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 用活塞压缩空气对空气做功，空气内能增大，温度升高，达到燃点后棉花燃烧。 改变系统的热力学状态的两种方法 热传递 做功 一、焦耳的实验——热功当量实验 重物下落带动发电机发电，电流通过液体中的电阻丝，通过电流的热效应给绝热容器内的液体加热，使液体温度升高。 重物下落带动轮叶旋转，通过搅拌对绝热容器内的液体做功，使液体升温，即状态发生变化。 重力做功 电功 一、焦耳的实验——热功当量实验 重物下落带动发电机发电，电流通过液体中的电阻丝，通过电流的热效应给绝热容器内的液体加热，使液体温度升高。 重物下落带动轮叶旋转，通过搅拌对绝热容器内的液体做功，使液体升温，即状态发生变化。 重力做功 电功 即使悬挂重物的质量不同、下落的高度不同，只要重力做功相同， 容器内水温上升的数值就是相同的，即系统状态的变化是相同的。 即使通过电阻丝的电流大小不同、通电时间不同，只要电功相同， 系统温度上升的数值就是相同的，即系统状态的变化是相同的。 一、焦耳的实验 研究对象：封闭系统 状态变化过程：绝热过程 系统只由于外界对它做功而与外界交换能量，不从外界吸热，也不向外界放热，这样的过程叫做绝热过程。 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。 绝热过程中，要使系统从状态1变为状态2，所需外界做功的数量相同的， 做功的数量仅由始末两个状态决定，与做功方式无关。 重力做功：与路径无关 重力势能 电场力做功：与路径无关 电势能 二、功与内能的改变 1. 内能 U 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，这个物理量在初末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，称作系统的内能。 微观定义——分子动理论角度 物体内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。 宏观定义——热力学角度 微观影响因素：分子热运动的激烈程度、分子间距、分子数 宏观影响因素：温度、体积、物质的量（状态） 二、功与内能的改变 2. 功与内能的改变 当系统经过绝热过程（Q = 0）， 从状态1达到状态2时，内能的增量△U=U2-U1 等于外界对系统所做的功，即△U=W 外界对系统做功 系统内能增加 系统对外界做功 系统内能减少 W>0 ΔU>0 W<0 ΔU<0 如果热学过程的状态变化极快、经历时间极短，系统与外界交换的热量很少，若不计传递的热量，可以视作绝热过程。 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。 当橡胶塞跳出时， 瓶内出现白雾。 二、功与内能的改变 当橡胶塞跳出时， 瓶内出现白雾。 二、功与内能的改变 研究对象：热力学系统（瓶内气体） 状态变化过程：绝热过程 橡胶塞跳出 瓶内气体膨胀，系统对外做功 气体内能减少，气体温度下降 瓶内水蒸气液化 出现大量雾状小水滴 二、功与内能的改变 2. 功与内能的改变 功是系统内能转化的量度， 做功改变物体内能的过程是其他形式的能与内能相互转化的过程。 W>0：外界对系统做功 W<0：系统对外界做功 ΔU>0：内能增加 ΔU<0：内能减少 功：过程量 内能：状态量 三、热与内能的改变 三、热与内能的改变 两个温度不同的物体互相接触时，温度高的物体要降温，温度低的物体要升温，并将持续到系统间达到热平衡，即温度相等为止。 热沿着物体传递的方式。 不同物质传导热的能力不同，容易传导热的物体称为热的良导体，不容易传导热的称为热的不良导体。 液体和气体所特有的，靠液体或气体的流动来传递热的方式。 热从高温物体向周围以电磁波的形式沿直线射出去的方式。 热辐射不依赖媒介质，可在真空中进行。 温差越大，表面颜色越深，物体向外的热辐射能力越强。 热传导 热对流 热辐射 1. 热传递 三、热与内能的改变 1. 热传递 两个温度不同的物体互相接触时，温度高的物体要降温，温度低的物体要升温，并将持续到系统间达到热平衡，即温度相等为止。 ① 发生热传递的条件： 物体之间或物体的不同部分之间存在温度差 ③最终结果 本质：能量的转移，系统内能的改变。 传递的是热量，不是温度。 从高温物体传向低温物体 ② 传递规律： 2. 热与内能的改变 当系统经过单纯的传热过程 （外界对系统不做功 W = 0）， 从状态1达到状态2时，内能的增量△U=U2-U1 等于外界向系统传递的热量，即△U=Q 系统从外界吸热 系统内能增加 系统向外界放热 系统内能减少 W>0 ΔU>0 W<0 ΔU<0 三、热与内能的改变 热量Q：在单纯的传热过程中，系统内能变化的量度 2. 热与内能的改变 三、热与内能的改变 热量的概念只有在涉及能量的传递时才有意义， 表示由于热传递而引起的变化过程中转移的能量，即内能的改变量， 如果没有热传递，就没有热量可言，但此时仍有内能。 Q>0：系统吸收热量 Q<0：系统放出热量 ΔU>0：内能增加 ΔU<0：内能减少 热量：过程量 内能：状态量 × 具有多少热量 √ 吸收或放出多少热量 四、对比：做功vs热传递 效果相同：做功、热传递是改变内能的两种方式 本质不同 Q>0：系统吸收热量 Q<0：系统放出热量 ΔU>0：内能增加 ΔU<0：内能减少 W>0：外界对系统做功 W<0：系统对外界做功 做功改变内能：其他形式的能量与内能之间的转化→不同形式能量的转化 热传递改变内能：物体之间内能的转移→同种形式能量的转移 3.1 功、热和内能的改变 Lavf58.29.100 Lavf59.6.100 Lavf59.6.100 Lavf59.6.100 $$