高考物理 101.2 功和内能 热和内能课件 新人教版选修33 (2).ppt

1 2功和内能热和内能 1 从热力学的角度认识内能的概念 了解焦耳的两个实验的原理 2 知道做功和热传递是改变内能的两种方式 3 知道做功与内能改变的数量关系 知道传递的热量与内能变化的关系 4 通过焦耳实验的探究 培养科学探索精神 重点 1 改变内能的两种方式 2 理解做功和热传递对改变内能是等效的 难点 1 焦耳的两个绝热过程实验的意义 2 内能概念的掌握和应用 一 功和内能1 焦耳的实验 1 绝热过程 系统只由于外界对它做功而与外界交换 它不从外界 也不向外界 2 代表性实验 重物下落带动叶片搅拌容器中的水 引起水温 通过电流的 给水加热 3 实验结论 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决定 而与做功的 无关 能量 吸热 放热 上升 热效应 方式 2 功和内能 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 的物理量 这个物理量在两个状态间的差别与外界在 过程中对系统所做的功相联系 鉴于功是能量 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 自身状态 绝热 变化 u w 二 热和内能1 热传递 1 条件 物体的 不同 2 定义 两个 不同的物体相互接触时 温度高的物体要降温 温度低的物体要升温 从高温物体传到了低温物体 温度 温度 热量 2 热和内能 1 热量 它是在单纯的传热过程中系统 变化的量度 2 表达式 3 热传递与做功在改变系统内能上的异同 做功和热传递都能引起系统 的改变 做功时是内能与其他形式能的 热传递只是不同物体 或一个物体的不同部分 之间 内能 u q 内能 转化 内能的转移 判一判 1 做功和热传递在改变内能上不是等效的 2 在绝热过程中 系统对外界做的功等于系统内能的增加量 3 两个物体能够发生热传递的条件是它们的温度不同 4 功和内能都是能量转化的量度 提示 1 做功和热传递对改变内能是等效的 故 1 错 2 在绝热过程中 外界对系统做的功等于系统内能的增加量 系统对外界做的功等于系统内能的减少量 故 2 错 3 温度不同是两个物体能够发生热传递的条件 故 3 对 4 功是能量转化的量度 内能不是能量转化的量度 故 4 错 探究做功和物体内能的变化1 焦耳的两个实验为什么都要强调 绝热过程 提示 只有在绝热的条件下 才能探究出做功与内能改变的定量关系 2 在有机玻璃筒底放少量棉花 压下活塞 观察棉花的变化 你能看到什么现象 实验现象说明了什么 提示 可以看到棉花燃烧 实验现象说明压缩空气做功 使空气内能增大 达到棉花的燃点后引起棉花燃烧 3 焦耳的热功当量实验和电流热效应给水加热的实验中做功的方式相同吗 你能得出什么结论 提示 不同 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 仅与做功多少有关 4 如何判断物体内能的变化 如何计算内能的增量 思路分析 判断物体内能是否变化是个难点 应结合绝热条件 从外界对物体做功和物体对外界做功两方面分析 提示 1 在绝热过程中 外界对物体做功或物体对外界做功均能引起物体内能的变化 2 外界对系统所做的功w等于系统从状态1到状态2时内能的增加量 即w u u2 u1 实质是其他形式的能和系统内能相互转化的过程 知识点拨 绝热过程中物体内能的改变 1 绝热过程中只有做功才能改变物体的内能 2 外界对气体做功 内能增加 气体的温度就升高 相反 如果气体对外界做功 内能减小 气体的温度就降低 探究归纳 焦耳的两个实验 1 绝热过程 系统只通过做功与外界交换能量 它不吸热也不放热 2 在不同的绝热过程中 系统内能的增量等于外界对系统做的功 即 u w 典例1 如图所示 固定在水平面上的汽缸内 用活塞封闭一定质量的理想气体 活塞与汽缸间无摩擦且与周围环境没有热交换 今用一个水平恒力f向外拉动活塞过程中 下列叙述正确的是 a 由于没有热交换 汽缸内气体的温度不变b 由于拉力对活塞做正功 汽缸内气体的温度升高c 由于气体体积变大 所以汽缸内气体内能增加d 由于气体膨胀对外做功 所以汽缸内气体内能减少 思路点拨 求解此题应注意以下三点 1 做功可以改变内能 2 