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

3.1功、热和内能的改变 核心素养目标 物理观念：能够知道功、热量和内能的概念． 科学思维：能够理解改变物体内能的两种方式． 科学探究：探究改变物体内能与做功和传热的关系.   2 问题导入 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? 分析：用活塞压缩空气对空气做功，空气内能增大，温度升高，达到燃点棉花燃烧。 改变系统的热力学状态的方法： 焦耳 ①传热 ②做功 焦耳  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。 一、焦耳的实验 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。 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，它不从外界吸热，也不向外界放热，这样的过程叫做绝热过程。 焦耳实验是一个需要在绝热过程中完成的实验 焦耳的实验 焦耳二个代表性实验：焦耳热功当量实验装置—机械功 重物下落带动叶片搅拌容器中的水，引起水温上升 实验结论： 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。 焦耳的实验 焦耳二个代表性实验：焦耳热功当量实验装置—电功 实验结论：对同一个系统，如果过程是绝热的，只要所做的电功相等，则系统温度上升的数值是相同的，即系统的状态变化是相同的。 焦耳的实验 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 热量以卡为单位时与功的单位焦耳之间的数量关系，相当于单位热量的功的数量，叫做热功当量，即1卡=4.1840焦耳 焦耳的实验 二 功与内能的改变 1.内能变化和做功的关系: ∆U=U2-U1=W 绝热过程中，内能的变化等于外力对系统所做的功。 W > 0 , U ↑ , ∆U > 0 W < 0 , U ↓ , ∆U < 0 2.说明 1）内能变化只由初末状态有关，与中间做功过程及方式无关。 2）做功改变物体内能的过程是其他形式的能(如机械能)与内能相互转化的过程。 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。 3） 10 3.做功可以改变物体内能：在绝热过程中，外界对系统做功，系统的内能增加；系统对外界做功，系统的内能减少，即： 压缩引火仪工作原理：迅速压下活塞， 引火仪筒内气体被压缩，体积变小，外 界对气体做了功，内能增加，温度升高。 当温度达到易燃物的燃点时，易燃物发 生自燃。 迅速压缩，空气“来不及” 对外传热， 可以看成绝热过程。若缓慢压缩，空气会对外传热，从而做等温变化，这个实验就不能成功。 二.功与内能的改变 4.气体膨胀压缩时做功的特点： ①压缩气体： 外界对系统做正功（系统对外界做负功），系统的内能增加 ②气体膨胀： 外界对系统做负功（系统对外界做正功），系统的内能减少 思考与讨论：一绝热容器用隔板分成两部分，左边A内充满气体，右边B内是真空，现抽去隔板，气体内能如何变化？ 答：气体向真空膨胀，气体并不需要克服外力做功，即气体不做功，内能不变，温度不变（物体在光滑水平面上滑动也不需要克服摩擦力做功，机能能也不变） A B 二.功与内能的改变 5.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，只有内能变化较大时，对应着做功较多。 13 三、热量与内能的改变     用铁锤反复敲击铁棒，铁棒的温度会升高，把铁棒放在火炉上烧，铁棒的温度也会升高，这说明了什么问题？ 说明做功和热传递都能改变物体的内能。 如图所示是热传递的三种方式——传导、对流和辐射。 如何理解热传递？ (1)条件：物体的温度不同。 (2)热传递：热量总是从高温物体向低温物体传递。   【小结】   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 2．对于热量、功和内能三个物理量，下列各种说法中正确的是（　　） A．热量和功与过程有关，而内能与状态有关 B．热量、功和内能的物理意义相同 C．热量和功都可以作为内能的量度 D．内能大的物体具有的热量多 A 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 Lavf58.29.100 $$