3.1 功、热和内能的改变 课件-2023-2024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 3.1功、热和内能的改变 学习目标 1.了解焦耳的两个实验的原理，认识焦耳实验探究对建立热力学规律的意义； 2.会用功能关系构建内能的概念； 3.知道做功与传热在改变系统内能上的区别，并会区分热量和内能的概念； 4.理解做功与内能的改变和传热与内能的改变的关系，会解释相关的现象。 分析：用活塞压缩空气对空气做功，空气内能增大，温度升高，达到燃点棉花燃烧。 从1840年开始，焦耳历时30多年，采用不同方法，400多次实验测定热功当量。 1卡=4.1840焦耳 1焦耳=0.24卡 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基础。 一、回顾学史——焦耳的实验 把当时物理学界对功的度量和对热量的度量统一了起来，并给出了准确的定量关系——热功当量。 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。 一、焦耳的实验 1.实验一：对系统做机械功 匀速下落 ——mgh 重物对搅拌器做功 搅拌器克服水的摩擦力做功 系统状态↑ 水温↑ 相同 = = 相同 mg h 实验二：对系统做电功 W=I2Rt =mgh 水温↑相同 系统状态变化相同 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。 绝热过程：系统不从外界吸热，也不向外界放热。 3.焦耳的这些实验表明 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） 焦耳的这些实验表明，要使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，与做功的方式无关。 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）： 物体中所有分子的热运动动能和分子势能的总和，叫做物体的内能。 二、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 ΔU=W （ΔU 表示系统内能增量） 它就等于外界对系统所做的功W ①外界对系统做功： W>0 ，ΔU>0 压燃实验 Q=0 内能增加 ②系统对外界做功： W<0 ，ΔU<0 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，观察橡胶寒跳出时瓶内的变化。 做一做 气体膨胀，系统对外做功 内能↓，温度↓，液化，雾状 内能减少 思考总结：气体在绝热膨胀时它的温度会怎样变化？气体在绝热压缩时它的温度会怎样变化？为什么会发生这样的变化？ 绝热膨胀时，气体对外做功，内能减少，温度降低。 绝热压缩时，外界对气体做功，内能增大，温度升高。 气体分子间距较大，分子间作用力可忽略不计，分子势能为0，由内能改变知分子动能变化，而分子数目不变即温度变化。 思考与讨论：一绝热容器用隔板分成两部分，左边A内充满气体，右边B内是真空，现抽去隔板，气体内能如何变化？ 答：气体向真空膨胀，气体并不需要克服外力做功，即气体不做功，内能不变，温度不变。 A B 二.功与内能的改变 1.热传递：两个温度不同的物体A、B相互接触时，温度高的物体A要降温，温度低的物体B要升温，我们说，热从高温物体A传到了低温物体B。这样的过程叫做热传递。 2.条件：物体之间或物体的不同部分之间存在温度差 3.方式：热传导、热对流、热辐射。 三.热传递 三、热与内能的改变 温度↓ 温度↑ 内能↓ 内能↑ 减少的内能 增加的内能 高温 低温 温度差 导热 内能大 内能小 温度相等 内能相等 热量 = 所以，热量是在单纯的传热过程中系统内能变化的量度。 W=0 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 它就等于外界向系统传递的热量Q，即 ΔU=Q ①物体吸热： Q>0 ΔU>0 ②物体放热： Q<0 ΔU<0 内能增加 内能减少 做功和热传递对改变物体的内能的区别和联系 做功是内能和其他形式的能发生转化 热传递是不同物体或同一物体不同部分内能的转移 △U＝Q △U＝W 做功和热传递在改变物体的内能上是等效的。 区别 联系： 课堂小结 一、焦耳的实验 1.绝热过程：系统不从外界吸热，也不向外界放热。 2.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一种能量。 二、功与内能的改变 在绝热过程中，内能的改变等于外界对系统所做的功：ΔU=W ①外界对系统做功： W>0 ，ΔU>0 内能增加 ②系统对外界做功： W<0 ，ΔU<0 内能减少 三、热与内能的改变 在单纯传热过程中，