3.1 功、热和内能的改变 课件-2021-2022学年高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第三册

第三章 热力学定律 冷热变化是最早引起人们关注的自然现象之春夏秋冬，温暑凉寒，何时何处不与冷热相关? 高热 深冷 横县百合完全中学 韦衍虎 18276143537 3.1 功、热和内能的改变 问题导入 在空气压缩引火仪底部放置少量的硝化棉，迅速压下筒中的活塞，可以观察到硝化棉燃烧的火苗。为什么筒底的硝化棉会被，点燃呢?你能解释这个现象吗? 分析：用活塞压缩空气对空气做功，空气内能增大，温度升高，达到燃点棉花燃烧。 改变系统的热力学状态的方法： 焦耳 ①传热 ②做功 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。 一、焦耳的实验 1.实验一：对系统做机械功 匀速下落 ——mgh 重物对搅拌器做功 搅拌器克服水的摩擦力做功 系统状态↑ 水温↑ 相同 mg h = = 相同 实验二：对系统做电功 W=I2Rt =mgh 水温↑相同 系统状态变化相同 结论：对同一系统，在绝热过程中只要所做的电功相同，系统温度上升的数值就相同，即系统的状态变化相同。 绝热过程：系统不从外界吸热，也不向外界放热。 3.焦耳的这些实验表明 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） 4.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，这个物理量在初末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.我们把这个物理量称为系统的内能。 思考： 我们曾经学习过内能的概念是什么呢？当时讲的内能的变化与什么有关？而这一致吗？有何关系？ ②微观定义（分子动理论对内能的定义）： 物体中所有分子的热运动动能和分子势能的总和，叫做物体的内能。 ①宏观定义（热力学对内能的定义）： 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。 二、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， ΔU=U2-U1 ΔU=W （ΔU表示系统内能增量） 它就等于外界对系统所做的功W ①外界对系统做功： W>0 ，ΔU>0 压燃实验 Q=0 内能增加 ②系统对外界做功： W<0 ，ΔU<0 取一个透明塑料瓶，向瓶内注入少量的水。将橡胶塞打孔，安装上气门嘴，再用橡胶塞把瓶口塞紧，并向瓶内打气，观察橡胶寒跳出时瓶内的变化。 做一做 气体膨胀，系统对外做功 内能↓，温度↓，液化，雾状 内能减少 三、热与内能的改变 温度↓ 温度↑ 内能↓ 内能↑ 减少的内能 增加的内能 高温 低温 温度差 导热 内能大 内能小 温度相等 内能相等 热量 = 所以，热量是在单纯的传热过程中系统内能变化的量度。 W=0 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 它就等于外界向系统传递的热量Q，即 ΔU=Q ①物体吸热： Q>0 ΔU>0 ②物体放热： Q<0 ΔU<0 内能增加 内能减少 做功和热传递对改变物体的内能的区别 做功是内能和其他形式的能发生转化 热传递是不同物体或同一物体不同部分内能的转移 △U＝Q △U＝W 做 功 热传递 外界对物体做功 物体对外界做功 物体从外界吸热 物体对外界放热 内能增加 内能增加 内能减少 内能减少 改变内能的两种方式 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。 注意： 课堂练习 例1：图为焦耳实验装置图，用绝热性能良好的材料将容器包好，重物下落带动叶片搅拌容器里的水，引起水温升高。关于这个实 验，下列说法正确的是（ ） A. 这个装置可测定热功当量 B. 做功增加了水的热量 C. 做功增加了永的内能 D. 功和热量是完全等价的，无区别 AC 课堂练习 例2：关于物体的内能。下列说法中正确的是（ ） A.物体离开地面越高，分子势能越大 B.物体运动得越快，分子热运动的动能越大 C..静止在地面上的物体也有内能 D.一个物体的机械能增加时，内能可能减少 CD 课堂练习 例3：物体的内能增加了20J下列说法中正确的是（ ） A.一定是外界对物体做了20J的功 B.一定是物体吸收了20J的热量 C.一定是物体分子动能增加了20J D.物体分子的平均动能可能不变 D 课堂练习 例4：对于热量、功和内能三者的说法正确的是（ ） A.热量、功、内能三者的物理意义等同 B.热量、功都可以作为物体内能的量度 C.热量、功、内能的单位不相同 D.热量和功是由过程决定的，而内能是由物体状态决定的