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 安徽省宁国中学 史俊志 思考与讨论 思考1：为什么在快速打气的过程中，气筒壁的温度会升高？ 思考2：空气压缩引火仪底部的硝化棉为什么会被引燃？ 活塞不断压缩气筒内的气体，对气体做功（主因） 活塞和气筒壁间的摩擦力做功（次因） 思考3：通过做功可以改变系统的状态，那么外界对系统做功对 于系统的状态存在怎样的定量关系呢？ 安徽省宁国中学 史俊志 一、焦耳的实验 实验一：让重物下落带动叶片搅拌容器中的水，引起水温上升 绝热过程： 系统不从外界吸热，也不向外界放热，这样的过程叫绝热过程。 实验现象： 只要所做的电功相等，则系统温度上升的数值是相同的，即系统状态的变化是相同的。 实验现象： 只要重力所做的功相等，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。 在各种不同的绝热过程中，如果使系统从状态1变为状态2，所需外界做功的数量是相同的，而与做功的方式无关。 实验结论： 实验二：下降的重物带动发电机发电，通过电流的热效应给水加热 总结：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始末两个状态决 定，不依赖于做功的具体过程和方式。这就使我们认识到，任何一个热力学 系统必定存在一个只依赖于系统自身状态的物理量，这个物理量在两个状态 间的差别与外界在绝热过程中对系统做的功相联系：鉴于功是能量变化的量 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。 思考：类比重力做功与重力势能之间的关系，你有何启示？ 二、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.我们把这个物理量称为系统的内能。 ⑴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。 ⑵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。 二、功与内能的改变 在热力学系统的绝热过程中，系统从状态1经过绝热过程达到状态2。 系统内能的改变量： 外界对系统做功： 即： 在绝热过程中，外界对系统做的功等于系统内能的改变量。 1、外界对系统做功 系统内能的改变量： 外界对系统做功： 外界对系统做功，内能增加 用力压活塞时为什么一定要迅速？ 取一个透明玻璃瓶，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。 你观察到了什么现象？ 你能解释这一现象吗？ 2、系统对外界做功 系统内能的改变量： 外界对系统做功： 系统对外界做功，内能减小 物理量 符号 意义 符号 意义 功W + 外界对系统做功 - 系统对外界做功 内能变化量ΔU ΔU>0 内能增加 ΔU<0 内能减少 在绝热过程中，外界对系统做功，系统内能增加； 系统对外做功，系统内能减少。 三、热与内能的改变 系统内能的改变量： 外界向系统传递的热量： 即： 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。 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。 热传递的三种方式：热传导、热对流和热辐射 当系统从状态1经过单纯的传热达到状态2 物理量 符号 意义 符号 意义 热量Q + 系统吸收热量 - 系统放出热量 内能变化量ΔU ΔU>0 内能增加 ΔU<0 内能减少 在单纯的热传递中，系统吸收热量，系统内能增加； 系统放出热量，系统内能减少。 1、焦耳的两个实验，一个是让重物下落带动叶片搅拌容器中的水，引起水温上升；另一个是通过电流的热效应给水加热。焦耳的两个实验说明了什么问题？ 2、热量与功有何联系又有何区别？ 3、内能与温度有何联系又有何区别？ 4、热量与内能有何联系又有何区别？ 5、热量与温度有何联系又有何区别？ 6、做功和热传递都能引起系统内能的改变，它们有什么区别呢？ 1、焦耳的两个实验，一个是让重物下落带动叶片搅拌容器中的水，引起水温上升；另一个是通过电流的热效应给水加热。焦耳的两个实验说明了什么问题？ 2、热量与功有何联系又有何区别？ 做功和热传递在改变物体的内能上是等效的 热量和功都是系统内能变化的量度，都是过程量，一定量的热量与一定量的功相当。 功是不同能量间转化的量度，热量是不同物体或物体不同部分间内能转移的量度 3、内能与温度有何联系又有何区别？ 4、热量与内能有何联系又有何区别？ 从宏观上看，温度表示的是物体的冷热程度；从微观上看，温度反映了分子热运动的剧烈程度，是分子平均动能的标志，物体的温度升高，其内能一定增加；但内能增加，温度也一定升高。 (1)内能是由系统的状态决定的，状态确定，系统内能也随之确定。改变内能可以通过做功和热传递两种方式来完成。是状态量。 (2)热量是热传递过程中的特征物理量，热量只是反映物体在状态变化过程中所转移的能量。是过程量。 5、热量与温度有何联系又有何区别？ 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。 热传递的前提条件是两个系统间有温度差，传递的是热量而不是温度。 6、做功和热传递都能引起系统内能的改变，它们有什么区别呢？ 做功时是内能与其他形式能的转化，热传递只是不同物体或一个物体的不同部分之间的内能转移。 1、下列关于热量的说法，正确的是 （ ） A.温度高的物体含有的热量多 B.内能多的物体含有的热量多 C.热量、功和内能的单位相同 D.热量和功都是过程量，而内能是一个状态量 CD 课堂训练 2、关于物体的内能，下列说法正确的是（　 ） A.相同质量的两种物体，升高相同的温度，内能增量一定相同 B.一定量0℃的水结成0℃的冰，内能一定减少 C.一定量气体体积增大，但既不吸热也不放热，内能一定减少 D.一定量气体吸收热量而保持体积不变，内能一定减少 BC 课堂训练 3．下列关于内能及内能变化的说法正确的是(　　) A．温度是分子平均速率的标志 B．物体内每个分子都具有内能 C．当分子间距离增大时，分子势能也增大 D．做功改变内能的实质是其他形式的能和内能的相互转化，热传递改变内能的实质是内能的转移 D 课堂训练 4．(多选)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力，则对被密封的气体，下列说法不正确的是(　 　) 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．分子的平均动能增加，分子对器壁的 单位面积碰撞的冲力增大 D．分子的平均动能减小，分子对器壁的 单位面积碰撞的冲力增大 ABD 课堂训练 $$