第3章 第1节 功、热和内能的改变-【优化指导】2020-2021学年新教材高中物理选择性必修第三册(Word教参)(人教版)

第1节　功、热和内能的改变 课程内容要求 核心素养提炼 1．了解焦耳的两个代表实验，培养学生的科学探究精神． 2．知道做功和热传递是改变物体内能的两种方式． 3．理解做功和热传递对改变系统内能是等效的. 1．物理观念：功与内能的改变，热与内能的改变． 2．科学思维：做功和传热的区别及等效性． 3．科学探究：焦耳实验. 一、焦耳的实验　功和内能的改变 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，也不向外界放热的过程． (2)代表实验 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)内能的概念 ①内能是描述热力学系统自身状态的物理量． ②在绝热过程中做功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：ΔU＝U2－U1，ΔU＝W. ②外界对系统做功，W为正，系统的内能增加；系统对外界做功，W为负，系统的内能减少. [思考]　幼儿园里一般都有滑梯，小朋友沿滑梯下滑时屁股通常会感到发热，这是为什么？ 提示　小朋友沿滑梯下滑时克服摩擦力做功，内能增加． 二、热与内能的改变 1．热传递 (1)发生条件：物体间的温度不同． (2)发生过程：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低温物体． 2．热和内能 (1)单纯地对系统传热也能改变系统的热力学状态，即热传递能改变系统的内能. (2)热量：在单纯的传热过程中系统内能变化的量度． (3)单纯的传热过程中内能的变化 ①公式：ΔU＝U2－U1，ΔU＝Q； ②系统吸热，Q为正，系统内能增加；系统放热，Q为负，系统内能减少. 3．做功和热传递的区别和等效性 (1)做功时内能与其他形式的能发生转化，而传热只是不同物体之间内能的转移． (2)做功和热传递改变内能的方式不同，但效果是相同的. [判断] (1)单纯的热传递过程不能改变系统的内能．(　×　) (2)在只有热传递的情况下，系统吸热则内能增加．(　√　) 探究点一　做功改变内能的分析 如图所示，把浸有乙醚的一小团棉花放在厚玻璃筒的底部，当很快地向下压活塞时，由于被压缩的气体骤然变热，温度升高，达到乙醚的燃点，使浸有乙醚的棉花燃烧起来，为什么浸有乙醚的棉花会燃烧起来呢？ 提示　因为压缩空气做功，使空气温度升高，达到了乙醚的燃点． 1．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，做功一定能引起系统内能的变化． (3)系统的内能大，并不意味着做功多．在绝热过程中，只有内能变化越大时，对应着做功越多． 2．功和内能的关系 (1)做功可以改变系统的内能，功是系统内能转化的量度．在国际单位制中，内能和功的单位都是焦耳． (2)绝热过程中功和内能变化的关系 当系统从某一状态经过绝热过程达到另一状态时，内能的改变量ΔU就等于外界对系统所做的功W，即ΔU＝U2－U1＝W. 即在绝热过程中，外界对系统做功，系统的内能增加，外界对系统做多少功，系统的内能就增加多少；系统对外界做功，系统的内能减少，系统对外界做多少功，系统的内能就减少多少． 3．做功改变系统内能的实质 做功改变系统内能的过程是将其他形式的能(如机械能)与内能相互转化的过程，做功使系统内能发生变化时，内能改变的多少用做功的数值来度量． (多选)某汽车后备箱内安装有撑起箱盖的装置，它主要由汽缸和活塞组成．开箱时，密闭于汽缸内的压缩气体膨胀，将箱盖顶起，如图所示．在此过程中，若缸内气体与外界无热交换，忽略气体分子间的相互作用，则缸内气体(　　) A．对外做正功，分子的平均动能减小 B．对外做正功，内能增大 C．对外做负功，分子的平均动能增大 D．对外做正功，内能减小 AD　[气体膨胀，气体对外做正功，又因为气体与外界无热量交换，由此可知气体内能减小，D正确；因忽略气体分子间相互作用，没有分子势能，所以分子平均动能减小，A正确．] [题后总结]　做功与内能改变的分析 (1)缸内气体与外界无热交换，故发生绝热过程． (2)汽缸内压缩气体膨胀，是气体对外做功，气体内能减小． (3)气体内能减少的情况下，忽略分子间相互作用，即不考虑分子势能，则气体分子平均动能减小． [训练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力，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