3.1功热和内能的改变-2022-2023学年高二物理素养提升学案（人教版2019选择性必修第三册）

选择性必修三学案 第三章 热力学定律 第1节 功、热和内能的改变 一、新课标要求 1.了解焦耳的两个实验的原理，知道做功和热传递的实质。 2.知道做功和热传递是改变内能的两种方式，理解做功和热传递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。 二、科学素养要求 1.物理观念：知道焦耳的两个实验，功与内能改变及热与内能改变的数量关系。 2.科学思维：掌握焦耳的两个实验的实质，理解功、热和内能改变的关系，会解释相关的现象，分析相关的问题。 3.科学探究：掌握两个实验的探究过程，利用“做一做”体验功与内能改变的关系，学会观察与操作并与他人合作交流，提高实验技能。 4.科学态度与责任：理解功、热与内能改变的实质，培养积极探究科学的兴趣，激发学习热情。 三、教材研习 要点一、功与内能的改变 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。① 要点二、热传递 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，我们说，热从高温物体传到了低温物体② 【自主思考】 ①远古时代，取火是一件困难的事，火一般产生于雷击或白磷的自燃，随着人类文明的进步，我们的祖先发明了“钻木取火”的用具，使人们不再仅仅依靠自然的“恩赐”而得到“火”。你知道“钻木取火”的原理吗？ ②如图所示是热传递的三种方式——传导、对流和辐射。这三种方式在传递能量时有什么共同点？ 四、名师点睛 1.内能的理解 （1）微观：物体内所有分子热运动的动能和分子势能之和。 （2）宏观：只依赖于热力学系统自身状态的物理量。 2.功和内能 （1）在绝热过程中，外界对系统做的功等于系统内能的变化量，即。 （2）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。 3.热和内能 （1）热量：它是在单纯的传热过程中系统内能变化的量度。 （2）表达式：。 （3）功、热和内能的改变：做功和热传递都能引起系统内能的改变。做功是内能与其他形式能的转化；热传递只是不同物体（或一个物体的不同部分）之间内能的转移。 五、互动探究 探究点一、焦耳的实验 知识深化 1.两个实验的比较 项目 实验一 实验二 实验装置 做功方式 通过重物下落带动叶片搅水，靠叶片与水摩擦使水温升高，通过机械功实现能量转化 通过重物下落使发电机发电，电流通过电阻丝做功使水温升高，通过电功实现能量转化 实验条件 容器及其中的水组成的系统与外界绝热 共性 外界对系统做功相同，系统温度上升的数值相等，内能改变相同 2.实验结论：焦耳的实验表明，要使系统状态通过绝热过程发生变化，做功的多少只由过程的始末两个状态决定，而与做功的方式无关。 题组过关 1.（多选）如图所示为焦耳实验装置图，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.只要重力做功相同，水温上升的数值就相同 B.做功增加了水的热量 C.做功增加了水的内能 D.功和热量是完全等价的，无区别 2 .下列有关焦耳及焦耳实验的说法中正确的有( ) A.焦耳是法国物理学家，他的主要贡献是焦耳定律及热功当量 B.焦耳实验中用到的容器可以用普通玻璃杯代替 C.焦耳实验中的研究对象是容器中的水 D.焦耳实验中要使容器及其中的水升高相同的温度，实验中悬挂重物的质量、下落的高度可以不相同，但做功必须相同 探究点二、功与内能的改变 情境探究 1.如图，在有机玻璃筒底放少量浸有乙醚的棉花，用力迅速压下活塞，观察棉花的变化。 （1）能看到什么现象？该实验现象说明了什么？ （2）用力按下活塞时为什么一定要迅速？ 探究归纳 1.内能的理解 （1）物体的内能是指物体内所有分子的动能和势能的总和。在微观上由分子数和分子热运动剧烈程度及相互作用力决定，宏观上体现为物体温度和体积，因此物体的内能是一个状态量。 （2）在系统不吸热也不放热的绝热过程中，状态发生变化是由做功造成的，伴随的能量转化是外界的能量与系统自身的能量发生了转化。 （3）当物体温度变化时，分子热运动剧烈程度发生改变，分子平均动能变化。物体体积变化时，分子间距离变化，分子势能发生变化，因此物体的内能变化只由初、末状态决定，与中间做功的具体过程及方式无关。 （4）内能是状态量，由它的状态、温度、体积、质量决定。 2.做功与内能的变化的关系 （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。用