第1节 功、热和内能的改变（课件PPT）-【新课程学案】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册（人教版2019）

第三章 热力学定律 功、热和内能的改变 (强基课 ——逐点理清物理观念) 第 1节 课标要求 学习目标 1.知道做功、传热是改变内能的两种方式，能正确区分两者的不同。 2.通过实验探究来类比、分析，理解内能与功、热量的关系。 1.知道功、热量和内能的概念。 2.知道改变内能的两种方式。 3.能够掌握物体内能的改变与做功和传热的关系。 1 逐点清(一)　焦耳的实验 2 逐点清(二)　功与内能的改变 3 逐点清(三)　热与内能的改变 4 课时跟踪检测 CONTENTS 目录 逐点清(一)　焦耳的实验 1.绝热过程：系统不从外界______，也不向外界_____的过程。 2.代表实验 (1)让重物下落带动叶片搅拌容器中的水，引起水温______。 (2)通过电流的热效应给水加热。 3.实验结论：在各种不同的绝热过程中，系统状态变化相同，则外力所做的功相同，与做功的方式____关。 4.内能：只依赖于热力学系统__________的物理量。 多维度理解 吸热 放热 上升 无 自身状态 1.判断下列说法是否正确。 (1)绝热过程就是系统与外界不发生热量传递的过程。 ( ) (2)某一系统在经历绝热过程时，只要初状态相同，末状态也相同，则做功数量一定相同。 ( ) (3)在绝热过程中，不同的做功方式会直接影响系统状态变化的最终结果。 ( ) 全方位练明 √ × √ 2.如图是研究内能改变与功之间关系的两个典型实验，那么从这两个实验中可得出的结论是 (　　) A.能量守恒定律 B.机械能守恒定律 C.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 D.在各种不同的绝热过程中，系统状态的改变不仅与做功方式有关，还与做功数量有关 √ 解析：过这两个实验可得出的结论是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，故C正确。 3.(多选)如图为焦耳实验装置图，用绝热性能良好的材料将容器包好，重物下落带动叶片搅拌容器里的水，引起水温升高，关于这个实验，下列说法正确的是 (　　) A.这个装置可测定做功与内能变化的关系 B.做功增加了水的热量 C.做功增加了水的内能 D.功和热量是完全等价的，无区别 √ √ 解析：该实验可测定做功和内能变化的关系，A正确；该实验是绝热过程，没有热传递，内能的改变是由于做功引起的，C正确；做功表示能量的转化，而热量表示热传递中内能的转移，二者有区别，B、D错误。 逐点清(二)　功与内能的改变 1.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，内能的变化量ΔU=U2-U1，它就等于外界对系统所做的功W，即ΔU=_____。 多维度理解 W 2.理解 (1)ΔU=W的适用条件是______过程。 (2)在绝热过程中，外界对系统做功，系统的内能______；系统对外做功，系统的内能_______。 绝热 增加 减少 1.做功与内能变化的关系 (1)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。 (2)在绝热过程中，外界对物体做功，则W>0，外界对物体做多少功，就有多少其他形式的能转化为内能，物体的内能就增加多少；物体对外界做功，则W<0，物体对外界做多少功，就有多少内能转化为其他形式的能，物体的内能就减少多少。 2.功与内能的区别 (1)功是过程量，内能是状态量。 (2)物体的内能大，并不意味着做功多。在绝热过程中，只有内能变化量越大时，相应地做功才越多。 1.判断下列说法是否正确。 (1)在绝热过程中，转动的叶片不断搅动水，水温升高。 ( ) (2)在绝热过程中，外界对气体做功，气体内能增加。 ( ) (3)在绝热过程中，气体对外界做功，气体内能减少。 ( ) 全方位练明 √ √ √ 2.一定质量的理想气体经历一绝热膨胀过程，设气体分子间的势能可忽略，则在此过程中 (　　) A.外界对气体做功，气体分子的平均动能增大 B.外界对气体做功，气体分子的平均动能减小 C.气体对外界做功，气体分子的平均动能增大 D.气体对外界做功，气体分子的平均动能减小 √ 解析：绝热膨胀过程是指气体膨胀过程未发生热传递，膨胀过程气体体积增大，气体对外界做功，气体内能减少，由于理想气体分子间的势能可忽略，因此气体分子的平均动能减小，故D正确。 