3.1功、热和内能的改变-2022-2023学年高二物理备课高效互动课件（人教2019选择性必修第三册）

第一节 功、热和内能的改变 高中物理选择性必修第三册 第三章：热力学定律 演示:观察如下实验，硝化棉的燃烧说明了什么问题？ 新课引入 焦耳在做热功当量实验 焦耳 认识焦耳：1818年12月24日生于英国曼彻斯特 .焦耳测量了热与机械功之间的当量关系——热功当量，为热力学第一定律和能量守恒定律的建立奠定了实验基础. 一、焦耳的实验 1、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。 2、状态变化过程 绝热过程：系统状态变化过程中，只有外界对它做功而不与外界交换能量。 3、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 实验1：对系统做机械功 实验二：对系统做电功 实验结论：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. 一、焦耳的实验 1、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。 2、状态变化过程 绝热过程：系统状态变化过程中，只有电流对它做功而不与外界交换能量。 小组讨论： 焦耳的热功当量实验和电流热效应给水加热的实验中做功的方式相同吗？你能得出什么结论？ 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. 一、焦耳的实验 热功当量：做功和热传递对改变物体的内能是等效的。 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） 一、焦耳的实验 1、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. 当系统从状态1经过绝热过程达到状态2时，内能的增加量△U=U2-U1就等于外界对系统所做的功W，即△U=W. 拓展思考： 在绝热过程中，外界对系统做功，系统的内能怎么变？数量上有什么关系？若系统对外界做功呢？ 二、功与内能的改变 二、功与内能的改变 1．外界对物体做功，物体的内能增加。 2．物体对外界做功，物体的内能减少。 二、功与内能的改变 功和内能变化的关系：做功可以改变系统的内能。功是系统内能转化的量度。 (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. 判断气体是否做功的方法： ①若气体体积增大，表明气体对外界做功，W<0. ②若气体体积减小，表明外界对气体做功，W>0. 二、功与内能的改变 生活中常见的热传递现象 三、热与内能的改变 热传递的三种方式： 热传递： (1)条件：物体的温度不同. (2)传热：热量从高温物体传到了低温物体. 三、热与内能的改变 1.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 系统吸热 绝功 U增加 系统放热 U减小 绝功 三、热与内能的改变 2.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. 3.内能、热量和功 (1)内能是由系统的状态决定的，是状态量.要使系统的内能发生变化，可以通过热传递和做功两种方式来完成. (2)热量是热传递过程中的特征物理量，热量只是反映物体在状态变化过程中所转移的能量，是过程量. (3)对某一状态而言，只有“内能”，不存在“热量”和“功”.不能说一个系统中含有多少热量. 三、热与内能的改变 比较项目 做功 热传递 内能变化 外界对物体做功，物体的内能增加；物体对外界做功，物体的内能减少。 物体吸收热量，内能增加；物体放出热量，内能减少。 物理实质 其他形式的能（机械能、电能等）与内能之间的转化（不同形式能量间的转化） 不同物体间或同一物体不同部分之间内能的转移（同种形式能量的转移） 相互联系 做一定量的功或传递一定量的热量在改变内能的效果上是相同的 （做功和热传递在改变物体的内能上是等效的） 归纳与总结 热传递过程能