3.1 功、热和内能的改变 培优教学课件高二下学期物理人教版选择性必修第三册

1.功、热和内能的改变第三章

热力学定律人教版选择性必修第三册

导入新课冬天搓手可使双手变暖；向手吹气也可使双手变暖，是什么原因使温度发生了变化呢？

做功改变内能

吹气变暖改变系统的热力学状态的方法：做功和传热

导入新课演示：在有机玻璃筒底放置少量的易燃物，例如硝化棉，或浸过乙醚的棉花、火柴头等。迅速压下筒中的活塞，观察筒底物品的变化。这个实验说明了什么？做功使得物体（密闭气体）温度升高

学习目标物理观念会用功能关系构建内能、热量、做功等核心概念。科学思维理解内能与分子热运动、分子势能的联系，从分子动理论角度解释温度、热量与内能变化的关系。科学探究了解焦耳的两个实验的原理，设计探究做功与热传递改变内能的实验，探究影响内能变化的因素及规律。科学态度与责任关注热学原理在新能源、节能减排等前沿科技中的应用，培养严谨求实的科学态度和可持续发展的意识。

重点难点重点1.功与热传递改变内能的等效性；2.焦耳实验的原理与科学意义。难点1.从宏观和微观上区分做功与热传递改变内能的本质差异。1.焦耳的实验2.功与内能的改变3.热与内能的改变4.课堂总结5.练习与应用

学习内容第1节功、热和内能的改变一、焦耳的实验第1节功、热和内能的改变一、焦耳的实验1818年12月24日生于英国曼彻斯特，起初研究电磁学。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。焦耳绝热过程：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，这样的过程叫绝热过程焦耳实验是需要在绝热过程中完成一、焦耳的实验实验1.重物下落带动叶片搅拌容器中的水1.焦耳的两个代表性实验（1）实验装置（2）实验原理重物下落带动轮叶旋转，通过搅拌对绝热容器内的液体做功，使液体升温，即状态发生变化.一、焦耳的实验

焦耳实验1问题2：相同质量物体下落的不同高度，重力做功会有什么关系？水的温度升高相同吗？问题1：相同质量物体下落相同的高度,重力做功会有什么关系？水的温度升高相同吗？问题3：不同物体下落不同高度，但重力做功相同，水的温度升高相同吗？焦耳的多次实验测量表明：WG相同∆t相同内能的改变相同一、焦耳的实验（1）实验装置实验2.通过电流的热效应给水加热（2）实验原理通过重物下落使发电机发电，让电流通过电阻丝，对水加热，使其温度升高。一、焦耳的实验焦耳实验2问题：如果不同的电流，经过不同的时间，但电流做功相同，水的温度升高相同吗？多次实验结果表明（如果过程是绝热的）：W电相同∆t相同内能的改变相同结论：对于同一绝热系统，只要电流所做的电功相等，系统温度上升的数值就是相同的，也就是系统状态变化是相同的。一、焦耳的实验机械功电功做功方式状态变化能量转换焦耳的实验结论：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。系统温度上升↵一、焦耳的实验内能：任何一个热力学系统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做的功相联系，我们把它称为系统的内能。重力势能内能微观：分子热运动的平均动能、分子势能、分子数宏观：温度、体积、物质的量变！变！变！物体在两个位置间的重力势能之差，等于物体在这两个位置间移动时重力所做的功类比一、焦耳的实验例1.如图所示是焦耳研究热与功之间关系的两个典型实验，那么从焦耳的这两个实验中可得出的结论是（）A.

热量可由高温物体传给低温物体B.

机械能守恒C.

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D.

在各种不同的绝热过程中，系统状态的改变不仅与做功方式有关，还与做功数量有关为原来的两倍C甲乙二、功与内能的改变第1节功、热和内能的改变二、功与内能的改变在钻木取火的过程中，为什么木块能够冒烟并最终能够生火?瓶塞喷出后为什么会产生白雾？试从物理学角度进行解释。二、功与内能的改变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一种能量，这种能量叫做系统的内能（U）。2、功与内能的改变：

绝热过程中外界对系统所做的功等于系统内能的变化量。∆U=U2-U1=W（2）若系统对外界做功(气体不自由膨胀)，W<0，则

∆U<0，系统的内能减少（1）若外界对系统做功(压缩气体)，W>0，则∆U>0，系统的内能增加

实质:其他形式的能与内能的相互转化二、功与内能的改变3.功和内能的区别(1)功是过程量，内能是状态量。内能变化只由初末状态有关，与中间做功过程及方式无关。(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，只有内能变化较大时，对应着做功较多。∆U=U2-U1=WW>0,U