3.如图所示为某种椅子与其升降部分的结构示意图，M、N两筒间密闭了一定质量的气体，M可沿N的内壁上下滑动。设筒内气体不与外界发生热交换，在M向下滑动的过程中 (　　) A.外界对气体做功，气体内能增加 B.外界对气体做功，气体内能减少 C.气体对外界做功，气体内能增加 D.气体对外界做功，气体内能减少 √ 解析：因为M、N内被封闭气体的体积减小，所以外界对气体做功，即W>0；又因气体不与外界发生热交换，即绝热过程，所以ΔU=W>0，气体内能增加，A正确。 逐点清(三)　热与内能的改变 1.传热 (1)条件：两个物体的温度不同。 (2)过程：温度不同的物体发生传热，温度高的物体要降温，温度低的物体要升温，____从高温物体传到低温物体。 (3)传热的三种方式：________、________、_______。 多维度理解 热 热传导 热对流 热辐射 2.热和内能 (1)单纯地对系统传热也能改变系统的______________，即传热能改变物体的_______。 (2)热量：在单纯的传热过程中系统__________的量度。 (3)单纯的传热过程中内能的变化ΔU=____。物体______，Q为正；物体_______，Q为负。 热力学状态 内能 内能变化 Q 吸热 放热 1.热量传递与内能改变的关系 (1)在单纯传热中，系统从外界吸收多少热量，系统的内能就增加多少，即Q吸=ΔU。 (2)在单纯传热中，系统向外界放出多少热量，系统的内能就减少多少，即Q放=-ΔU。 2.传热具有方向性 热从高温物体传递到低温物体，或从物体的高温部分传递到低温部分，不会自发地从低温物体传递到高温物体或从物体的低温部分传递到高温部分。 3.改变内能的两种方式的比较 比较项目 做功 传热 内能变化 外界对物体做功，物体的内能增加；物体对外界做功，物体的内能减少 物体吸收热量，内能增加；物体放出热量，内能减少 物理实质 其他形式的能与内能之间的转化 不同物体间或同一物体不同部分之间内能的转移 相互联系 做一定量的功或传递一定量的热在改变内能的效果上是相同的 　[典例]　(多选)下列说法中正确的是 (　　) A.做功和传热是改变物体内能的两种本质不同的物理过程，做功是其他形式的能和内能之间的转化，传热是物体内能的转移 B.外界对物体做功，物体的内能一定增大 C.物体向外界放热，物体的内能一定增大 D.物体内能发生了改变，可能是做功引起的，也可能是传热引起的，还可能是两者共同引起的 √ √ [解析]　做功和传热改变物体内能的本质不同，因为做功的过程一定是不同形式的能相互转化的过程，而传热是同种形式的能量(内能)在不同的物体之间或物体不同的部分之间传递或转移，A正确；物体内能的变化取决于做功和传热两种途径，单就一个方面的改变不足以断定其内能的变化情况，B、C错误，D正确。 1.如图所示，太阳能热水器是一种能够将太阳的光能转化为内能的装置。这种装置可以使装置内的水温度升高，这种改变水的内能的方式是 (　　) A.做功 B.热传递 C.既有做功也有热传递 D.电流的热效应 全方位练明 √ 解析：太阳能热水器是通过吸收太阳光的热量，通过热传递的方式将水加热，故B正确。 2.关于温度、热量、功和内能，以下说法正确的是 (　　) A.同一物体温度高时，含有的热量多 B.物体的内能越大，含有的热量就越多，温度也越高 C.外界对系统做功，内能必定增加 D.发生传热的条件是两物体之间存在温度差 √ 解析：热量是物体间进行传热时内能变化的量度，不能说物体含有多少热量，故A错误；物体的内能越大，温度不一定越高，故B错误；由于做功和传热都可引起物体内能的变化，只根据做功无法准确判断物体内能的变化，故C错误；物体间发生传热的条件是存在温度差，故D正确。 课时跟踪检测 1 2 3 4 5 6 7 1.如图几种情况，有关功与内能的说法中正确的是 (　　) 6 7 A.图1中迅速下压活塞，棉花会燃烧起来，说明传热可以使物体的温度升高 B.图2中重物下落带动叶片转动，由于叶片向水传递热量而使水的温度升高 C.图3中降落的重物使发电机发电，电流对水做功使水的温度升高 D.做功和传热都可以使物体的内能增加 1 2 3 4 5 √ 6 7 解析：题图1中通过压缩活塞对空气做功，气体内能增加，温度升高，达到棉花着火点，使棉花燃烧，并非是传热使温度升高，故A错误；题图2中重物下落带动叶片转动，由叶片对水做功而使水的温度升高，故B错误；题图3中降落的重物使发电机发电，电流对电阻做功使电阻发热，然后电阻把热量传递给水，使水的温度升高，故C错误；做功和传热都可以使物体的内能增加，故D正确。 