功热和内能的改变（课件）

【课件待替换标题】主讲人：某某某老师某某学校学习目标学习目标学习目标学习目标学习目标学习目标学习目标学习目标__________________第一节

功、热和内能的改变[核心素养·明目标]核心素养第三章热力学定律物理观念学习目标知道焦耳的两个实验，功与内能改变及热与内能改变的数量关系。

核心素养科学思维学习目标掌握焦耳的两个实验的实质，理解功、热和内能改变的关系，会解释相关的现象，分析相关的问题。核心素养科学探究学习目标掌握两个实验的探究过程，利用“做一做”体验功与内能改变的关系，学会观察与操作并与他人合作交流，提高实验技能。核心素养科学态度与责任学习目标理解功、热与内能改变的实质，培养积极探究科学的兴趣，激发学习热情。知识点一

功和内能情景导学：用铁锤反复敲击铁棒，铁棒的温度会升高，把铁棒放在炭火上烧，铁棒的温度也会升高，这说明了什么问题？答案提示：说明做功和热传递都能改变物体的内能。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能量，它不从外界吸热，也不向外界放热。(2)代表性实验①重物下落带动叶片搅拌容器中的水，引起水温上升；②通过电流的热效应给水加热。(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，而与做功的方式无关。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自身状态的物理量，这个物理量在两个状态间的差别与外界在绝热过程中对系统所做的功相联系。鉴于功是能量变化的量度，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。

(1)这三种方式在传递能量时有什么共同点？答案提示：三种方式都是热量从一个物体传递到另一个物体。(2)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？答案提示：热传递是内能在物体间(或一个物体的不同部分之间)转移，做功是其他形式的能和内能之间的转化。知识点二

热和内能1.热传递(1)条件：物体的温度不同。(2)定义：两个温度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，热量从高温物体传到了低温物体。2.热和内能(1)热量：它是在单纯的传热过程中系统内能变化的量度。

(3)热传递与做功在改变系统内能上的异同：①做功和热传递都能引起系统内能的改变。②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。注意：我们不能说物体具有多少热量，只能说某一过程中物体吸收或放出了多少热量。知识点三

热力学第一定律1.改变物体内能的两种方式：做功和热传递。2.功、热量和内能改变的关系(1)如果一个物体既不吸热也不放热，那么，当外界对它做功时，物体内能增加，且增加量等于外界做的功；当物体对外界做功时，物体内能减少，且减少量等于物体做的功。(2)如果一个物体既不对外界做功，外界也不对它做功，那么当物体从外界吸热时，物体内能增加，其增加量等于吸收的热量；当物体向外放热时，物体内能减少，其减少量等于放出的热量。3.热力学第一定律

4.第一类永动机(1)概念：不消耗任何能量而能永远对外做功的机器。

(3)原因：设想能量能够无中生有地创造出来，违背了能量守恒定律。思考与讨论：如图所示，给旱区送水的消防车停于水平地面。在缓慢放水的过程中，若车胎不漏气且胎内气体温度不变，不计分子间的势能，试分析气体的吸、放热情况。知识点二

能量的转化与守恒情景导学：

有一种所谓“全自动”机械手表如图所示，既不需要上发条，也不用任何电源，却能不停地走下去。这是不是一种永动机？如果不是，维持表针走动的能量是从哪儿来的？答案提示：这不是永动机。手表戴在手腕上，通过手臂的运动，机械手表获得能量，供手表指针走动。若将此手表长时间放置不动，它就会停下来。1.能量守恒定律的发现(1)迈尔的发现

体力和体热必定来源于食物中的化学能，内能、化学能、机械能都是等价的，是可以相互转化的，如果动物的能量输入与支出是平衡的，那么，所有这些形式的能在量上必定是守恒的。(2)焦耳的研究①1840年，焦耳通过实验得出了焦耳定律，从而给出了电能向内能转化的定量关系，为发现普遍的能量守恒定律打下了基础。②焦耳用了近40年的时间，不懈地钻研热功转换问题，为能量守恒定律提供了无可置疑的证据。(3)亥姆霍兹的贡献：从理论上把力学中的能量守恒原理推广到热、光、电、磁、化学反应等过程，揭示了它们之间的统一性。2.能量守恒定律(1)内容：能量既不会消失，也不会创生，它只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到其他物体，而能量的总值保持不变。(2)意义：揭示了自然科学各个分支之间的普遍联系，是自然界内在统一性的第一个有力证据。易错已混点1.绝热做功对内能的影响易错已混点辨析：1.内能：物体的内能是指物体内所有分子的平均动能和势能的总和。(1)在微观上由分子数、分子热运动的剧烈程度和相互作用力决定，宏观上体现为物体的温度和体积，因此物体的内能是一个状态量。(2)在系统不吸热也不放热的绝热过程中，状态发生的变化是由做功引起的，伴随的能量转化是外界的能量与系统自身的能量发生了转化，系统自身的能量称为内能。(3)造成系统内能变化的量与做功方式无关，与做功的数量有关。(4)内能是状态量，由它的状态、温度、体积、质量决定。

