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

第一节 功、热和内能的改变 第三章 热力学定律 具有从物理学的角度观察自然现象，将物理学与实际相联系的思维方式，知道做功和传热是改变内能的两种方式（科学思维）。 02 能建立功与内能的改变，热与内能的改变的意识(物理观念)。 01 探究焦耳的实验，知道做功和传热的等效性（科学探究）。 03 解物理概念的建立的过程和规律，培养学生的科学探究精神（科学态度与责任）。 04 学习目标 第一节 导入新课 学生活动一：观察实验并思考为什么棉花会被点燃，为什么试管中的水会沸腾？这些过程中分别是通过什么方式改变物体内能的？ 第一节 一、焦耳的实验 1818年12月24日生于英国曼彻斯特 ，起初研究电学和磁学。 1840年在英国皇家学会上宣布了电流通过导体产生热量的定律，即焦耳定律.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。 第一节 实验1：焦耳热功当量实验——对系统做机械功 一、焦耳的实验 实验装置 第一节 一、焦耳的实验 3.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。 2.实验现象：下落重物下落带动叶片搅拌容器中的水，引起水温上升 1.实验条件 整个系统处于绝热过程，通过改变悬挂重物的质量和下落高度，进行多次实验测量。 绝热过程：系统状态变化过程中也不向外界放热。 第一节 一、焦耳的实验 实验二：焦耳热功当量实验——对系统做电功 实验装置 第一节 1.实验条件 整个系统处于绝热过程，通过改变电流的大小或通电时间的长短，进行多次实验测量。 (4) 实验结论 只要所做的电功相等，系统温度上升的数值就是相 同的，即系统的状态变化是相同的。 2.实验现象： 下降的重物带动发电机发电，电流通过电阻丝给液体加热，液体温度上升。 一、焦耳的实验 第一节 一、焦耳的实验 问题探究一： 焦耳的两个实验中，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？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；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。 第一节 在各种不同的绝热过程中，如果使系统从状态1变为状态2，所需外界做功的数量是相同的.也就是说，在各种不同的绝热过程中，要使系统状态发生变化，做功的数量只由始末两个状态1、2决定，而与做功方式无关。那么，必定存在一个描述系统状态的物理量，这个物理量的变化与做功相关。 一、焦耳的实验 学生活动二：分析总结焦耳实验的结论 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 第一节 二、功与内能的改变 1.内能 （1）定义 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。 ②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。 系统内能U 宏观：温度、体积、物质的量（状态） 微观：分子热运动的激烈程度、分子间距、分子数。 第一节 （2）内能的变化：当物体温度变化时，分子平均动能变化；物体体积变化时，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，与中间过程无关。 （3）内能变化和做功的关系: 功能关系：功是能量变化的量度，则：绝热过程中，内能的变化等于外力对系统所做的功。 ∆U=U2-U1=W 即： W > 0 , U ↑ , ∆U > 0 W < 0 , U ↓ , ∆U < 0 二、功与内能的改变 第一节 三、热与内能的改变 学生活动三：观察现象，分析原因 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。 第一节 分析总结功与能的区别和联系 三、热与内能的改变 1.区别： (1)功是过程量，内能是状态量。 (2)物体的内能大，并不意味着外界对它做功多。只有在绝热过程中，内能变化越大时，相应地做功才越多。 2.联系：功是能量转化的量度 第一节 1物体的内能增加了20 J.下列说法中正确的是（ ）A. 一定是外界对物体做了20 J的功B. 一定是物体吸收了20 J的热量C. 一定是物体分子动能增加了20 JD. 物体分子的平均动能可能不变 二、功与内能的改变 课堂检测 第一节 2.A、B两装置，均由一支一端封闭、一端开口且带有玻璃泡的管状容器和水银槽组成，除玻璃泡在管上的位置不同外，其他条件都