101《功和内能》.ppt

10 1 功和内能 高中物理 选修3 3 教学目标 知识与技能1 知道什么是绝热过程 2 从热力学的角度认识内能的概念 3 理解做功与内能改变的数量关系 4 知道内能和功的单位是相同的 过程与方法从焦耳的实验理解功与内能变化的关系情感 态度与价值观通过焦耳实验了解功与内能变化关系的得来 学习科学家探究过程的艰辛教学重点 难点绝热过程中的功与内能的关系 知识回顾 2 什么叫内能 与哪些因素有关 3 质量 温度相同的物体 内能必定相等对吗 1 机械 功的两个不可缺少的因素是什么 电流做功与哪些因素有关 物体的内能与温度和体积的关系 温度变时分子动能变 体积变时分子势能变 因此物体的内能决定于它的温度和体积 但是这句话却不能作为判断两物体内能大小的依据 如两物体温度和体积均相同 而内能却没有确定的关系 再如 0OC的冰熔化成OC水体积减小 不能就此认为其势能也减小 而应该从改变内能的方式上分析 冰熔化过程吸收热量 内能增加 而温度不变 所增加的只是分子的势能 结论 做功使得物体 密闭气体 温度升高 焦耳 1818年12月24日生于英国曼彻斯特 起初研究电学和磁学 1840年在英国皇家学会上宣布了电流通过导体产生热量的定律 即焦耳定律 焦耳测量了热与机械功之间的当量关系 热功当量 为热力学第一定律和能量守恒定律的建立奠定了实验基础 一 焦耳的实验 系统只由于外界对它做功而与外界交换能量它不从外界吸热 也不向外界放热 这样的过程叫绝热过程 绝热过程 焦耳实验是一个需要在绝热过程中完成的实验 焦耳二个代表性实验 焦耳热功当量实验装置 机械功 实验结论 只要重力所做的功相同 容器内水温上升的数值都是相同的 即系统状态的变化是相同的 焦耳二个代表性实验 焦耳热功当量实验装置 电功 实验结论 只要所做的电功相等 则系统温度上升的数值是相同的 即系统的状态变化是相同的 从焦耳的实验中可以得出什么结论 1 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 2 测出了热功当量 热与机械功之间的当量关系 为热力学第一定律和能量守恒定律的建立奠定了实验基础 在热力学系统的绝热过程中 外界对系统所做的功仅由过程的始末两个状态决定 不依赖于做功的具体过程和方式 类比思考 哪些力做功仅由物体的起点和终点两个位置决定 与物体的运动路径无关 重力 电场力 重力做功对应重力势能 电场力做功对应电势能 电能 在热力学系统的绝热过程中 外界对系统所做的功仅由过程的始末两个状态决定 不依赖于做功的具体过程和方式 功是能量转化的量度 内能U 只依赖于系统自身状态的物理量 内能与状态参量温度 体积有关 即由它的状态决定 内能的增加量 U U2 U1等于外界对系统所做的功 U W 二 内能 呈现雾状 1 系统指的是什么 实验研究的对象是瓶中的气体与打气筒中的气体 那么我们的系统也就是这二部分气体 2 出现了什么现象 3 为什么会呈现雾状 为什么会呈现雾状 当用打气筒向瓶内打气时 外界对系统做功 使得系统的内能增加 温度升高 压强增大 使瓶塞从瓶口中喷出 看到雾状物的原因在于 在塞子突然跳起时 气体绝热膨胀对外做功 内能减少 温度下降 水蒸汽 或酒精蒸气 有一部分被液化成小液滴 小结1 焦耳热功当量实验2 绝热过程3 物体内能的宏观描述4 绝热过程中作功和内能的关系 1 下列说法正确的是 A分子的动能与分子的势能的和叫做这个分子的内能B物体的分子势能由物体的温度和体积决定C物体的速度增大时 物体的内能增大D物体的内能减小时 物体的温度可能增加 D 练习巩固 2 一个铁块沿斜面匀速滑下 关于物体的机械能和内能的变化 下列判断中正确的是 A物体的机械能和内能都不变B物体的机械能减少 内能不变C物体的机械能增加 内能增加D物体的机械能减少 内能增加 D 3 如图所示 绝热具有一定质量的活塞 活塞的上部封闭着气体 下部为真空 活塞与器壁的摩擦忽略不计 置于真空中的轻弹簧的一端固定于理想气体容器的底部 另一端固定在活塞上 弹簧被压缩后用绳扎紧 此时弹簧的弹性势能为EP 弹簧处于自然长度时的弹性势能为零 现绳突然断开 弹簧推动活塞向上运动 经过多次往复运动后活塞静止 气体达到平衡态 经过此过程 A EP全部转换为气体的内能B EP一部分转换成活塞的重力势能 其余部分仍为弹簧的弹性势能C EP全部转换成活塞的重力势能和气体的内能D EP一部分转换成活塞的重力势能 一部分转换为气体的内能 其余部分仍为弹簧的弹性势能 D 4 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