3.1功、热和能能的改变-【堂堂清】2023-2024学年高二物理同步易混易错（人教版2019选择性必修第三册）

第三章 热力学定律 第一节 功、热和内能的改变 [核心素养·明目标] 核心素养 学习目标 物理观念 知道焦耳的两个实验，功与内能改变及热与内能改变的数量关系。　 科学思维 掌握焦耳的两个实验的实质，理解功、热和内能改变的关系，会解释相关的现象，分析相关的问题。 科学探究 掌握两个实验的探究过程，利用“做一做”体验功与内能改变的关系，学会观察与操作并与他人合作交流，提高实验技能。 科学态度与责任 理解功、热与内能改变的实质，培养积极探究科学的兴趣，激发学习热情。 知识点一 　功和内能 情景导学：用铁锤反复敲击铁棒，铁棒的温度会升高，把铁棒放在炭火上烧，铁棒的温度也会升高，这说明了什么问题？ 答案提示：说明做功和热传递都能改变物体的内能。 1．焦耳的实验 (1)绝热过程：系统只由于外界对它做功而与外界交换能量，它不从外界吸热，也不向外界放热。 (2)代表性实验 ①重物下落带动叶片搅拌容器中的水，引起水温上升； ②通过电流的热效应给水加热。 (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始末两个状态决定，而与做功的方式无关。 2．功和内能 (1)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。鉴于功是能量变化的量度，所以这个物理量必定是系统的一种能量，我们把它称为系统的内能。 (2)功和内能：在绝热过程中，外界对系统做的功等于系统内能的变化量，即ΔU＝W。 说明：在热力学系统的绝热过程中，外界对系统所做的功仅由过程的始末两个状态决定，不依赖于做功的具体过程和方式。 情景导学：如图所示是热传递的三种方式——传导、对流和辐射。 (1)这三种方式在传递能量时有什么共同点？ (2)热传递和做功都可以改变物体的内能，这两种方式在改变物体内能时本质上又有什么不同？ 答案提示：(1)三种方式都是热量从一个物体传递到另一个物体。 (2)热传递是内能在物体间(或一个物体的不同部分之间)转移，做功是其他形式的能和内能之间的转化。 知识点二 热和内能 1.热传递 (1)条件：物体的温度不同。 (2)定义：两个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，热量从高温物体传到了低温物体。 2.热和内能 (1)热量：它是在单纯的传热过程中系统内能变化的量度。 (2)表达式：ΔU＝Q。 (3)热传递与做功在改变系统内能上的异同：①做功和热传递都能引起系统内能的改变。②做功时是内能与其他形式能的转化；热传递只是不同物体(或一个物体的不同部分)之间内能的转移。 注意：我们不能说物体具有多少热量，只能说某一过程中物体吸收或放出了多少热量。 知识点三 热力学第一定律 1.改变物体内能的两种方式：做功和热传递。 2.功、热量和内能改变的关系 (1)如果一个物体既不吸热也不放热，那么，当外界对它做功时，物体内能增加，且增加量等于外界做的功；当物体对外界做功时，物体内能减少，且减少量等于物体做的功。 (2)如果一个物体既不对外界做功，外界也不对它做功，那么当物体从外界吸热时，物体内能增加，其增加量等于吸收的热量；当物体向外放热时，物体内能减少，其减少量等于放出的热量。 3.热力学第一定律 (1)内容：如果物体与外界之间同时存在做功和热传递的过程，那么物体内能的改变量ΔU等于外界对物体所做的功W与物体从外界吸收的热量Q之和。 (2)表达式：ΔU＝Q＋W 4.第一类永动机 (1)概念：不消耗任何能量而能永远对外做功的机器。 (2)结果：17～18世纪，人们提出了许多永动机设计方案，但无一例外，这类设计方案都以失败而告终。 (3)原因：设想能量能够无中生有地创造出来，违背了能量守恒定律。 思考与讨论：如图所示，给旱区送水的消防车停于水平地面。在缓慢放水的过程中，若车胎不漏气且胎内气体温度不变，不计分子间的势能，试分析气体的吸、放热情况。 答案提示：由于车胎内气体温度不变，故气体分子的平均动能不变，内能不变。放水过程中气体体积增大，对外做功，由热力学第一定律可知，车胎内气体吸热。 知识点二 　能量的转化与守恒 情景导学： 有一种所谓“全自动”机械手表如图所示，既不需要上发条，也不用任何电源，却能不停地走下去。这是不是一种永动机？如果不是，维持表针走动的能量是从哪儿来的？ 答案提示：这不是永动机。手表戴在手腕上，通过手臂的运动，机械手表获得能量，供手表指针走动。若将此手表长时间放置不动，它就会停下来。 1.能量守恒定律的发现 (1)迈尔的发现 体力和体热必定来源于食物中的化学能，内能、化学能、机械能都是等价的，是可以相互转化的，如果动物的能量输入与支出是平衡的，那么，所有这些形式的能在量上必定是守恒的。 (2)焦耳的研