2020版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3_3.pptx

第十章热力学定律1功和内能2热和内能 学习目标 1 从热力学角度认识内能的概念 了解焦耳的两个实验 2 知道做功与内能改变的数量关系 知道热传递的热量与内能变化的关系 3 知道做功和热传递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 课前预习 课堂探究 随堂演练 课前预习掌握新知 知识梳理 一 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能量 它不从外界 也不向外界 2 代表实验 1 重物下落带动叶片搅拌容器中的水 引起 2 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 而与无关 吸热 放热 水温度上升 热效应 做功的方式 二 功和内能1 内能的概念 1 内能是描述热力学系统的物理量 2 在绝热过程中可以改变热力学系统所处的状态 2 绝热过程中内能的变化 1 表达式 2 外界对系统做功 W为正 系统对外界做功 W为负 三 热和内能1 热传递 1 条件 物体的不同 做功 自身状态 U W 温度 2 过程 温度不同的物体发生热传递 温度高的物体要降温 温度低的物体要升温 从高温物体传到低温物体 3 热传递的三种方式 热传导 热对流 热辐射 2 热和内能 1 单纯地对系统传热也能改变系统的 即热传递能改变物体的 2 热量是在单纯的传热过程中系统的量度 3 单纯的传热过程中内能的变化 公式 物体 Q为正 物体 Q为负 热量 热力学状态 内能 内能变化 U Q 吸热 放热 科学思维 1 思考判断 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 内能就增加多少 3 热量和功由过程决定 而内能由物体的状态决定 4 温度高的物体其热量必定多 内能必定大 5 做功和传热都能引起系统内能的改变 故它们没有什么区别 2 思维探究 1 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 答案 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 2 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 打气的过程中你试着去摸一下打气筒的外壳有什么感觉 这是怎么回事呢 答案 外壳温度升高甚至烫手 压缩气体做功 使系统的内能增加 温度升高 3 热传递是热量从内能多的物体传递给内能少的物体吗 答案 不是 热传递是热量从高温物体传向低温物体 并非从内能多的物体传向内能少的物体 要点一做功和内能变化的关系 课堂探究突破要点 探究导学 1 如图所示 在有机玻璃筒底放少量浸有乙醚的棉花 迅速压下活塞 观察棉花的变化 能看到什么现象 实验现象说明了什么 答案 可以看到棉花燃烧了起来 实验现象说明压缩空气做功 使空气内能增大 温度升高 达到棉花的燃点后引起棉花的燃烧 2 焦耳的两个代表性实验 一个是让重物下落带动叶片搅动容器中的水 引起水温上升 如图 甲 所示 另一个是通过电流的热效应给水加热 使水温上升 如图 乙 所示 这两个实验中 为什么都要强调 绝热过程 答案 因为只有在绝热的条件下 才能探究出做功和内能改变的定量关系 3 用锤子反复敲打一铁块 铁块会发生怎样的变化 为什么 答案 铁块的温度升高 同时会发生形变 在敲打铁块的过程中 锤子对铁块做功 使铁块的内能增加 温度升高 铁块由于受到力的作用 会发生形变 要点归纳 1 内能 1 微观 所有分子热运动的动能和分子势能之和 2 宏观 只依赖于热力学系统自身状态的物理量 3 状态量 物体的内能与物体的质量 状态 温度 体积等有关 2 功和内能变化的关系做功可以改变系统的内能 功是系统内能转化的量度 在绝热过程中 1 外界对系统做功 系统内能增加 即 U U2 U1 W 0 2 系统对外界做功 系统内能减少 即W U 0 3 内能与机械能的区别和联系 1 区别 内能与机械能是两个不同的概念 2 联系 在一定条件下可以相互转化 且总量保持不变 例1 2019 四川广元检测 如图所示 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 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 解析 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 D 学霸笔记 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 U为正值 若系统对外界做正功 系统内能减少 U为负值 此过程做功为内能转化的量度 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 即在初 末状态的内能也相应地确定了 内能的变化 U也确定了 而功是能量转化的量度 所以 U W 即W为恒量 这也是判断是否为绝热过程的一种方法 针对训练1 多选 下列关于系统内能的说法正确的是 A 系统的内能是由系统的状态决定的B 分子动理论中引入的系统内能和热力学中引入的系统内能是一致的C 做功可以改变系统的内能 但单纯地对系统传热不能改变系统的内能D 气体在大气中绝热膨胀时对外做了功 但气体的内能不变 解析 系统的内能是一个只依赖于系统自身状态的物理量 所以是由系统的状态决定的 A对 