绝热过程就是系统与外界没有能量交换即q 0 3 内能的变化有增加和减少两种情况 在绝热条件下 外界对系统做正功 系统内能增加 系统对外界做正功 系统内能减少 解析 选d 拉力对汽缸做正功 或说克服活塞内外的压力差做功 而不是对气体做功 相反 拉动活塞 汽缸内气体膨胀对外做功 所以其内能会减少 故选项a b c都是错误的 选项d正确 变式训练 拥有私家车的人们越来越多 说明人们生活水平不断提高 某汽车的发动机汽缸内装有汽油与空气的混合气体 如图所示 要使该混合气体达到其燃点 则 a 迅速向外拉活塞b 迅速向里推活塞c 缓慢向里推活塞d 缓慢向外拉活塞 解析 选b 气体被压缩或膨胀时 气体的内能发生变化 如果将装有汽油与空气混合物的汽缸中的活塞迅速向里推 该汽缸内混合气体来不及与外界发生热交换 同时由于外界通过活塞对该气体做功 使混合气体的内能增加 温度升高 从而达到其燃点 故b对 探究热传递和内能1 热传递的条件是什么 能否发生热传递与物体内能的多少是否有关 提示 1 热传递的条件 两个物体存在温度差 只要它们存在温度差 热量就会从高温物体传到低温物体 2 与物体内能的多少无关 热传递过程中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 2 根据q u 能否说热量就是内能 提示 不能 热量是过程量 只有在发生热传递时体现 可以测量 而内能是状态量 不可测量 3 在单纯的热传递过程中 怎样计算内能的增量 提示 当系统从状态1经过单纯的热传递达到状态2时 内能的增加量 u u2 u1等于外界对系统传递的热量q 即 u q 知识点拨 1 热传递 1 方向 热量由高温物体传向低温物体 2 实质 是物体间内能的转移 3 方式 热传导 对流和热辐射 热传导过程发生在相互接触的两固体之间 或同一物体的不同部分 而对流发生在气体 液体的传热过程中 热辐射发生在两个不同温度的物体之间 2 理解物体内能的变化 1 实质 做功和热传递在改变物体内能上是等效的 2 不同 做功时是内能与其他形式能的转化 热传递只是不同物体 或一个物体的不同部分 之间内能的转移 探究归纳 热传递 1 条件 两物体存在温度差 2 方向 热量由高温物体传向低温物体 3 量度 热量是单纯传热过程中内能变化的量度即 u q 典例2 关于热传递 下列说法正确的是 a 热传递的实质是温度的传递b 物体间存在温度差 才能发生热传递c 热传递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 思路点拨 求解此题应注意以下三点 1 热传递的条件 2 热传递的实质 3 热传递与内能改变之间的关系 解析 选b 热传递的实质是物体间内能的转移 故a错 热传递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热传递 故b对 c错 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热传递引起的 还可以用做功的方式 故d错 变式训练 下列关于物体的温度 内能和热量的说法中正确的是 a 物体的温度越高 所含热量越多b 物体的内能越大 热量越多c 物体的温度越高 它的分子热运动的平均动能越大d 物体的温度不变 其内能就不变 解析 选c 组成物体的所有分子热运动的动能与分子间势能的总和 叫做物体的内能 它与物体分子热运动的能量状态相对应 热量只是热传递过程中表征内能变化多少的物理量 因此 不存在物体含热量多少的概念 故a b错 温度是物体大量分子无规则运动平均动能的宏观标志 温度越高表明分子平均动能越大 物体的温度不变 仅表明它的分子热运动的平均动能没有变化 但是 分子间的势能有可能变化 即内能有可能变化 如晶体熔化过程 温度不变 所吸收的热量用来增加分子间的势能 故c正确 d错误 温馨提示 物体内能的改变及其影响因素是我们在解题中容易混淆的问题 我们平时注意加以区别 并能加以对比和利用 典例 关于物体内能的变化 下列说法中正确的是 a 物体的温度变化时 其内能一定发生变化b 对物体做功 其内能一定变化 物体向外传出热量 其内能一定变化c 物体对外做功 其内能不一定改变 向物体传递热量 其内能不一定改变d 若物体与外界不发生热交换 则物体的内能一定不改变 思路点拨 解答本题应掌握以下两点 1 掌握改变内能的两种方式 2 根据改变系统内能