热传导的方式传到铁块上 用暖水袋暖手 道理同上 开空调后整个房间内降温 是空气通过对流的方式使热空气降温 晒小麦是依靠太阳热辐射来吸收热量的 所以正确答案为a d 答案ad 例3 2012 西宁 如图3 1 2所示 a b是两个完全相同的球 分别浸没在水和水银的同一深度处 a b两球用同一种材料制成 当温度稍微升高时 球的体积会明显变大 如果开始水和水银的温度相同 且两液体温度同时缓慢升高到同一值 两球膨胀后 体积相等 则 做功和热传递与内能变化的关系 图3 1 2 a a球吸收的热量较多b b球吸收的热量较多c 两球吸收的热量一样多d 无法确定解析a b两球升高同样的温度 体积变化又相同 则二者内能的变化相同 而b球是处在水银中的 b球膨胀时受到的压力大 对外做功多 因此b球吸收热量较多一些 答案b 借题发挥利用球体体积的变化从而找到做功的关系 是解决本题的关键所在 也是本题的创新之处 能的转化与守恒定律广泛适用于自然界中的一切情景 在复杂问题中利用能的转化与守恒 可以找到突破口 变式3 对于热量 功和内能 三者的说法正确的是 a 热量 功 内能三者的物理意义等同b 热量 功都可以作为物体内能的量度c 热量 功 内能的单位不相同d 热量和功是由过程决定的 而