第3章 1.功、热和内能的改变-【名师导航】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册同步课件(人教版)

第三章　热力学定律 1．功、热和内能的改变 2 学习任务 1．了解焦耳的两个实验的原理，认识焦耳实验探究对建立热力学规律的意义。 2．会用功能关系构建内能的概念。 3．知道做功与传热在改变系统内能上的区别，并会区分热量和内能的概念。 4．理解做功与内能的改变和传热与内能的改变关系，会解释相关的现象。 1．功、热和内能的改变 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 课时分层作业 关键能力·情境探究达成 01 知识点一　焦耳的实验 知识点二　功与内能的改变 知识点三　热与内能的改变 1．功、热和内能的改变 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 课时分层作业 4 1．绝热过程：系统不从外界_____，也不向外界_____的过程。 2．代表性实验 (1)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_______给水加热。 3．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_____无关。 知识点一　焦耳的实验 吸热 放热 上升 热效应 方式 1．功、热和内能的改变 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 课时分层作业 如图所示，用绝热性良好的材料制作容器，容器中安装着翼轮。砝码下落时带动翼轮转动，搅拌容器中的水。 1．功、热和内能的改变 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 课时分层作业 【问题】 (1)如何求得该装置机械能的减少量？ (2)这个实验说明了什么问题？ 提示：(1)机械能的减少量可由砝码质量和下降的高度求得。 (2)做功可以改变物体的内能，只要重力所做的功相同，容器内水温上升的数值就相同，即系统状态的变化是相同的。 1．功、热和内能的改变 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 课时分层作业 焦耳的两个代表性实验 两个实验 实验一 实验二 实验装置 1．功、热和内能的改变 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 课时分层作业 两个实验 实验一 实验二 做功方式 通过重物下落带动叶片搅水，靠叶片与水摩擦使水温升高，通过机械功实现能量的转化 通过重物下落使发电机发电，电流通过电阻丝做功使水温升高，通过电功实现能量的转化 实验条件 容器及其中的水组成的系统与外界绝热 共性 外界对系统做的功数值上相同，系统温度上升的数值相同，内能改变量相同 1．功、热和内能的改变 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 课时分层作业 【典例1】　如图是研究内能改变与做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 √ 1．功、热和内能的改变 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 课时分层作业 C　[通过这两个实验，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。故选项C正确。] 1．功、热和内能的改变 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 课时分层作业 [跟进训练] 1．(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．这个装置可测定热量与做功的关系 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 √ √ 1．功、热和内能的改变 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 课时分层作业 AC　[该实验可测定做功和热量的关系，A正确；该实验是绝热过程，没有热传递，内能的改变是做功引起的，C正确；做功引起能量的转化，而热量表示热传递中内能的转移，二者有区别，B、D错误。] 1．功、热和内能的改变 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 课时分层作业 1．内能：任何一个热力学系统必定存在一个只依赖于系统_________的物理量，这个物理量在两个状态间的差别与外界在_____过程中对系统所做的功相联系。鉴于功是能量_____的量度，所以这个物理量必定是系统的一种能量，我们把它称为系统的内能。 2．功和内能：在绝热过程中，外界对系统所做的功等于系统内能的变化量，即______。 知识点二　功与内能的改变 自身状态 绝热 变化 ΔU＝W 1．功、热和内能的改变 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 课时分层作业 如图所示，瓶内装有少量的水，瓶口已塞紧，水上方空气中有水蒸气，用打气筒向瓶内打气，当塞子从瓶口跳出时，瓶内出现“白雾”。 1．功、热和内能的改变 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 课时分层作业 【问题】 (1)打气时，瓶内气体会发生怎样的变化？ (2)塞子从瓶口跳出后，瓶内气体压强、温度发生怎样的变化？ (3)瓶内产生“白雾”的原因是什么？ 提示：(1)温度升高，压强增大。 (2)压强减小，温度降低。 (3)空气推动瓶塞做功，空气内能减小、温度降低，瓶内水蒸气液化成小水珠。 1．功、热和内能的改变 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 课时分层作业 1．内能：物体的内能是指物体内所有分子的动能和势能的总和。 (1)在微观上由分子数、分子热运动的剧烈程度和相互作用力决定，宏观上体现为物体的温度和体积，因此物体的内能是一个状态量。 (2)造成系统内能变化的量与做功方式无关，与做功的数量有关。 (3)内能是状态量，由它的状态、温度、体积、质量决定。 1．功、热和内能的改变 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 课时分层作业 2．(1)做功与内能变化的关系：当系统从某一状态经过绝热过程达到另一状态时，内能的变化量ΔU就等于外界对系统所做的功W，表达式为：ΔU＝U2－U1＝W。 (2)系统内能的变化量ΔU只与初、末状态的内能U1和U2有关，与做功的过程、方式无关。 (3)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，只有变化较大才对应着做功较多。 1．功、热和内能的改变 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 课时分层作业 【典例2】　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。今对活塞施以一竖直向下的压力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，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 √ 1．功、热和内能的改变 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 课时分层作业 思路点拨：(1)绝热容器表明系统既不向外界传热，也不从外界吸热。 (2)活塞缓慢向下移动一段距离表明外界对理想气体做了功。 C　[F通过活塞对密闭的理想气体做正功，因容器及活塞绝热，故Q＝0，由功和内能的关系知理想气体内能增大，温度T升高，再根据＝C，体积V减小，所以压强p增大，故C正确。] 1．功、热和内能的改变 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 课时分层作业 规律方法　分析绝热过程的方法 (1)在绝热的情况下，若外界对系统做正功，系统内能增加，ΔU为正值；若系统对外界做正功，系统内能减少，ΔU为负值。此过程做功的多少为内能转化多少的量度。 (2)在绝热过程中，内能和其他形式的能一样也是状态量，气体的初、末状态确定了，即在初、末状态的内能也相应地确定了，内能的变化量ΔU也确定了。而功是能量转化的量度，所以ΔU＝W，即W为恒量，这也是判断绝热过程的一种方法。 1．功、热和内能的改变 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 课时分层作业 [跟进训练] 2．如图所示，在紫铜管内滴入乙醚，盖紧管塞，乙醚变为气体。用手拉住绳子两端迅速往复拉动，管塞会被冲开。管塞被冲开前 (　　) A．外界对管内气体做功，气体内能增大 B．管内气体对外界做功，气体内能减小 C．管内气体内能不变，压强变大 D．管内气体内能增大，压强变大 √ 1．功、热和内能的改变 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 课时分层作业 D　[绳与紫铜管间的摩擦力对管壁做功，使管壁内能增大，温度升高。通过传热，乙醚的内能增大，温度升高。管塞被冲开前管内气体内能增大，压强变大。选项D正确。] 1．功、热和内能的改变 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 课时分层作业 1．热传递 (1)条件：物体的_____不同。 (2)定义：两个_____不同的物体相互接触时，温度高的物体要降温，温度低的物体要升温，___从高温物体传到了低温物体。 知识点三　热与内能的改变 温度 温度 热 1．功、热和内能的改变 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 课时分层作业 2．热和内能的改变 (1)热量：它是在单纯的传热过程中系统_____变化的量度。 (2)表达式：______。 (3)热传递与做功在改变系统内能上的异同：①做功和热传递都能引起系统_____的改变。②做功时是内能与其他形式能的_____；热传递只是不同物体(或一个物体的不同部分)之间___________。 提醒：我们不能说物体具有多少热量，只能说某一过程中物体吸收或放出了多少热量。 内能 ΔU＝Q 内能 转化 内能的转移 1．功、热和内能的改变 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 课时分层作业 某同学做了一个小实验：先把空的烧瓶放入冰箱冷冻，一小时后取出烧瓶，并迅速把一个气球紧密地套在瓶颈上，然后将烧瓶放进盛满热水的烧杯里，气球逐渐膨胀起来。试探究： 1．功、热和内能的改变 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 课时分层作业 【问题】 (1)烧瓶内的内能增加了还是减少了？ (2)请解释气球膨胀的原因。 提示：(1)增加了。 (2)由于热水的温度较高，将烧瓶放进盛满热水的烧杯里，烧瓶内的气体吸收了热水的热量，内能增加，温度升高，体积增大，故逐渐膨胀起来。 1．功、热和内能的改变 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 课时分层作业 1．传热 (1)热量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，叫作传热。 (2)传热的三种方式：热传导、热对流和热辐射。 2．传热的实质 传热实质上传递的是能量，结果是改变了系统的内能。传递能量的多少用热量来量度。 1．功、热和内能的改变 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 课时分层作业 3．传递的热量与内能改变的关系 (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。 4．传热具有方向性 热量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。 1．功、热和内能的改变 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 课时分层作业 5．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的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量在改变内能的效果上是相同的 1．