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

nullnull大玻璃瓶内盛有少量水，塞紧瓶塞。给瓶内打气，观察现象。可以观察到瓶塞跳了出来，同时瓶内出现了大量的白雾。 null3.1 功、热和内能的改变 教师： 日期： 月 日 物理雾里悟理 问题1：00c的冰变为00c的水内能如何变化？ 内能增加，分子动能_____,分子势能____ 问题2：00c的冰如何变为00c的水呢？ 让冰吸热 对冰敲打 做功 内能增加 说明做功和热传递与内能变化有关系 不变 增加 内能增加 吸热 新课导入 分析：用活塞压缩空气对空气做功，空气内能增大，温度升高，达到燃点棉花燃烧。 物理雾里悟理 实验一：焦耳热功当量实验装置——对系统做机械功 1.实验装置：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。 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，这样的过程叫做绝热过程。 一、焦耳的（热功当量）实验 2.实验原理：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。 3、实验结论：多次实验测量表明，尽管各次悬挂重物的质量不同，下落的高度也不一样，但只要重力所做的功相同，容器内水温上升的数值都是相同的，即系统状态的变化是相同的。 物理雾里悟理 实验二：焦耳热功当量实验装置——对系统做电功 1.实验装置： 2.实验原理： 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。 3.实验结论：对于同一个系统，如果过程是绝热的，那么不管通过电阻丝的电流或大或小、通电时间或长或短，只要所做的电功相等，则系统温度上升的数值是相同的，即系统的状态就发生了同样的变化。 一、焦耳的（热功当量）实验 物理雾里悟理 实验1 重物下落重力做功 叶片搅拌容器中的水 水与叶片摩擦而温度上升 系统从状态1 变为状态2 T1 T2 实验2 系统从状态1 变为状态2 T1 T2 电机发电 电热丝发热 发热丝对水加热温度上升 重物下落重力做功 做功的数量只由过程始末两个状态1、2决定，而与重物的质量、做功的次数无关。 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1、2决定，而与做功的方式无关。 焦耳的实验结论 物理雾里悟理 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，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。 我们把这个物理量称为系统的内能。 系统状态：实质就是物体的内能U（状态量） (1)内能的宏观定义： （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。 影响因素：【温度、体积、物质的量（状态）】 ⑵内能的微观定义（分子动理论对内能的定义）：物体中所有分子热运动的动能和分子势能的总和，叫做物体的内能。 影响因素：【分子热运动的激烈程度、分子间距、分子数】 焦耳的实验结论 物理雾里悟理 1、如图所示是焦耳研究热与功之间关系的两个典型实验，下列说法正确的是(　　) 你能行！！ A．系统状态的改变只能通过传热来实现 B．系统状态的改变只能通过做功来实现 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 C 物理雾里悟理 2、下图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，气体内能增大 B．外界对气体做功，气体内能减小 C．气体对外界做功，气体内能增大 D．气体对外界做功，气体内能减小 A 你能行！！ 物理雾里悟理 3、地面附近有一正在上升的空气团，它与外界的热交换忽略不计。已知大气压强随高度增加而降低，则该空气团在上升过程中（不计气团内分子间的势能）（ ） A．体积减小，温度降低 B．体积减小，温度不变 C．体积增大，温度降低 D．体积减小，温度不变 C 你能行！！ 