3.1 功、热和内能的改变-【物理优课PPT】高中物理选择性必修第三册同步PPT课件（人教版2019）

授课老师：*** 1 1.从热力学角度认识内能的概念了解焦耳的两个实验； 2.知道做功与内能改变的数量关系，知道热传递的热量与内能变化的关系； 3.知道做功和热传递是改变内能的两种方式，且对改变系统内能是等效的； 4.掌握内能、功、热量、温度四个物理量的区别和联系。 核心素养要求 核心素养呈现 功、热能和内能的改变 物理观念 功与内能 热量与内能 科学思维 做功和热传递对改变系统内能是等效的 科学探究 焦耳的两个实验 了解焦耳实验的意义 科学 态度 与责任 情景导入 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？ 温故知新 改变系统的热力学状态的方法 传 热 做 功 从1840年开始，英国物理学家焦耳进行了多种多样的实验，以求精确测定外界对系统做功和传热对于系统状态的影响，以及功与热的相互关系。这项研究工作为热力学第一定律和能量守恒定律的建立奠定了坚实的实验基础。 一、焦耳的实验 1、实验1 ⑴ 实验装置 让重物下落带动叶片搅拌容器中的水，引起水温上升 ⑵ 实验原理 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。 一、焦耳的实验 1、实验1 ⑶ 研究对象——热力学系统 容器中的水——封闭系统：与外界没有物质交换，但有能量交换。 ⑷ 状态变化过程 绝热过程：系统状态变化过程中，系统不从外界吸热，也不向外界放热。 ⑸ 焦耳的多次实验测量结论 尽管各次悬挂重物的质量不同，下落的高度也不一样，但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 2、实验2 ⑴ 实验装置 让重物下落带动发电机发电，电流通过浸在液体中的电阻丝，由电流的热效应给液体加热，使液体温度上升 ⑵ 实验原理 让正在下降的重物带动发电机发电，电流通过浸在液体中的电阻丝，由电流的热效应给液体加热，使液体温度上升。 与焦耳实验原理相同的实验装置示意图 ⑶ 焦耳的多次实验测量结论 对于同一个系统，如果过程是绝热的，那么不管通过电阻丝的电流或大或小、通电时间或长或短，只要所做的电功相等，则系统温度上升的数值是相同的，即系统的状态就发生了同样的变化。 7 3、焦耳的这些实验结论 一、焦耳的实验 重物下落重力做功 叶片搅拌容器中的水 水与叶片摩擦而温度上升 实验1 实验2 系统从状态1 重物下落重力做功 变为状态2 发热丝对水加热温度上升 电机发电 电热丝发热 做功的数量只由过程始末两个状态1、2决定，而与重物的质量、做功的次数无关 T1 T2 T1 T2 系统从状态1 变为状态2 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1、2决定，而与做功的方式无关。 8 一、焦耳的实验 4、内能 U 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。 ⑴ 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。 ⑵ 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。 9 二 、功与内能的改变 1、外界对系统做功 如果一个热学过程的状态变化发生得极快、经历时间很短，系统与外界交换的热量就很少，即系统与外界来不及交换热量，这样的过程若不计传递的热，可以看成绝热过程。 ，ΔU>0 内能增加 W>0 压燃实验 Q=0 外界对系统所做的功W U1 U2 ΔU=U2-U1 系统内能增量 在热力学系统的绝热过程中，系统从状态1经过绝热过程达到状态2。 ΔU=W 10 做一做 实验现象 当橡胶塞跳出时，瓶内出现白雾。 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，观察橡胶塞跳出时瓶内的变化。 11 二 、功与内能的改变 以瓶内气体为研究对象，橡胶塞跳出后，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，就会出现大量的雾状小水滴。 热力学系统 ——瓶内气体 状态变化过程 ——绝热过程 热学过程的状态变化发生得极快、经历时间很短，系统与外界交换的热量就很少，即系统与外界来不及交换热量，这样的过程若不计传递的热，可以看成绝热过程。 2、系统对外界做功 ，ΔU<0 内能减小 W<0 ΔU=W 12 随堂小结 物理量 符号 意义 符号 意义 W ΔU 外界对系统做功 系统对外界做功 内能增加 内能减少 + ΔU>0 － ΔU<0 ΔU=W 13 三、热与内能的改变 即在外界对系统不做功的情况下，外界传递给