3.1 功、热和内能的改变（课件PPT）-【优化指导】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册（人教版2019）

热力学定律 第1节　功、热和内能的改变 第三章 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 物理观念 科学思维 科学态度与责任 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．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。 3．理解做功与内能的改变和传热与内能的改变之间的关系，会解释相关的现象。 　　会用功能关系构建内能的概念。 通过探究活动，培养实验探究能力、提高科学思维水平。 　　通过实验活动，培养实事求是的科学态度，激发学习物理的兴趣。 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 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。 必备知识 自主学习 吸热 放热 上升 热效应 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 必备知识 自主学习 始末 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 必备知识 自主学习 W 绝热 增加 减少 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 必备知识 自主学习 温度 高温 低温 内能 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 必备知识 自主学习 内能 转化 转移 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 必备知识 自主学习 × 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 必备知识 自主学习 × √ √ 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 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。 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 BD 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 D 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 1．在单纯传热的过程中，系统从外界吸收多少热量，系统的内能就增加多少；系统向外界放出多少热量，系统的内能就减少多少。即ΔU＝U2－U1＝Q。 2．传热改变物体内能的过程是不同物体之间(或同一物体不同部分之间)内能的转移。 3．传热与物体的内能的多少无关，只与两个物体(或一个物体的两部分)的温度差有关，热量总是从高温物体自发地传递到低温物体。 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 AC 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 BD 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 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 做一定量的功和传递相同量的热量在改变内能的效果上是相同的 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 CD 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 CD 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 B 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 素养训练 学业评价 C 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 素养训练 学业评价 AC 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 素养训练 学业评价 B 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 素养训练 学业评价 AC 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 素养训练 学业评价 AD 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 谢谢观看 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 3．实验结论：在热力学系统的绝热过程中，外界对系统做的功仅由过程的____两个状态决定，不依赖于做功的具体过程和方式。 4.内能：只依赖于热力学系统自身状态的物理量。　　　　　　　 ↓ 状态量 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，等于外界对系统所做的功W，即ΔU＝__。 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____；系统对外界做功，系统的内能____。 三、热与内能的改变 1．传热 (1)条件：物体的____不同。 (2)传热：热从____物体传到了____物体。 2．热和内能 (1)热量：在单纯的传热过程中系统____变化的量度。 (2)热与内能的改变：当系统从状态1经过单纯的传热达到状态2时，内能的变化量ΔU＝U2－U1，等于外界向系统传递的热量Q，即ΔU＝__。 Q (3)传热与做功在改变系统内能上的异同。 ↓ 两种方式改变内能的效果是相同的 ①做功和传热都能引起系统____的改变。 ②做功时，内能与其他形式的能发生____；传热只是不同物体(或一个物体的不同部分)之间内能的____。 如图所示的是古人锻造铁器的过程。判断下列说法的正误。(对的画“√”，错的画“×”) (1)淬火过程中，水从铁器中吸收热量，一定是铁器的内能多。(　　　　) (2)铁器在加热过程中只从外界吸热，而不向外界放热的过程就是绝热过程。(　　 　　) (3)加热、淬火、锻打都可以改变铁器的内能，说明做功和传热都可改变物体的内能。(　　　　) (4)加热铁器时要用钳子夹着而不是直接用手拿着，说明同一物体不同部分间也能发生传热。(　　　　) 探究点一___功与内能的改变 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，只有内能变化越大时，相应地做功才越多。 特别提醒：(1)外界对某一系统做功时系统的内能不一定增加，还要看该系统有没有向外放热，以及向外放热的多少。 (2)在绝热过程中，做功一定能引起内能的变化。在绝热过程中，系统内能的增加量等于外界对系统所做的功。 【例1】 (多选)在一个绝热汽缸里，若因气体膨胀，活塞把重物逐渐举高，则在这个过程中，汽缸中的气体(可视为理想气体)(　　) A．温度升高 B．温度降低 C．内能增加 D．内能减少 汽缸绝热，封闭气体膨胀对活塞做功，气体的内能减少。理想气体的内能只与气体的温度有关，可知气体内能减少，温度降低，B、D正确。 [练1] 如图所示，活塞将汽缸分成甲、乙两个气室，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 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，其内能增大；对乙室内的气体，活塞左移，气体膨胀，气体对外界做功，内能减小，D正确。 探究点二___热与内能的改变 【例2】 (多选)一个铜块和一个铁块，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．在两者达到热平衡以前的任意一段时间内，铜块内能的减少量都等于铁块内能的增加量 D．达到热平衡时，铜块的温度比铁块的低 热平衡的条件是温度相等，传热的方向是从温度高的物体传向温度低的物体；因不和外界交换能量，则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，A、C正确，B、D错误。 [练2] (多选)下列关于传热的说法正确的是(　　) 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．热量是传热过程中，物体间内能的转移量 热量不是状态量，不能说含有或者具有多少热量，A错误；在传热的过程中热量总是由温度高的物体传递给温度低的物体，B正确，C错误；热量是传热过程中物体内能变化的量度，D正确。 探究点三___做功、热量和内能的关系 1．热量和内能 (1)内能是由系统的状态决定的，状态确定，系统的内能也随之确定。要使系统的内能发生变化，可以通过传热和做功两种方式来完成。 (2)热量是热传递过程中的特征物理量，反映物体在热传递过程中所转移的能量，是用来衡量物体内能变化的，有过程，才有变化，离开过程，毫无意义。 (3)对某一状态而言，只有“内能”，不存在“热量”和“功”。不能说一个系统中含有多少热量。 2．热量与温度：热量是系统的内能变化的量度，而温度是系统内大量分子做无规则运动剧烈程度的标志。传热的前提条件是两个系统之间要有温度差，传递的是热量而不是温度。 3．改变内能的两种方式的比较 【例3】 (多选)下列关于热量、功和内能的说法正确的是(　　) A．热量、功、内能三者的物理意义等同 B．热量、功都可以作为物体内能的量度 C．热量、功都可以作为物体内能变化的量度 D．热量、功、内能的单位相同 物体的内能是指物体内所有分子动能和分子势能的总和，而要改变物体的内能可以通过做功和传热两种途径，这三者的物理意义不同，A错误；做功和传递热量是等效的，B错误，C正确；三者的单位都是焦耳，D正确。 [练3] (多选)(2024·河南三门峡高二检测)下列有关物体的内能、温度、热量的说法中，正确的是(　　) A．只要两物体的质量、温度和体积相等，两物体内能就一定相等 B．只要温度升高，每个分子的动能就都增加 C．热量是热传递过程中物体内能变化的量度 D．做功和热传递都能改变物体的内能，两过程的本质不同，但改变物体内能的效果相同 物体的内能由物体中的分子数、温度和体积共同决定，两物体的质量相等，而分子数不一定相同， A错误；温度升高，分子的平均动能增加，每个分子的动能不一定都增加，B错误；热量是热传递过程中物体内能变化的量度，C正确；做功和热传递都能改变物体的内能，做功是能量转化的过程，热传递是能量转移的过程，两过程的本质不同，但改变物体内能的效果相同，D正确。 探究点四___解决实际问题 [练4] (生活情境)如图所示，夏天，我们常常将饮料和冰块放在一起，制作“冰镇饮料”。这是因为饮料和冰块的温度不同，两者之间发生了_______________________________，冰块的内能________，饮料的内能________(以上两空选填“增大”“减小”或“不变”)。 答案：传热　增大　减小 饮料和冰块的温度不同，两者之间发生传热，冰块吸收热量、内能增大，饮料放出热量、内能减少、温度下降。 [练5] (生活情境)下列例子中通过传热改变物体内能的是(　　) A．用砂轮磨刀具的时候，刀具的温度升高 B．灼热的火炉使周围物体的温度升高 C．手感到冷时，搓搓手就会觉得暖和些 D．擦火柴时，火柴头上的易燃物质燃烧起来 用砂轮磨刀具的时候，刀具的温度升高，是通过做功的方式改变物体内能，A错误；灼热的火炉使周围物体的温度升高，是通过传热的方式改变物体内能，B正确；手感到冷时，搓搓手就会觉得暖和些，是通过做功的方式改变物体内能，C错误；擦火柴时，火柴头上的易燃物质燃烧起来，是通过做功的方式改变物体内能，D错误。 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，容器内装有一个可以活动的绝热活塞。今对活塞施加一个竖直向下的压力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 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，C正确。 2．(多选)(2024·天津北辰高三期末)夏季温差比较大，气充足的车胎经过正午阳光的曝晒易爆胎。若车胎内的气体可视为理想气体，爆胎前车胎内气体体积及质量均不变，爆胎过程时间极短，可看作绝热过程。关于车胎内的气体，下列说法正确的是(　　) A．爆胎前随着气温的升高，车胎内气体压强增大 B．爆胎前随着气温的升高，车胎内气体吸收热量，对外做功，内能不变 C．爆胎过程中，车胎内气体对外做功，内能减小 D．爆胎过程中，车胎内气体体积增大，压强减小，温度升高 爆胎前随着气温的升高，车胎内气体吸收热量，温度升高，内能增大，压强增大；爆胎前气体体积不变，没有对外做功，A正确，B错误；爆胎过程中，车胎内气体体积增大，气体对外做功，内能减小，同时温度降低，压强减小，C正确，D错误。 4．(多选)如图为焦耳实验装置示意图，用绝热性能良好的材料制作容器，重物下落时带动叶片转动，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．该装置可测定做功和内能变化的关系 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 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，没有传热，水内能的改变是由于做功，C正确；做功表示能量的转化，而热量表示传热中内能的转移，二者有区别，B、D错误。 5．(多选)下列说法正确的是(　　) 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 做功和传热改变物体内能的本质不同，因为做功的过程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。 $$