(3)功和内能的区别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，只有变化较大时，对应着做功较多。3.分析绝热过程的方法

思路点拨：绝热容器表明系统既不向外界传热，也不从外界吸热。

例1.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，则被密封的气体(

)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√思路点拨：活塞缓慢向下移动一段距离表明外界对理想气体做了功。

例2.一定质量的理想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大

B.外界对气体做功，气体分子的平均动能减小C.气体对外界做功，气体分子的平均动能增大

D.气体对外界做功，气体分子的平均动能减小

√易错已混点1.功、热量与内能改变的关系易错已混点辨析：1.热传递(1)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，叫作热传递。(2)热传递的三种方式：热传导、热对流和热辐射。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

4.热传递具有方向性

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，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。5.改变内能的两种方式的比较比较项目做功热传递内能变化外界对物体做功，物体的内能增加；物体对外界做功，物体的内能减少物体吸收热量，内能增加；物体放出热量，内能减少物理实质其他形式的能与内能之间的转化不同物体间或同一物体的不同部分之间内能的转移相互联系做一定量的功或传递一定量的热量在改变内能的效果上是相同的6.功、热量与内能改变的关系(1)热量的概念只有在涉及能量的传递时才有意义，因此不能说物体具有多少热量，只能说物体吸收或放出了多少热量。思路点拨：热传递的方向从高温物体传向低温物体。(2)在系统与外界只发生热传递时，系统吸收多少热量，系统内能就增加多少；系统放出多少热量，系统内能就减少多少。

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√√思路点拨：热平衡的条件是二者温度相等。解析：选AC。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，故A、C正确，B、D错误。例4.(多选)对于热量、功和内能三个量，下列说法正确的是(

)A.热量、功和内能三个量的物理意义是等同的B.热量和功二者可作为物体内能大小的量度C.热量、功和内能的国际单位都相同D.热量和功是由过程决定的，而内能是由物体的状态决定的解析:选CD。热量、功和内能的国际单位都是焦耳，但热量、功和内能三个量的物理意义是不同的，热量和功是过程量，内能是状态量，热量和功二者可作为物体内能变化的量度而不是内能大小的量度，故A、B错误，C、D正确。√√例5.(多选)关于物体的内能，下列说法正确的是(

)

√√√解析:选ABC。晒太阳使温度较低的水升温，是通过热传递的方式改变物体的内能，故选项A正确；物体吸收热量，内能增大，放出热量，内能减小，所以热传递可以改变物体的内能，故选项B正确；物体对外做功，物体的内能减小，外界对物体做功，物体的内能增大，所以做功可以改变物体的内能，故选项C正确；冰熔化成水，吸收热量，内能增大，故选项D错误。易错已混点3.热力学第一定律的理解和应用易错已混点辨析：

符号WQ

体积减小，外界对热力学系统做功热力学系统吸收热量内能增加-体积增大，热力学系统对外界做功热力学系统放出热量内能减少2.判断气体是否做功的方法一般情况下看气体的体积是否变化。

3.应用热力学第一定律解题的一般步骤

(3)再根据未知量结果的正负来确定吸放热情况、做功情况或内能变化情况。

(1)物体的内能增加还是减少？变化量是多少？

(2)分子势能增加还是减少？【解析】理想气体不计分子势能。(3)分子的平均动能增加还是减少？【解析】因为气体内能减少，温度降低，说明气体分子的平均动能一定减少了。