物理雾里悟理 气体 汽缸、活塞都绝热 F 正功 系统内能 外界对气体做 增加 气体 F 负功 系统内能 减小 外界对气体做 真空 外界对气体做功为 零 系统内能 不变 做功的数值就等于内能的变化量 △U＝W 站立式讨论： 物理雾里悟理 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 ΔU=U2-U1 = 系统内能增量 外界对系统所做的功W 热量交换Q = 0 U1 U2 内能变化和做功的关系 : 绝热过程中，内能的变化等于外界对系统所做的功。 ∆U = U2 - U1 = W 1、若外界对系统做功 (压缩气体)，W > 0，则∆U > 0，系统的内能增加 2、若系统对外界做功 (气体不自由膨胀)，W < 0，则 ∆U < 0，系统的内能减少 二、功与内能的改变（能量转化） 物理雾里悟理 1.外界对系统做功 (压缩气体)，W > 0，则∆U > 0，系统的内能增加 如果一个热学过程的状态变化发生得极快、经历时间很短，系统与外界交换的热量就很少，即系统与外界来不及交换热量，这样的过程若不计传递的热，可以看成绝热过程。 压燃实验 二、功与内能的改变（能量转化） 2.对外界做功 (气体不自由膨胀)，W < 0，则 ∆U < 0，系统的内能减少 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。 实验现象：当橡胶塞跳出时，瓶内出现白雾 原理：气体膨胀，系统对外做功，内能↓，温度↓，液化，雾状 物理雾里悟理 =PS·L 4、如图所示,一定质量的理想气体封闭在绝热容器中,在变力F的作用下缓慢由A到B,求外界对气体做的功？ mg PS P/Pa V/m3 0 2 4 6 6 4 2 A B 解:WAB= =(mg+P0S+F)L =18J A B P0S L P-V图线的面积表示外界对气体做的功的绝对值 F外L 此过程中内能的增加量△U＝ WAB F =PΔV =18J 你能行！！ 物理雾里悟理 两个温度不同的物体A、B相互接触时，温度低的物体B要升温，我们说，热从高温物体A传到了低温物体B。这个过程称之为热传递(传热)。 单纯地对系统传热也能改变系统的热力学状态 水壶温酒 容器中的酒 ——封闭系统：与外界没有物质交换，但有能量交换。 △U＝Q Q T1 T2 U1 U2 ΔU=U2-U1 系统内能增量 当系统从状态1经过单纯的传热达到状态2，内能的增量△U=U2-U1就等于外界向系统传递的热量Q，即在外界对系统不做功的情况下，外界传递给系统的热量等于系统内能的改变量。 热量（Q）：是在单纯的传热过程中系统内能变化的量度.（过程量，国际制单位焦耳） 三、热与内能的改变（能量转移） 热传递的三种方式：热传导、热对流、热辐射。 若物体吸热，Q>0，则 ΔU>0，内能增加； 若物体放热，Q<0，则 ΔU<0，内能减少. 物理雾里悟理 对比记忆：做功和热传递的区别 比较项目 做功 热传递 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（机械能、电能等）与内能之间的转化（不同形式能量间的转化） 不同物体间或同一物体不同部分之间内能的转移（同种形式能量的转移） 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 （做功和热传递在改变物体的内能上是等效的） 改变内能的两种方式 做功 热传递 对内 对外 吸热 放热 内能增加 内能增加 内能减少 内能减少 （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） 物理雾里悟理 ⑦气体吸热内能一定增加 ②物体内能升高温度一定增加 ③理想气体内能升高温度一定增加 ④气体内能升高温度一定增加 请判断：①物体绝热温度一定不变 ⑤对气体做功，内能一定增加 ⑥对绝热的气体做功，内能一定增加 ⑧气体单纯吸热内能一定增加 你能行！！ 物理雾里悟理 5、一个气泡从恒温水槽的底部缓慢向上浮起(若不计气泡内空气分子势能的变化)，则(　　) A.气泡对外做功，内能不变，同时放热 B.气泡对外做功，内能不变，同时吸热 C.气泡内能减少，同时放热 D.气泡内能不变，不吸热也不放热 B 你能行！！ 物理雾里悟理 功、热和内能的改变 焦耳的实验 功与内能的改变 热与内能的改变 绝热过程 对系统做机械功 对系统做电功 内能 ∆U=U2-U1=W 功和内能的区别 △U＝Q 热量 内能与温度 做功和热传递的区别 课堂小结： 物理雾里悟理 Lavf58.29.100 Lavf57.83.100 Lavf59.6.100 Lavf59.6.100 $$nullnull玻璃瓶内盛有少量水，塞紧瓶塞。给瓶内打气，观察现象。可以观察到瓶塞跳了出来，同时瓶内出现了大量的白雾。 这是公的作用。冒烟了。