,∆U>0W<0,U

,∆U<0二、功与内能的改变4、做功与气体体积变化的关系压缩气体V减小外界对气体做功绝热U增加气体不自由膨胀V增加气体对外界做功绝热U减小气体自由膨胀V增加气体对外界不做功绝热U不变K气体A非真空K气体A真空BK气体A二、功与内能的改变例2.下图为某种椅子与其升降部分的结构示意图，M、N两筒间密闭了一定质量的气体，M可沿N的内壁上下滑动，设筒内气体不与外界发生热交换，在M向下滑动的过程中(

)A．外界对气体做功，气体内能增大B．外界对气体做功，气体内能减小C．气体对外界做功，气体内能增大D．气体对外界做功，气体内能减小A三、热与内能的改变第1节功、热和内能的改变三、热与内能的改变热水冷牛奶TT热量Q

类比做功，传热对系统内能变化有什么影响呢？

生活场景传热条件：物体的温度不同热量QT1T2U1U2系统内能增量ΔU=U2-U1=三、热与内能的改变1.热传递（1）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，即热量从高温物体传到了低温物体，这个过程就叫作热传递。（4）实质：热传递过程实质是能量转移的过程。（2）传递的方式：热传导、热对流和热辐射。（3）热传递的条件：存在温度差。三、热与内能的改变在外界对系统不做功的情况下，外界传递给系统的热量等于系统内能的变化量。△U=U2—U1=Q（2）若物体吸热，Q>0，则ΔU>0，内能增加（3）若物体放热，Q<0，则ΔU<0，内能减少.2.热和内能（1）热传递与内能改变的关系：三、热与内能的改变3、热量与内能的区别（1）内能是由系统的状态决定的，状态确定，系统的内能也随之确定。（2）热量是热传递过程中的特征物理量，热量是用来衡量物体内能变化的特征量，离开过程，热量毫无意义。（3）对某一状态而言，只有“内能”，根本不存在“热量”和“功”。不能说一个系统中含有多少热量。三、热与内能的改变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（机械能、电能等）与内能之间的转化（不同形式能量间的转化）不同物体间或同一物体不同部分之间内能的转移（同种形式能量的转移）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（做功和热传递在改变物体的内能上是等效的）做功和热传递的区别三、热与内能的改变温度、内能、热量和功的区别与联系含义特点温度表示物体的冷热程度，是物体分子平均动能大小的标志，是大量分子热运动的集体表现，对个别分子来说没有意义状态量内能是物体内所有分子热运动的动能和分子势能的总和，是由大量分子的热运动和分子的相对位置决定的能状态量热量是传热过程中内能的改变量，用来量度传热过程中内能转移的多少状态量功用来改变系统的内能，促使机械能或其他形式的能和内能之间转化过程量三、热与内能的改变例3．(双选)下列关于热量的说法，正确的是()CD

A．温度高的物体含有的热量多

B．内能多的物体含有的热量多

C．热量、功和内能的单位相同

D．热量和功都是过程量，而内能是一个状态量四、课堂总结第1节功、热和内能的改变四、课堂总结

功、热和内能的改变焦耳的实验功与内能的改变热与内能的改变绝热过程∆U=U2-U1=W功和内能的区别∆U＝Q热量内能与温度做功和热传递的区别对系统做机械功对系统做电功内能四、练习与应用第1节功、热和内能的改变四、练习与应用1．地面附近有一正在上升的空气团，它与外界的热交换忽略不计。已知大气压强随高度增加而降低，则该空气团在上升过程中(不计气团内分子间的势能)(

)A．体积减小，温度降低B．体积减小，温度不变C．体积增大，温度降低D．体积减小，温度不变C四、练习与应用2.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CD四、练习与应用3．在实验室将一容积比较大的烧瓶放入冰箱冷冻室内，经过几小时后，将烧瓶从冰箱内迅速取出，并立即用小气球紧紧地套在烧瓶的瓶口，然后将烧瓶放入装有热水的烧杯中，如图所示，将烧瓶及气球内的气体看成是理想气体，气球弹性良好。则下列说法正确的是(

)A．经过一段时间后气球会膨胀起来B．气球的体积一直都不会发生变化C．烧