1 2 3 4 5 1 5 6 7 2.以下所述现象中，属于通过传热改变了物体内能的是 (　　) A.将一段铁丝反复弯折，弯折处会发热 B.放在空气中的一杯热水会冷却 C.在转动的砂轮上磨车刀，车刀发热 D.电流通过电阻丝 2 3 4 √ 1 5 6 7 解析：反复弯折铁丝是力对物体做功，在转动的砂轮上磨车刀是摩擦力对车刀做功，电流通过电阻丝并做功，所以三者都是通过做功改变物体内能的；热水放在空气中，通过热辐射以及对流等方式向外传递了热，而使自身的内能减少，温度下降，它是通过传热方式改变内能的，故B正确。 2 3 4 1 5 6 7 3.(2024·宜宾高二检测)如图所示，厚壁容器的一端通过胶塞插进一支灵敏温度计和一根气针，另一端有个用卡子卡住的可移动胶塞。用打气筒慢慢向容器内打气，使容器内的压强增大到一定程度，这时读出温度计示数。打开卡子，胶塞冲出容器口后 (　　) 2 3 4 1 5 6 7 A.温度计示数变大，实验表明气体对外界做功，内能减少 B.温度计示数变大，实验表明外界对气体做功，内能增加 C.温度计示数变小，实验表明气体对外界做功，内能减少 D.温度计示数变小，实验表明外界对气体做功，内能增加 解析：胶塞冲出容器口，气体膨胀，气体对外界做功。由于没来得及发生热交换，由ΔU=W可知内能减少，温度降低，A、B、D错误，C正确。 2 3 4 √ 1 5 6 7 4.如图所示，活塞将汽缸分成甲、乙两气室，汽缸、活塞(连同拉杆)是绝热的，且不漏气，以E甲、E乙分别表示甲、乙两气室中气体的内能，则在将拉杆缓慢向外拉的过程中 (　　) A.E甲不变，E乙减小 B.E甲不变，E乙增大 C.E甲增大，E乙不变 D.E甲增大，E乙减小 2 3 4 √ 1 5 6 7 解析：甲、乙两气室中的气体都经历绝热过程，内能的改变取决于做功的情况。对甲室内的气体，在拉杆缓慢向外拉的过程中，活塞左移，压缩气体，外界对甲室气体做功，其内能应增大；对乙室内的气体，活塞左移，气体膨胀，气体对外界做功，其内能应减小，故D正确。 2 3 4 1 5 6 7 5.(多选)某同学用废圆珠笔芯做一种玩具，铁丝的一端缠绕棉花，用水打湿后从一端塞入笔芯内，将笔芯的另一端用力在马铃薯上戳一下拔出来，然后用力推铁丝，马铃薯小块高速飞出，能打出十几米远。下列说法正确的是 (　　) 2 3 4 1 5 6 7 A.在推铁丝而马铃薯小块未飞出的过程中，笔芯内密封的气体的温度升高 B.在推铁丝而马铃薯小块未飞出的过程中，气体对外做功 C.马铃薯小块高速飞出的动能来自气体内能 D.马铃薯小块高速飞出时外界对笔芯内气体做功 2 3 4 √ √ 1 5 6 7 解析：在快速推铁丝而马铃薯小块未飞出的过程中，外界对笔芯内封闭气体做功，气体的内能增加，温度升高，故A正确，B错误；马铃薯小块高速飞出时，笔芯内气体对马铃薯做功，气体内能减小，即马铃薯高速飞出的动能来自气体的内能，故C正确，D错误。 2 3 4 1 5 6 7 6.(多选)如图所示，绝热的汽缸与绝热的活塞A、B密封一定质量的理想气体后水平放置在光滑地面上，不计活塞与汽缸壁的摩擦，现用电热丝给汽缸内的气体加热，在加热过程中，下列说法正确的是 (　　) A.汽缸仍保持静止 B.活塞A、B均向左移动 C.密封气体的内能一定增加 D.汽缸中单位时间内作用在活塞A和 活塞B上的分子个数相同 2 3 4 √ √ 1 5 6 7 解析：对汽缸整体分析，外部各个方向上受到的压力平衡，所以汽缸保持静止，故A正确；用电热丝给汽缸内的气体加热后，汽缸内的气体温度升高，内能增大，压强变大，活塞A、B均向外运动，故B错误，C正确；活塞A的面积大于活塞B的面积，单位时间内作用在活塞A和活塞B上的分子个数不同，故D错误。 2 3 4 1 5 6 7 7.有一个10 m高的瀑布，水流在瀑布顶端时速度为2 m/s，在瀑布底与岩石的撞击过程中，有10%的动能转化为水的内能，请问水的温度上升了多少摄氏度?[已知水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)，g取10 m/s2] 2 3 4 1 5 6 7 答案：2.4×10-3℃ 解析：根据机械能守恒定律知，水流到达瀑布底时的动能Ek=mv2+mgh， 水吸收的热量Q与温度变化Δt满足关系Q=cmΔt， 由题意知，有10%的动能转化为水的内能，所以有 Ek×10%=cmΔt， 代入数据得Δt≈2.4×10-3℃。 2 3 4 $$