的重力和摩擦，若以适当的速度压缩气体，在此过程中向外散热20

J，求气体内能变化了多少？

(1)平衡时活塞离气缸底部的距离；

易错已混点4.热力学第一定律的理解和应用易错已混点辨析：1.能量的存在形式及相互转化(1)各种运动形式都有对应的能：机械运动有机械能，分子的热运动有内能，还有电磁能、化学能、原子能等。(2)各种形式的能可以相互转化。例如，利用电炉取暖或烧水，电能转化为内能；煤燃烧，化学能转化为内能；列车刹车后，轮子温度升高，机械能转化为内能。2.能量守恒的两种表达(1)某种形式的能减少，一定有其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等。(2)某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等。3.守恒是否需要条件(1)与某种运动形式对应的能是否守恒是有条件的。例如，物体的机械能守恒，必须是只有重力或系统内的弹力做功。(2)能量守恒定律是没有条件的，它是一切自然现象都遵守的基本规律。4.第一类永动机失败的原因系统对外做功要以系统本身的能量减少为代价。若想源源不断地做功，系统就必须不断从外界获取能量使自己回到初始状态，在无外界能量供给的情况下这是不可能的。例9.(多选)下列对能量守恒定律的认识正确的是(

)

√√√

例10.(多选)下面设想符合能量守恒定律的是(

)A.利用永久磁铁间的作用力，造一台永远转动的机械B.做一条船，利用流水的能量逆水行舟C.通过太阳照射飞机，即使飞机不带燃料也能飞行D.利用核动力，驾驶地球离开太阳系√√√解析：选BCD。利用磁场能可以使磁铁所具有的磁场能转化为动能，但由于摩擦力的不可避免性，动能最终转化为内能使转动停止，故A错误；让船先静止在水中，设计一台水力发电机使船获得足够电能，然后把电能转化为船的动能使船逆水航行；同理可利用光能的可转化性和电能的可收集性，使光能转化为飞机的动能，实现飞机不带燃料也能飞行，故B、C正确；利用反冲理论，以核动力为能源，使地球获得足够大的能量，挣脱太阳引力的束缚而离开太阳系，故D正确。针对训练1.如图，一定质量的理想气体，用活塞封闭在开口向上的导热气缸内。若环境温度不变，活塞与气缸壁间无摩擦，现对活塞施加向下压力使其缓慢下降，此过程中(

)A.气体压强增大，内能增加

B.气体压强增大，吸收热量C.外界对气体做功，气体内能不变

D.气体对外界做功，气体吸收热量√

√

3.如图所示，某同学将空玻璃瓶开口向下缓慢压入水中，下降过程中瓶内封闭了一定质量的空气，瓶内空气看作理想气体，水温上下均匀且恒定不变，则(

)A.瓶内空气对外界做功B.瓶内空气向外界放出热量C.瓶内空气分子的平均动能增大D.单位时间内与瓶壁单位面积上碰撞的空气分子数不变√解析:选B。被淹没的玻璃瓶在下降过程中，瓶内气体温度不变，水进入瓶内，气体体积减小，可知外界对气体做正功，故A错误；由于水温上下均匀且恒定不变，所以瓶内气体温度不变，则气体分子平均动能不变，气体内能不变，根据热力学第一定律可知，气体向外界放热，故B正确，C错误；由于气体体积减小，所以单位时间内与瓶壁单位面积上碰撞的空气分子数变多，故D错误。4.一定质量的理想气体，在温度保持不变的条件下，若气体体积减小，则(

)A.气体的内能不变

B.气体可能从外界吸收热量C.气体的压强可能不变

D.气体压强与体积的乘积变小

√4.如图所示为一定质量的理想气体状态变化过程中的三个状态，图中ba的延长线过原点，则下列说法正确的是(

)

√

A.剧烈膨胀，同时大量对外放热，使周围温度降低B.剧烈收缩，同时从周围吸收大量热量，使周围温度降低C.剧烈膨胀，气团对外做功，内能大量减少导致温度降低D.剧烈收缩，外界对气团做功，故周围温度降低

√

√

7.一定质量的理想气体从状态A开始，经历两个状态变化过程，先后到达状态B和C，其V-T图像如图所示。下列说法正确的有(

)

√

8.下列关于能量守恒定律的认识，不正确的是(

)A.石子从空中落下，最后停止在地面上，说明石子的能量消失了B.对物体做功，物体的内能可能减小C.某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加D.某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加√解析：选A。根据能量守恒定律可知，石子从空中落下，最后停止在地面上，石子的能量并没有消失，石子的机械能转化成了内能，故A错误；做功与热传递可以改变物体的内能，对物体做功的同时，如果物体向外释放热，则物体的内能可能减小，故B正确；根据能量守恒定律可知，某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加，故C正确；根据能量守恒定律可知，某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加，故D正确。9.能源是社会发展的基础。下列关于能量守恒和能源的说法正确的是(

)A.能量是守恒的，能源是取之不尽，用之不竭的B.能量的耗散反