正因为内能是由系统的状态决定的 所以分子动理论中引入的内能和热力学中引入的内能是一致的 B对 做功和热传递都可以改变系统的内能 C错 气体膨胀时对外界做了功 又因为与外界没有热交换 所以系统的内能要减小 故D错 AB 要点二传热与内能的变化 探究导学 做功和热传递 都可以改变物体的内能 烧水时 火的热量传递给水 答案 做功改变内能的实质是内能和机械能之间相互转化 外界对系统做功 机械能转化为内能 系统对外界做功 内能转化为机械能 1 做功改变内能的实质是什么 2 热传递改变内能的实质是什么 3 做功和热传递都能改变物体的内能 做功和热传递在改变物体内能上的意义是否相同 答案 不相同 热传递是物体间内能的转移 即内能从物体的一部分转移到另一部分 或从一个物体转移到另一个物体 做功改变内能是物体的内能与其他形式的能量的转化 如内能与机械能 内能与电能等发生转化 要点归纳 1 热传递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 叫做热传递 2 热传递的实质热传递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 在单纯热传递中 系统从外界吸收多少热量 系统的内能就增加多少 即Q吸 U 2 在单纯热传递中 系统向外界放出多少热量 系统的内能就减少多少 即Q放 U 4 热传递具有方向性热量可以自发地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 不会自发地从低温物体传递到高温物体或从物体的低温部分传递到高温部分 例2 关于物体的内能和热量 下列说法中正确的有 A 热水的内能比冷水的内能多B 温度高的物体其热量必定多 内能必定大C 在热传递过程中 内能大的物体其内能将减小 内能小的物体其内能将增大 直到两物体的内能相等D 在热传递过程中 热量从高温物体传递到低温物体 直到两物体的温度相同 D 解析 物体的内能由温度 体积及物体的质量决定 不是只由温度决定 故A B项错 在热传递过程中 热量由高温物体传给低温物体 而与物体的内能无关 所以完全有可能是内能大的物体内能继续增大 内能小的物体内能继续减 学霸笔记 改变内能的两种方式的比较 例2 1 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 铜块的温度比铁块的低E 热平衡时 两者的温度相等 ACE 解析 热平衡条件是温度相等 热传递的方向是从温度高的物体传向温度低的物体 在热传递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A C E正确 B D错误 针对训练2 2019 安徽淮南月考 下列说法正确的是 A 若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发生改变C 一物体先后经过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 高温物体内能大 低温物体内能小 B 解析 两物体没有发生热传递是因为两物体温度相等 A项错误 做功和热传递都是改变物体内能的方式 B项正确 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 也可能是由于外界对物体做了功 也可能两种情况都有 C项错误 高温物体分子的平均动能大 但内能不一定大 低温物体分子的平均动能小 但内能不一定小 D项错误 随堂演练检测效果 1 多选 如图所示为焦耳实验装置图 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 这个装置可测定热功当量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E 在绝热过程中 叶片对水做功一定增加水的内能 ACE 解析 将做功过程和吸热过程在同等条件下比较 可测出热功当量 故A正确 做功增加了水的内能 热量只是热传递过程中内能改变的量度 故B错误 C正确 做功和传热产生的效果相同 但功和热量是不同的概念 D错误 E正确 2 2019 河南南阳检测 多选 在下述各种现象中 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 BD 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热对流使水的温度升高 用铁锤锤打铅块的过程 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B D是由做功引起温度变化的 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 今对活塞施以一竖直向下的压力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 则下列关于密封气体的说法正确的是 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 C 4 多选 关于热量 功和内能的下列说法中正确的是 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 功都可以作为物体内能变化的量度D 热量 功 内能的单位相同E 热量和功是由过程决定的 而内能是由物体状态决定的 CDE 解析 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的总和 而要改变物体的内能可以通过做功和热传递两种途