高中物理 第十章 热力学定律 1 功和内能 2 热和内能课件 新人教版选修33.ppt

第十章 1功和内能2热和内能 学习目标1 了解焦耳的两个实验的原理 知道做功和热传递的实质 2 知道做功和热传递是改变内能的两种方式 理解做功和热传递对改变系统内能是等效的 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 内容索引 知识探究 题型探究 达标检测 知识探究 一 功和内能 1 在焦耳的许多实验中 有两个最具有代表性 一个实验是让重物下落带动叶片搅拌容器中的水 引起水温上升 另一个实验是通过电流的热效应给水加热 焦耳的这两个实验说明了什么问题 答案 答案做功和热传递对改变物体的内能是等效的 2 如图1 在有机玻璃筒底放少量浸有乙醚的棉花 压下活塞 观察棉花的变化 答案可以看到棉花燃烧 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 答案 你能看到什么现象 实验现象说明了什么 图1 图中用力按压活塞时为什么一定要迅速 答案迅速按下活塞是为了减少甚至杜绝热传递 创造一个绝热条件 3 如图2 小孩沿滑梯下滑时屁股通常会感到发热 这是为什么 答案小孩沿滑梯下滑时克服摩擦力做功 内能增加 答案 图2 1 焦耳的实验 绝热过程 系统只由于外界对它做功而与外界交换 它不从外界吸热 也不向外界 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 实验结论 要使系统状态通过绝热过程发生变化 做功的量只由过程始末两个状态决定 而与做功的方式 填 有关 或 无关 能量 放热 上升 热效应 无关 2 功和内能 内能微观 所有分子的动能和势能之和 宏观 只依赖于热力学系统的物理量 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 u w适用条件是过程 在绝热过程中 外界对系统做功 系统的内能 系统对外界做功 系统的内能 自身状态 u w 增加 减少 绝热 二 热和内能 1 用铁锤反复敲击铁棒 铁棒的温度会升高 把铁棒放在碳火上烧 铁棒的温度也会升高 这说明了什么问题 答案说明做功和热传递都能改变物体的内能 答案 2 如图3所示是热传递的三种方式 传导 对流和辐射 答案三种方式都是热量从一个物体传递到另外一个物体 热传递和做功都可以改变物体的内能 这两种方式在改变物体内能时本质上又有什么不同 答案热传递是内能在物体间转移 做功是其他形式的能和内能之间的转化 这三种方式在传递能量时有什么共同点 答案 图3 1 热传递 1 条件 物体的不同 2 热传递 热量总是从物体向物体传递 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 之间内能的 温度 高温 低温 u q 内能 内能 转化 转移 题型探究 1 做功与内能变化的关系 1 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 2 在绝热过程中 外界对物体做多少功 就有多少其他形式的能转化为内能 物体的内能就增加多少 2 功与内能的区别 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 只有内能变化越大时 相应地做功才越多 一 对功和内能的理解 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 例1如图4所示 活塞将汽缸分成甲 乙两气室 汽缸 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 答案 解析 图4 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 内能的改变取决于做功的情况 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 外界对甲室内的气体做功 其内能应增大 对乙室内的气体 活塞左移 气体膨胀 乙室内的气体对外界做功 内能应减小 1 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原理点火的 2 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 二 对热和内能的理解 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 系统向外界放出多少热量 系统的内能就减少多少 即 u u2 u1 q 2 传热改变物体内能的过程是物体间 或一个物体的不同部分 内能转移的过程 例2关于热传递 下列说法正确的是a 热传递中 热量一定从含热量多的物体传向含热量少的物体b 两个物体间发生热传递的条件是它们之间有温度差c 在热传递中热量一定从内能多的物体传向内能少的物体d 内能相等的两个物体相互接触时 也可能发生热传递 解析热量的概念只有在涉及能量传递时才有意义 所以不能说物体含有多少热量 a错误 物体间发生热传递的条件是物体间存在温度差 b正确 在热传递中 热量一定从温度高的物体传向温度低的物体 温度高的物体内能不一定多 故c错误 d正确 解析 答案 1 热传递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 2 热传递过程中 能量可以由内能大的物体传递到内能小的物体上 也可以由内能小的物体传递到内能大的物体上 三 内能和相关概念的辨析 1 能与热量 内能是状态量 可以说系统具有多少内能而不能说传递多少内能 热量是过程量 不能说系统具有多少热量 只能说传递了多少热量 2 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 但是传递的是热量 不是温度 3 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 功是能量变化的量度 但它们之间有着本质的区别 例3关于温度 热量 功和内能 以下说法正确的是a 同一物体温度高时 含有的热量多b 物体的内能越大 含有的热量就越多 温度也越高c 外界对系统做功w 内能必定增加d 发生热传递的条件是两物体之间存在温度差 答案 解析 解析热量是物体间进行热传递时内能的转移 不能说物体含有多少热量 故a错 物体的吸热或放热对应物体的内能变化 并不对应物体内能的大小 故b错 由于做功和热传递都可引起物体内能的变化 只根据做功无法准确判断物体内能的变化 故c错 物体间发生热传递的条件是存在温度差 故d对 物理量之间进行比较时 关键是弄清物理量的概念及其意义 特别是容易混淆的一些概念 它们一定有不同之处 如内能 功和热量的区别关键之处是状态量与过程量 达标检测 1 功和内能 在下述各种现象中 不是由做功引起系统温度变化的是a 在阳光照射下 水的温度升高b 用铁锤不断锤打铅块 铅块温度会升高c 在炉火上烧水 水的温度升高d 电视机工作一段时间 其内部元件温度升高 答案 解析阳光照射下水温升高是热辐射使水的温度升高 在炉火上烧水是热传导和对流使水的温度升高 用铁锤锤打铅块的过程 是做功的过程 铅块温度升高 是由于外界做功引起的 电视机工作时 电流通过各元件 电流做功使其温度升高 可见a c不是由做功引起系统温度变化的 故选a c 1 2 3 4 解析 2 功和内能 一定质量的气体经历一缓慢的绝热膨胀过程 设气体分子间的势能可忽略 则在此过程中a 外界对气体做功 气体分子的平均动能增加b 外界对气体做功 气体分子的平均动能减少c 气体对外界做功 气体分子的平均动能增加d 气体对外界做功 气体分子的平均动能减少 答案 解析 解析绝热膨胀过程是指气体膨胀过程未发生热传递 膨胀过程气体体积增大 气体对外界做功w 0 由 u u2 u1 w可知 气体内能减少 由于气体分子间的势能可忽略 故气体分子的平均动能减少 1 2 3 4 3 热和内能 下列说法正确的是a 若a b两物体接触但没有热传递 则两物体所包含的热量相等b 做功和热传递的共同点是都能使系统内能改变c 一物体先后经几个不同的物理过程 其温度均从t1升高到t2 则在这些过程中物体一定从外界吸收相同的热量d 高温物体内能多 低温物体内能少 答案 解析 1 2 3 4 解析a b两物体没有发生热传递是因为两物体温度相等 a错 做功和热传递都是改变内能的方式 b对 一物体温度从t1升高到t2 内能的改变可能是由于吸收了热量 也可能是外界对物体做了功 c错 高温物体分子的平均动能大 内能不一定大 d错 1 2 3 4 4 内能与相关概念的辨析 对于热量 功 内能三个量 下列说法中正确的是a 热量 功 内能三个量的物