3.1.1功、热和内能的变化 导学案-2023-2024学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册

题目 3.1 功、热和内能的变化 课型 新授课 主备人 学习目标 1.了解焦耳两个实验的设计原理，体会什么是绝热过程。 2．知道什么叫内能，能从宏观与微观的角度理解内能。 3．理解单一的做功和单一的传热与物体内能的改变之间的关系。 4．知道做功和传热在改变物体内能上的等效性。 5．掌握做功和传热与内能改变量之间的定量关系。 基础知识 一、焦耳的实验 1．绝热过程：系统不从外界 ，也不向外界 的过程。 2．代表性实验 (1)重物下落时带动叶片转动，搅拌容器中的水，水由于摩擦而温度 。 (2)通过电流的 给液体加热。 3．实验结论：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 两个状态决定，不依赖于做功的具体过程和方式。 4．内能：只依赖于热力学系统 的物理量。 二、功和内能的改变 1．内能 (1)物体的内能是指物体内 的动能和势能之和，因此物体的内能是一个状态量。 (2)当物体温度变化时，分子 发生变化；物体体积变化时，分子 发生变化。物体的内能变化只由初、末状态决定，与中间过程及方式无关。 2．做功和物体内能变化的关系 (1)当系统从状态1经过绝热过程达到状态2时，内能的变化量ΔU＝ ，它等于外界对系统所做的功W，即ΔU＝W。 (2)对ΔU＝W的理解： ①外界对系统做正功(或者称之为系统对外界做负功)，系统的内能 ，U2>U1，ΔU＝W>0； ②外界对系统做负功(或者称之为系统对外界做正功)，系统的内能 ，U2<U1，ΔU＝W<0； ③国际单位制中，内能的单位和功的单位一样都是焦耳(J)； ④功是能量变化的量度，是一个过程量，而内能是一个状态量。 三、热与内能的改变 1．传热 (1)条件：物体的 不同。 (2)传热：热从 物体传到了 物体。 2．传热和物体内能变化的关系 (1)传热可以改变物体的内能，在体积、物态一定时，物体吸收了热量，分子热运动加剧，分子的平均动能 ，物体的内能 ；反之，物体的内能 。 (2)单纯地对系统传热，系统从状态1变化到状态2，内能的变化量ΔU＝ ，它等于外界向系统传递的热量Q，即ΔU＝Q。 (3)单纯地对系统传热，物体从外界吸收热量时，内能 ，ΔU＝Q>0；物体向外界放出热量时，内能 ，ΔU＝Q<0。 四、热量、功、温度、内能四个物理量的区别与联系 1．内能和热量 内能是由系统的 决定的，状态确定，系统的内能也随之确定。而热量是传热过程中的特征物理量，是用来衡量物体内能变化的。 2．热量和温度 热量是单纯的传热过程中系统内能变化的量度，而 是系统内部大量分子做无规则运动的剧烈程度的标志，虽然传热的前提是两个系统之间要有温度差，但是传递的是热量，不是温度。 3．热量和功 (1)热量和功，都是系统内能变化的量度，都是过程量，一定量的热量和一定量的功相当，但它们之间有着本质的区别。 (2)用做功来改变系统的内能，是机械能或其他形式的能和内能之间的转化过程。用传热来改变系统的内能，是通过热传导、热辐射和热对流来完成的，是将内能从一个系统转移到另一个系统的过程。 课堂拓展 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．这个装置可测定热功当量 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．(多选)车轮的轮胎在正常情况下是充满气体的，但在维修车轮时有时要将轮胎内的气体放掉。若迅速拔掉轮胎的气门芯，轮胎里面的气体会在一瞬间释放出来，此时用手立即去触摸充气嘴处，会感觉到充气嘴的温度降低，这种现象在夏天比较明显。将轮胎内的气体视为理想气体。喷气时间极短，视轮胎为绝热材料，下列说法正确的是( ) A．轮胎内气体在喷出过程中其内能迅速减少 B．轮胎内部气体压强迅速减小 C．轮胎内的气体迅速向外喷出是由分子做扩散运动引起的 D．气体喷完后瞬间充气嘴有较凉的感觉，是由轮胎内气体迅速膨胀对外做功而温度下降导致的 3．(教材变式)水滴以10 m/s的速度从30 m高处落下，机械能减少50%，所减少的机械能的80%使水自身变热，水滴落到地上后，温度升高了0.033 ℃。[水的比热容c＝4.2×103 J/(kg·℃)，g取10 m/s2]