3.1 功、热和内能的改变（同步课件）-2023-2024学年高二物理同步精品课堂（人教版2019选择性必修第三册）

§1 功、热和内能的改变 第三章 热力学定律体 目录 CONTENTS 焦耳的实验 01 热与内能的改变 功与内能的改变 03 02 在空气压缩引火仪底部放置少量的硝化棉，迅速压下筒中的活塞，可以观察到硝化棉燃烧的火苗。为什么筒底的硝化棉会被点燃呢？你能解释这个现象吗？ 观察与思考： 焦耳的实验 01 一、焦耳的实验 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。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实验基础。 焦耳（James Prescott Joule，1818—1889） 一、焦耳的实验 实验一： 1.实验装置：用绝热性能良好的材料制作容器，容器中安装着叶片组成的搅拌器。 一、焦耳的实验 2.实验原理：重物下落时带动叶片转动，搅拌容器中的水，水由于摩擦而温度上升。 4.实验结论：多次实验测量表明，尽管各次悬挂重物的质量不同，下落的高度也不一样，但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。 3.绝热过程：系统不从外界吸热，也不向外界放热，这样的过程叫作绝热过程。 一、焦耳的实验 一、焦耳的实验 实验二： 2.实验原理：让正在下降的重物带动发电机发电，电流通过浸在液体中的电阻丝，由电流的热效应给液体加热，使液体温度上升。 1.实验装置： 3.实验结论：多次实验结果表明，对于同一个系统，如果过程是绝热的，那么不管通过电阻丝的电流或大或小、通电时间或长或短，只要所做的电功相等，则系统温度上升的数值是相同的，即系统的状态就发生了同样的变化。 一、焦耳的实验 焦耳的这些实验最终表明：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，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，而与做功的方式无关。 一、焦耳的实验 思考与讨论：在你学习过的哪些力做功仅由物体的起点和终点两个位置决定，而与物体的运动路径无关？它们都与哪些能量有关？ 一、焦耳的实验 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物理量，这个物理量在两个状态间的差别与外界在绝热过程中对系统所做的功相联系。我们把这个物理量称为系统的内能。 功与内能的改变 02 1.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 二、功与内能的改变 ΔU=U2-U1=W 2.在绝热过程中，外界对系统做功，系统的内能增加；系统对外做功，系统的内能减少。 二、功与内能的改变 功转内能的实验： 热与内能的改变 03 三、热与内能的改变 烧水的过程 烧烤的过程 三、热与内能的改变 1.当对系统单纯传热过程中，热量是系统内能变化的量度。当系统从状态1 经过单纯的传热达到状态2时： ΔU=U2-U1=Q 2.改变内能的三种热传递方式： 热传导、热对流、热辐射。 改变内能的两种方式 做功 热传递 对内 对外 （外界对物体做功） （物体对外界做功） （物体从外界吸热） （物体对外界放热） 吸热 放热 内能减少 内能增加 内能减少 内能增加 总结： 总结：做功和热传递改变内能的区别 1.量度的方式不同： (1)做功使物体内能发生改变，内能的改变就用做功的数值来量度。 (2)热传递使物体的内能发生改变，内能的改变用热量来量度。 2.内能改变的本质不同： (1)做功时，内能与其他形式的能发生转化。 (2)热传递时，内能只是不同物体（或一个物体的不同部分）之间的转移。 课堂练习 04 1．下列生活实例中通过热传递改变物体内能的是（　　）A．野外生存中利用钻木取火B．暖手宝可以使手变得暖和C．搓搓手可以让手变得暖和D．铁钉被锤子敲打后会升温 B 【答案】B【详解】A．野外生存中利用钻木取火是做功改变内能，选项A错误；B．暖手宝可以使手变得暖和是热传递改变内能，选项B正确；C．搓搓手可以让手变得暖和是做功改变内能，选项C错误；D．铁钉被锤子敲打后会升温是做功改变内能，选项D错误；故选B。 2．金属制成的汽缸中放入浸了少许乙醚的脱脂棉，有可能使其达到燃点而燃烧的过程是（　　）A．迅速向里推活塞 B．迅速向外拉活塞C．缓慢向里推活塞 D．缓慢向外拉活塞 A 【答案】A【详解】浸了乙醚的脱脂棉较容易燃烧，但在常温或稍高于常温的情况下也不会自燃，因此，想使其达到燃点而燃烧必须使其温度升高足够高，即使其内能有足够的增加。若向外拉活塞，无论是缓慢拉还是迅速拉，都会因为气体膨胀对外做功而导致汽缸内气体内能减少（温度降低）；当缓慢向里推活塞时，尽管外界对缸内气体做功而使气体温度升高，但由于气体同时要向外散热，此过程气体温度升高不多，也不能达到乙醚燃点