功、热和内能的改变 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 课时分层作业 【典例3】　(多选)(2022·上海金山中学高二期中)一铜块和一铁块，质量相等，铜块的温度T1比铁块的温度T2高，当它们接触在一起时，如果不和外界交换能量，则(　　) A．从两者开始接触到热平衡的整个过程中，铜块内能的减少量等于铁块内能的增加量 B．在两者达到热平衡以前的任意一段时间内，铜块内能的减少量不等于铁块内能的增加量 C．达到热平衡时，铜块的温度和铁块的相等 D．达到热平衡时，铜块的温度比铁块的低 √ √ 1．功、热和内能的改变 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 课时分层作业 AC　[热平衡条件是温度相等，传热的方向是从温度高的物体传向温度低的物体；在传热过程中高温物体放出的热量等于低温物体吸收的热量，故A、C正确，B、D错误。] 1．功、热和内能的改变 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 课时分层作业 [跟进训练] 3．(2022·内蒙古包头第六中学高二期中)下列说法正确的是(　　) A．物体的温度升高，物体所含的热量就增多 B．物体的温度不变，内能一定不变 C．热量和功的单位与内能的单位相同，所以热量和功都作为物体内能的量度 D．热量和功是由过程决定的，而内能是由物体的状态决定的 √ 1．功、热和内能的改变 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 课时分层作业 D　[热量是一个过程量，不能说物体含有多少热量，故A错误；物体的温度不变，内能不一定不变，例如，0 ℃的冰变为0 ℃的水内能增加，故B错误；功与热量都是能量转化的量度，热量和功都可以作为物体内能变化的量度，而不是内能的量度，故C错误；热量和功是由过程决定的，而内能是由物体的状态决定的，D正确。] 1．功、热和内能的改变 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 课时分层作业 学习效果·随堂评估自测 02 1．功、热和内能的改变 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 课时分层作业 35 1．如图所示，绝热容器中间用隔板隔开，左侧装有气体，右侧为真空。现将隔板抽掉，使左侧气体自由膨胀直至达到平衡，则在此过程中(不计气体的分子势能)(　　) A．气体对外界做功，温度降低，内能减少 B．气体对外界做功，温度不变，内能不变 C．气体不做功，温度不变，内能不变 D．气体不做功，温度不变，内能减少 C　[抽掉隔板后，气体膨胀，体积增大，但由于右侧为真空，所以气体自由膨胀不做功，因而内能不变，温度不变，故C选项正确。] 1 2 3 4 √ 1．功、热和内能的改变 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 课时分层作业 2．(2022·河北唐山第十一中学高二期中)下列过程中，通过传热来改变物体内能的有(　　) A．用锯子锯木料，锯条温度升高 B．擦火柴时，火柴头燃烧起来 C．搓搓手就感觉手暖和些 D．阳光照射地面，地面温度升高 √ 1 2 3 4 1．功、热和内能的改变 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 课时分层作业 D　[用锯子锯木料，锯条温度升高，属于做功使物体内能增加，选项A错误；擦火柴时，火柴头燃烧起来，属于做功使物体内能增加，选项B错误；搓搓手就感觉手暖和些，属于做功使物体内能增加，选项C错误；阳光照射地面，地面温度升高，属于传热使物体内能增加，选项D正确。] 1 2 3 4 1．功、热和内能的改变 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 课时分层作业 3．在商场一些柜台前常见到一种气压凳(如图)，它的高度可以调节且舒适性好。其原理结构简化模型就是一个汽缸活塞模型，内部封闭一定质量的氮气。如果有一个人坐上去，关于内部气体(可以看作理想气体，忽略与外界热交换)的说法正确的是(　　) 1 2 3 4 A．内能减小 B．温度不变 C．压强变大 D．每个气体分子的速率都变大 √ 1．功、热和内能的改变 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 课时分层作业 C　[人坐上去，则气体被压缩，气体体积减小，压强增大，外界对气体做功，根据ΔU＝W可知内能增加，温度升高，分子平均速率变大，但是并非每个气体分子的速率都变大。] 1 2 3 4 1．功、热和内能的改变 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 课时分层作业 4．(多选)早些年小孩子常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(　　) 1 2 3 4 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 √ √ 1．功、热和内能的改变 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 课时分层作业 AC　[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，内能增加，气体的温度升高，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。] 1 2 3 4 1．功、热和内能的改变 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 课时分层作业 回归本节知识，自我完成以下问题： 1．在绝热过程中，做功与内能变化的关系是什么？ 提示：外界对系统做的功等于系统内能的变化量。 2．热量和内能的改变是什么关系？ 提示：在单独的热传递过程中，热量是系统内能变化的量度。 3．热传递的方向性指的是什么？ 提示：自发地从高温物体传递到低温物体。 1．功、热和内能的改变 关键能力·情境探究达成 学习效果·随堂评估自测 课时分层作业 $$