3.1 功、热和内能的改变 课件-2022-2023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 功、热和内能的改变 请观察实验，思考问题：为什么筒底的易燃的棉花会被点燃呢？ 实验引入 改变系统的热力学状态的方法： 做功和传热（热传递） 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。 焦耳 James Prescott Joule 1818-1889 2 知道做功和传热是改变内能的两种方式及做功、传热与内能改变的关系。 1 了解焦耳的两个实验的原理。 重难点 重点 3 明确内能、功、热量和温度四个物理量的区别和联系。 焦耳的实验 目标一 实验1：焦耳热功当量实验装置——对系统做机械功 重物下落带动叶片搅拌容器中的水，引起水温上升 实验结论： 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。 观察与思考 系统只通过对外界做功或外界对它做功而与外界交换能量，它不从外界吸热，也不向外界放热。 绝热过程： 焦耳实验是一个需要在绝热过程中完成的实验 观察与思考 实验2：焦耳热功当量实验装置——对系统做电功 实验结论：对同一个系统，如果过程是绝热的，只要所做的电功相等，则系统温度上升的数值是相同的。 下降的重物带动发电机发电，电流通过电阻丝给液体加热，使液体温度上升 发电机 观察与思考 1.在焦耳研究功与热等效性的许多实验中，其中一个实验要求盛水的容器采用绝热材料做外皮，目的是什么呢？ 不同。在各种不同的绝热过程中，系统状态的改变与做功方式无关，仅与做功多少有关。 2.焦耳的重物下落使水温升高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？ 隔绝与外界热量的交换，使水温度的升高只由叶片搅拌引起。 思考与讨论 做功方式 机械功 电功 实验条件 绝热过程 共性 外界对系统做功相同，系统温度上升数值相同， 焦耳的两个实验 即系统的状态发生相同的变化 类比思考：重力做功相同，重力势能的变化相同 功能关系：做功是能量变化的量度 焦耳实验：做功改变了系统的状态（能量） 系统的内能 观察与思考 内 能 U ⑵微观定义（分子动理论对内能的定义）： 物体中所有分子热运动的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。 微观：分子热运动的激烈程度、分子间距、分子数。 决定因素 宏观：温度、体积、物质的量（状态）。 1.如图是研究内能改变与功之间关系的两个典型实验，那么从这两个实验中可得出的结论是 A.能量守恒定律 B.机械能守恒定律 C.在各种不同的绝热过程中， 系统状态的改变与做功方式 无关，仅与做功数量有关 D.在各种不同的绝热过程中，系统状态的改变不仅与做功方式有关，还 与做功数量有关 √ 导练 通过这两个实验，可得出的结论是在各种不同的绝热过程中，系统状态的改变与做功方式无关，仅与做功数量有关。故选项C正确。 功与内能的改变 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 = 系统内能增量 外界对系统所做的功W 热量交换Q = 0 U1 U2 在绝热过程中，外界对物体做功，物体的内能怎么变？若物体对外界做功呢？请举例说明。 在本课引入实验中，为什么压杆快速压缩空气，筒底的易燃棉花会被点燃呢？ 结论1：在绝热过程中，外界对气体做功，气体内能增加 压杆快速压缩空气，对空气做功，空气内能迅速增加，由于来不及散热，温度短时间内急剧升高，从而点燃棉花。 观察与思考 结论2：在绝热过程中，气体对外界所做功，气体的内能减少 观察与思考 2.如图为某种椅子与其升降部分的结构示意图。M、N两筒间密闭了一定质量的气体，M可沿N的内壁上下滑动，设筒内气体不与外界发生热交换，在M向下滑动的过程中 A.外界对气体做功，气体内能增大 B.外界对气体做功，气体内能减小 C.气体对外界做功，气体内能增大 D.气体对外界做功，气体内能减小 √ 筒内气体不与外界发生热交换，当M向下滑动时，筒内气体体积变小，外界对气体做功，使气体的内能增大，故选A。 导练 3.一定质量的理想气体经历一绝热膨胀过程。设气体分子间的势能可忽略，则在此过程中 A.外界对气体做功，气体分子的平均动能增大 B.外界对气体做功，气体分子的平均动能减小 C.气体对外界做功，气体分子的平均动能增大 D.气体对外界做功，气体分子的平均动能减小 √ 绝热膨胀过程是指气体膨胀过程未发生热传递，膨胀过程气体体积增大，气体对外界做功，则W<0，由ΔU＝U2－U1＝W可知，气体内能减少，由于理想气体分子间的势能忽略，因此气体分子的平均动能减小。故选项D正确