第10讲 功、热和内能的改变【帮课堂】2021-2022学年高二物理同步精品讲义（人教版2019选择性必修第三册）

第10讲 功、热和内能的改变 ( 目标导航 ) 课程标准 课标解读 1.知道热力学第一定律。 2.通过有关史实，了解热力学第一定律和能量守恒定律的发现过程，体会科学探索中的挫折和失败对科学 发现的意义。 1.了解焦耳的两个实验的原理，知道做功和传热的实质。 2.知道做功和传热是改变内能的两种方式，理解做功和传热对改变系统内能是等效的，明确两种方式的区别。 3.明确内能、功、热量、温度四个物理量的区别和联系。 ( 知识精讲 ) 知识点01 焦耳的实验 1．绝热过程：系统不从外界吸热，也不向外界放热的过程。 2．代表性实验 (1)重物下落时带动叶片转动，搅拌容器中的水，水由于摩擦而温度上升； (2)通过电流的热效应给液体加热。 3．实验结论：在热力学系统的绝热过程中，外界对系统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。 4．内能：只依赖于热力学系统自身状态的物理量。 【即学即练1】在焦耳的许多实验中，有两个最具有代表性：一个实验是重物下落时带动叶片转动，搅拌容器中的水，水由于摩擦而温度上升；另一个实验是通过电流的热效应给液体加热．焦耳的这两个实验说明了什么问题？ 【解析】绝热过程中，外界对系统做的功仅由过程的始末状态决定，与做功的具体过程和方式无关． 知识点02 功与内能的改变 1．功与内能的改变：在热力学系统的绝热过程中，当系统从状态1经过绝热过程达到状态2时，内能的变化量ΔU＝U2－U1，等于外界对系统所做的功W，即ΔU＝W。 2．理解 (1)ΔU＝W的适用条件是绝热过程； (2)在绝热过程中：外界对系统做功，系统的内能增加；系统对外做功，系统的内能减少。 【知识拓展】 1．做功与内能变化的关系 (1)做功改变物体内能的过程是其他形式的能(如机械能)与内能相互转化的过程； (2)在绝热过程中，外界对物体做功，则W>0，外界对物体做多少功，就有多少其他形式的能转化为内能，物体的内能就增加多少；物体对外界做功，则W<0.物体对外界做多少功，就有多少内能转化为其他形式的能，物体的内能就减少多少。 2．功与内能的区别 (1)功是过程量，内能是状态量； (2)物体的内能大，并不意味着做功多．在绝热过程中，只有内能变化越大时，相应地做功才越多。 【即学即练2】气体在绝热膨胀时它的温度会怎样变化？气体在绝热压缩时它的温度会怎样变化？为什么会发生这样的变化？请分别举一个绝热膨胀和绝热压缩时温度变化的实例。 【答案】温度降低；温度升高；见解析 【解析】根据功与内能的改变关系，在没有热交换，或时间极短系统来不及跟外界进行热交换的情况下，气体对外界做功（即绝热膨胀），气体的内能减少，温度降低；外界对气体做功（即绝热压缩），气体的内能增加，温度升高。 绝热膨胀实例：用打气筒向用橡胶塞塞住的瓶内打气，当橡胶塞跳出时，瓶内的气体迅速膨胀，系统对外做功，因此，气体的内能迅速减少，瓶内气体温度迅速下降，瓶内水蒸气液化，出现白雾。 绝热压缩实例：引火仪实验中，当迅速下压活塞时，引火仪筒内的气体可看作绝热压缩，外界对气体做功，气体内能增加，温度升高，当温度达到易燃物的燃点时，易燃物就被点燃了。 知识点03 热与内能的改变 1．传热 (1)条件：物体的温度不同； (2)传热：热从高温物体传到了低温物体。 2．热和内能 (1)热量：在单纯的传热过程中系统内能变化的量度； (2)热与内能的改变 当系统从状态1经过单纯的传热达到状态2时，内能的变化量ΔU＝U2－U1等于外界向系统传递的热量Q，即ΔU＝Q。 (3)传热与做功在改变系统内能上的异同： ①做功和传热都能引起系统内能的改变； ②做功时，内能与其他形式的能发生转化；传热只是不同物体(或一个物体的不同部分)之间内能的转移。 【知识拓展】 1．在单纯传热的过程中，系统从外界吸收多少热量，系统的内能就增加多少；系统向外界放出多少热量，系统的内能就减少多少．即ΔU＝U2－U1＝Q。 2．传热改变物体内能的过程是不同物体之间(或同一物体不同部分之间)内能的转移。 3．热传递与物体的内能的多少无关，只与两个物体(或一个物体的两部分)的温度差有关，热量总是从高温物体自发地传递到低温物体。 【即学即练3】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？ 【解析】说明做功和热传递都能改变物体的内能． ( 能力拓展 ) 考法01 功与内能的改变 【典例1】关于晶体和非晶体及分子势能，以下说法错误的是（　　） A．气体对外做功，其内能可能增加 B．烧热的针尖接触涂有蜂蜡薄层的云母片背面，熔化的蜂蜡呈椭圆形，说明蜂蜡是晶体 C．分子势能可能随分子间距离的增加而增加 D．在合适的条件下，某些晶体可以转变为非晶体，某些非晶体也可以转变为晶体 【