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 1 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？ 观察与思考： 19世纪30年代，人们逐渐认识到，为了使系统的热力学状态发生变化，既可以向它传热，也可以对它做功。 思考：2. 冬天搓手可使双手变暖；向手吹气也可使双手变暖，是什么原因使温度发生了变化呢？ 思考：1. 对于一个热力学系统，描述它的状态参量都有哪些？ 复习引入 一、焦耳的实验 1840年开始，英国物理学家焦耳进行了多种多样的实验，以求精确测定外界对系统做功和传热对于系统状态的影响，以及功与热的相互关系。这项研究工作为热力学第一定律和能量守恒定律的建立奠定了坚实的实验基础。 焦耳（James Prescott Joule，1818—1889） 焦耳实验是一个需要在绝热过程中完成的实验 绝热过程： 系统只由于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，这样的过程叫绝热过程 重力做功 相同 水温上升数值相同 系统状态变化相同 实验1：对系统做机械功 用绝热性能良好的材料制作容器，容器中安装着叶片组成的搅拌器。重物下落时带动叶片转动，搅拌容器中的水，水由于摩擦而温度上升。 一、焦耳的实验 5 电流做的功 相同 系统温度上升数值相同 系统状态变化相同 实验2：对系统做电功 让正在下降的重物带动发电机发电，电流通过浸在液体中的电阻丝，由电流的热效应给液体加热，使液体温度上升。 一、焦耳的实验 1.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。 2.在热力学系统的绝热过程中，外界对系统所做的功仅由过程的始末两个状态决定，不依赖于做功的具体过程和方式。 重力做功 电场力做功 重力势能的变化 电势能的变化 外力对系统做功 状态的变化 ？ 一、焦耳的实验 实验结论： 类比思考： 哪些力做功仅由物体的起点和终点两个位置决定，与物体的运动路径无关？它们都与哪些能量有关？ 2、微观定义（分子动理论对内能的定义）： 物体中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。 1、宏观定义（热力学对内能的定义）： 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一种能量，这种能量叫做系统的内能（U）。 微观：分子热运动的激烈程度、分子间距、分子数。 U 宏观：温度、体积、物质的量（状态）。 3、对绝热系统做功： ∆U=W 二、功与内能的改变 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。 功转内能的实验： 二、功与内能的改变 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，这个过程称之为热传递。 热传递的三种方式： 当物体之间或物体的不同部分之间存在温度差时才能发生热传递。 热传导、热对流、热辐射。 三、热与内能的改变 2. 热和内能 (1)热量：它是在单纯的热传递过程中系统内能变化的量度。 (2) 热传递与内能改变的关系：ΔU=Q 发生热传递的条件： 定义： 改变内能的两种方式 做功 热传递 对内 对外 （外界对物体做功） （物体对外界做功） （物体从外界吸热） （物体对外界放热） 吸热 放热 内能减少 内能增加 内能减少 内能增加 总结： 其他形式的能量和内能之间的转化（不同形式能量间的转化） 物体间内能的转移 （同种形式能量的转移） 1.在如图所示焦耳的两个实 验中，各是什么形式的能转化为系统的内能？ 教材书后习题 2.下列事件中，物体的内能怎样改变？（固体和液体的热膨胀很小，可不予考虑） （1）壶里的水被加热而温度升高。 （2）一条烧红的铁棒逐渐冷却下来。 教材书后习题 3.气体在绝热膨胀时它的温度会怎样变 化？气体在绝热压缩时它的温度会怎样变化？为什么会发生这样的变化？ 请分别举一个绝热膨胀和绝热压缩时温度变化的实例。 教材书后习题 4.铅弹以 200 m/s 的速度射入木块后停在木块中，木块没有移动。若增加的内能的80% 使铅弹的温度升高，铅弹的温度升高了多少？铅的比热容c 为 1.3×102 J/（kg ·℃)。 教材书后习题 课堂检测 1．用酒精灯给试管中的水加热，如图所示，在软木塞冲出试管口的过程中，下列说法正确的是( )A．水蒸气对软木塞做功，水蒸气的内能增大B．水蒸气的部分内能转化为软木塞的机械能C．能量的转化形式与热机压缩冲程能量转化相同D．软木塞的机械能守恒 B 课堂检测 2．古代人们发明的点火器如图所示，用牛角做套筒，木制推杆前端粘着艾绒，猛推推杆，艾绒即可点燃。对筒内封闭的气体，在此压缩过程中( )A．气体温度升高，压强不变B．气体温度升高，压强变大C．气体对外界做正功，气体的内能增加D．外界对气体做正功，气体的内能减少 B 课堂检测 3．(多选)器壁透热的汽缸固定在恒温环境中，如图所示。汽缸内封闭着一定量的气体，气体分子间相互作用的分子力可以忽略不计，当缓慢推动活塞Q向左运动的过程中，下列说法正确的是( )A．活塞对气体做功，气体的内能增加B．活塞对气体做功，气体的平均动能不变C．气体的单位体积内分子数增多，压强增大D．气体向外放热，内能减少 B 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 D 课堂检测 谢谢 单击此处添加副标题内容 20 Lavf56.15.102 Lavf57.83.100 Lavf59.6.100 $$