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1节 功、热 和内能的改变 第三章 人教版（2019）选择性必修三 CONTENTS 目录 焦耳的实验 01 功与内能的改变 02 热与内能的改变 03 学以致用提高练习 04 观察视频，思考与讨论：1.为什么棉花会被点燃？2.为什么试管中的水会沸腾？你能否解释这一现象？ 新课导入 知识讲解 课堂小结 随堂练习 布置作业 实验1解释：压杆快速压缩空气，对空气做功，空气内能迅速增加，由于来不及散热，温度短时间内急剧升高，从而点燃棉花。 实验2解释：酒精灯加热试管，把热量传递给了试管中的水，使得水温度升高，达到沸点后就会沸腾。 新课导入 知识讲解 随堂练习 课堂小结 布置作业 19世纪30年代，人们逐渐认识到，改变系统的热力学状态的方法：做功和传热（热传递） 从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（热功当量）。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。 新课导入 知识讲解 随堂练习 课堂小结 布置作业 一、焦耳的实验 实验一：焦耳热功当量实验装置——对系统做机械功 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。 新课导入 知识讲解 随堂练习 课堂小结 布置作业 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。 新课导入 知识讲解 随堂练习 课堂小结 布置作业 4.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，这样的过程叫做绝热过程。 5.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.研究对象——热力学系统：容器中的水与外界没有物质交换，但有能量交换。 新课导入 知识讲解 随堂练习 课堂小结 布置作业 实验二：焦耳热功当量实验装置——对系统做电功 1.实验装置： 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。 3.实验结论：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。 新课导入 知识讲解 随堂练习 课堂小结 布置作业 实验1 重物下落重力做功 叶片搅拌容器中的水 水与叶片摩擦而温度上升 系统从状态1 变为状态2 T1 T2 实验2 系统从状态1 变为状态2 T1 T2 电机发电 电热丝发热 发热丝对水加热温度上升 重物下落重力做功 做功的数量只由过程始末两个状态1、2决定，而与重物的质量、做功的次数无关。 【焦耳的实验结论】 新课导入 知识讲解 随堂练习 课堂小结 布置作业 【焦耳的实验结论】 在各种不同的绝热过程中，系统状态的改变与做功方式无关，仅与做功数量有关。 系统状态：实质就是物体的内能U (1)内能的宏观定义： （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。 影响因素：【温度、体积、物质的量（状态）】 ⑵内能的微观定义（分子动理论对内能的定义）：物体中所有分子热运动的动能和分子势能的总和，叫做物体的内能。 影响因素：【分子热运动的激烈程度、分子间距、分子数】 新课导入 知识讲解 随堂练习 课堂小结 布置作业 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 = 系统内能增量 外界对系统所做的功W 热量交换Q = 0 U1 U2 内能变化和做功的关系 : 绝热过程中，内能的变化等于外力对系统所做的功。 ∆U = U2 - U1 = W 若外界对系统做功 (压缩气体)，W > 0，则∆U > 0，系统的内能增加 若系统对外界做功 (气体不自由膨胀)，W < 0，则 ∆U < 0，系统的内能减少 新课导入 知识讲解 随堂练习 课堂小结 布置作业 1.外界对系统做功 (压缩气体)，W > 0，则∆U > 0，系统的内能增加 如果一个热学过程的状态变化发生得极快、经历时间很短，系统与外界交换的热量就很少，即系统与外界来不及交换热量，这样的过程若不计传递的热，可以看成绝热过程。 压燃实验 新课导入 知识讲解 随堂练习 课堂小结 布置作业 2.对外界做功 (气体不自由膨胀)，W < 0，则 ∆U < 0，系统的内能减少 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，观察橡胶塞跳出时瓶内的变化。 实验现象：当橡胶塞