第1节 功、热和内能的改变（课件PPT）-【新课程学案】新教材2023-2024学年高中物理选择性必修第三册（人教版）

第三章　热力学定律 第1节　功、热和内能的改变 核心素养导学 物理观念 (1)了解焦耳的两个实验的原理。 (2)会用功能关系构建内能的概念，能区分热量和内能的概念。 (3)知道做功与传热在改变内能上的区别。 科学思维 理解做功与内能的改变和传热与内能的改变的关系。 科学态度与责任 体会焦耳实验探究过程对建立热力学规律的意义。 一、焦耳的实验 1．绝热过程 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______，也不向外界_____。 2．代表实验 (1)重物下落带动叶片搅拌容器中的水，引起_________。 (2)让下降的重物带动发电机发电，通过电流的________给水加热。 3．实验结论 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的始末两个状态决定，而与___________无关。 吸热 放热 水温上升 热效应 做功的方式 2 二、功与内能的改变 1．绝热过程中内能的变化量：等于外界对系统所做的功W ，即：ΔU＝W。 2．在绝热过程中，外界对系统做功，系统的内能______，系统对外做功，系统的内能_____。 3．如果一个热学过程的状态变化发生得极快、经历的时间很短，系统与外界来不及交换_____，这样的过程可以看成绝热过程。 三、热与内能的改变 1．传热 (1)条件：物体的______不同。 (2)过程：温度不同的物体相互接触时，温度高的物体要降温，温度低的物体要升温，___从高温物体传到低温物体。 增加 减少 热量 温度 热 2．热和内能的改变 (1)单纯地对系统传热也能改变系统的___________，即传热能改变物体的_____。 (2)热量：在单纯的传热过程中系统_________的量度。 (3)单纯的传热过程中内能的变化ΔU＝____。 3．改变内能的方式 (1)两种方式：做功和传热。 (2)两种方式的区别: 做功时，内能与其他形式的能(如内能与机械能、内能与电能等)发生_____；传热只是不同物体(或一个物体的不同部分)之间内能的_____。 热力学状态 内能 内能变化 Q 转化 转移 1．如何求得该装置机械能的减少量？ 提示：机械能的减少量由水的质量和升高的温度以及水的比热容求得。 2．气体膨胀时与外界没有热交换的过程，称为绝热膨胀，那么气体在真空中和在大气中绝热膨胀时是否做功。如果做功，所需的能量从何而来？ 提示：(1)气体在真空中绝热膨胀的过程中，不受阻力，所以气体不做功。 (2)气体在大气中绝热膨胀的过程中，气体对外界做功，所需能量来自气体的内能，因此在此过程中，气体的内能要减少。 3．在寒冷的冬季，人们常常生火取暖，当双手靠近火源时，我们就会感受到手变暖和了。 请对以下说法作出判断： (1)烤火是通过热传递的方式增加手的内能。 ( ) (2)手变暖和了，是内能较大的火源将内能传给了内能较小的人的缘故。 ( ) (3)传热只能发生在两个温度不同的物体之间，同一物体，内部不发生传热现象。 ( ) (4)该现象说明热传递可以改变物体的内能。 ( ) √ × × √ 新知学习(一)|做功和内能变化的关系 [任务驱动] 幼儿园里一般都有滑梯，小朋友沿滑梯下滑时屁股通常会感到发热，这是为什么？ 提示：小朋友沿滑梯下滑时克服摩擦力做功，内能增加。　　　　 [重点释解] 1．功和内能的区别 (1)功是过程量，内能是状态量。 (2)在绝热过程中，做功一定能引起系统内能的变化。 (3)系统的内能大，并不意味着做功多。在绝热过程中，只有内能变化越大时，对应着做功越多。 2．功和内能的关系 (1)做功可以改变系统的内能，功是系统内能转化的量度。在国际单位制中，内能和功的单位都是焦耳。 (2)绝热过程中功和内能变化的关系 当系统从某一状态经过绝热过程达到另一状态时，内能的改变量ΔU就等于外界对系统所做的功W，即ΔU＝U2－U1＝W。 即在绝热过程中，外界对系统做功，系统的内能增加，外界对系统做多少功，系统的内能就增加多少；系统对外界做功，系统的内能减少，系统对外界做多少功，系统的内能就减少多少。 [典例体验] [典例]　如图所示，一个质量为20 kg的绝热汽缸竖直放置，绝热 活塞的质量为5 kg，横截面积为0.1 m2，处于静止状态时被封闭气体的 高度为50 cm。现在活塞上方加一15 kg的物体，待稳定后，被封闭气 体的高度变为40 cm。求在这一过程中气体的内能增加了多少？(p0＝1.01×105 Pa，g取10 m/s2) [解析]　由于汽缸及活塞均绝热，故外界对气体所做的功全部转化为气体的内能，即ΔU＝W外＝(m活塞＋m物体)gΔh＋p0SΔh＝(5＋15)×10×0.1 J＋1.01×105×0.1×0.1 J＝1 030 J。 [答