3.1功、热和内能的改变 课件-2024-2025学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册

第三章 热力学定律 1.功、热和内能的改变 1.了解焦耳的两个实验的原理. 2.从宏观定义上理解内能的概念. 3.知道做功是改变内能的方式. 4.知道做功和热传递是改变内能的两种方式，能正确区分两者的异同点. 5.理解内能与功、热量的关系. 学习目标 思维拓展：在有机玻璃筒底放少量浸有乙醚的棉花，压下活塞，观察棉花的变化。 (2)图中用力按压活塞时为什么一定要迅速？ (1)你能看到什么现象？实验现象说明了什么问题？ 可以看到棉花燃烧。实验现象说明压缩空气做功，使空气温度升高，达到棉花的燃点后引起棉花燃烧。 迅速按下活塞是为了减少热传递。 观察与思考 1818年12月24日生于英国曼彻斯特，起初研究电学和磁学。 1840年在英国皇家学会上宣布了电流通过导体产生热量的定律，即焦耳定律。焦耳测量了热与机械功之间的当量关系——热功当量，为热力学第一定律和能量守恒定律的建立奠定了实验基础。 焦耳 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，这样的过程叫绝热过程. 绝热过程： 焦耳实验是一个需要在绝热过程中完成的实验. 焦耳热功当量实验一——机械功 一、焦耳的实验 重力做功 相同 水温上升数值相同 系统状态变化相同 5 焦耳热功当量实验二——电功 一、焦耳的实验 电流做的功 相同 系统温度上升数值相同 系统状态变化相同 焦耳的实验中的结论 1.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。 2.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。 重力做功 电场力做功 重力势能的变化 电势能的变化 外力对系统做功 状态的变化 ？ 一、焦耳的实验 2、微观定义（分子动理论对内能的定义）： 物体中所有分子的热运动动能和分子势能的总和，叫做物体的内能。 1、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（U）。 微观：分子热运动的激烈程度、分子间距、分子数。 U 宏观：温度、体积、物质的量（状态）。 3、对绝热系统做功： ∆U=W 二、内能 当系统状态改变时，按照热力学对内能的定义，则物体的内能改变；而按分子动理论，系统状态改变时，描述系统状态的参量，例如温度和体积改变，而分子的平均动能与温度有关，分子的势能与体积有关，所以系统的内能就要改变。因此内能的两种定义是一致的。 二、内能 1. 功是过程量，内能是状态量。 2. 在绝热过程中，做功一定能引起内能的变化。 3. 物体的内能大，并不意味着做功多。在绝热过程中，只有内能变化越大时，相应地做功才越多。 功与内能的区别 二、内能 例1　如图所示，一定质量的理想气体密封在绝热(即与外界不发生热交换)容器中，容器内装有一可以活动的绝热活塞.今对活塞施加一竖直向下的压力F，使活塞缓慢向下移动一段距离后，气体的体积减小.若忽略活塞与容器壁间的摩擦力，则被密封的气体 A.温度升高，压强增大，内能减少 B.温度降低，压强增大，内能减少 C.温度升高，压强增大，内能增加 D.温度降低，压强减小，内能增加 √ 解析　向下压活塞，活塞对气体做功，气体的内能增加，温度升高，气体的体积减小，可得出气体的压强增大，故选项C正确. 做功与气体体积变化的关系 压缩气体 V减小 外界对气体做功 绝热 U增加 气体不自 由膨胀 V增加 气体对外界做功 绝热 U减小 气体自 由膨胀 V增加 气体对外界不做功 绝热 U不变 K 气体A 非真空 K 气体A 真空B K 气体A 例2　(多选)下列关于热传递的说法正确的是 A.热量是从含热量较多的物体传到含热量较少的物体 B.热量是从温度较高的物体传到温度较低的物体 C.热量是从内能较多的物体传到内能较少的物体 D.热量是热传递过程中物体内能变化的量度 √ √ 解析　热量不是状态量，不能说含有或者具有多少热量，故选项A错误； 在热传递的过程中热量总是由温度高的物体传递给温度低的物体，故选项B正确，C错误； 热量是热传递过程中物体内能变化的量度，故选项D正确. 例3　在以下事例中，通过热传递的方式来改变物体内能的是 A.两小球碰撞后粘合起来，同时温度升高 B.冬天暖气为房间供暖 C.点燃的爆竹在空中爆炸 D.汽车的车轮与地面相互摩擦发热 √ 课堂小结 1、做功是改变物体的内能的一种方式， 2、做功改变内能是能量的转化 3、内能是状态量，只依赖于系统自身状态. 谢谢观看 $$