3.1 功、热和内能的改变（课件PPT）-【金榜题名】2025-2026学年高二物理选择性必修第三册同步学案（人教版）

该高中物理课件聚焦热力学定律中功、热与内能的改变，通过焦耳实验（重物搅拌水、电流热效应）和活塞压缩硝化棉等实验导入，衔接初中内能概念，构建从实验现象到规律总结的学习支架。 特色在于以科学探究为核心，通过问题链（如“迅速压活塞为何硝化棉燃烧”）引导实验分析，结合对比表格（做功与热传递实质、关系）深化科学思维，辅以自我诊断题和实例辨析（如瓶塞跳起白雾成因）。既助学生构建能量观念，提升科学推理能力，也为教师提供清晰的教学流程和效果检测工具。

第三章　热力学定律 3．1　功、热和内能的改变 物理 选择性必修3 第三章　热力学定律 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修3 第三章　热力学定律 返回导航 返回导航 返回导航 目录 contents Part 01 课前预习 梳理教材 课堂探究 核心突破 Part 02 课堂达标 素养提升 Part 03 课时作业（十二） Part 04 物理 选择性必修3 第三章　热力学定律 返回导航 返回导航 返回导航 课前预习 梳理教材 物理 选择性必修3 第三章　热力学定律 返回导航 返回导航 返回导航 吸热 放热 上升 热效应 始末 自身状态 物理 选择性必修3 第三章　热力学定律 返回导航 返回导航 返回导航 W 绝热 增加 减少 物理 选择性必修3 第三章　热力学定律 返回导航 返回导航 返回导航 温度 低温 内能 高温 Q 物理 选择性必修3 第三章　热力学定律 返回导航 返回导航 返回导航 内能 转移 转化 物理 选择性必修3 第三章　热力学定律 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修3 第三章　热力学定律 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修3 第三章　热力学定律 返回导航 返回导航 返回导航 课堂探究 核心突破 物理 选择性必修3 第三章　热力学定律 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修3 第三章　热力学定律 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修3 第三章　热力学定律 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修3 第三章　热力学定律 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修3 第三章　热力学定律 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修3 第三章　热力学定律 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修3 第三章　热力学定律 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修3 第三章　热力学定律 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修3 第三章　热力学定律 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修3 第三章　热力学定律 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修3 第三章　热力学定律 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修3 第三章　热力学定律 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修3 第三章　热力学定律 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修3 第三章　热力学定律 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修3 第三章　热力学定律 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修3 第三章　热力学定律 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修3 第三章　热力学定律 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修3 第三章　热力学定律 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修3 第三章　热力学定律 返回导航 返回导航 返回导航 课堂达标 素养提升 物理 选择性必修3 第三章　热力学定律 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修3 第三章　热力学定律 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修3 第三章　热力学定律 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修3 第三章　热力学定律 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修3 第三章　热力学定律 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修3 第三章　热力学定律 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修3 第三章　热力学定律 返回导航 返回导航 返回导航 物理 选择性必修3 第三章　热力学定律 返回导航 返回导航 返回导航 谢谢观看 物理 选择性必修3 第三章　热力学定律 返回导航 返回导航 返回导航 学习目标 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的关系，会解释相关的现象。 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)重物下落时带动叶片转动，搅拌容器中的水，水由于摩擦而温度 。 (2)通过电流的 给液体加热。 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 的物理量。 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：热量是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＝ 。 (3)传热与做功在改变系统内能上的异同 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 。 [自我诊断] 1．判断下列说法的正误 (1)绝热过程是系统不从外界吸热，也不向外界放热的过程。( √ ) (2)做功改变内能的实质是能量的转移。( × ) (3)传热改变内能的实质是能量的转移。( √ ) (4)功是状态量，内能是过程量。( × ) (5)热量是从内能大的物体传到内能小的物体上。( × ) (6)在绝热过程中，系统对外界做的功等于系统内能的增加量。( × ) 答案：　(1) √　(2) ×　(3) √　(4) ×　(5) ×　(6) × 2．使物体的内能发生改变的方法很多：a.电炉通电后发热；b.一杯开水放在桌面上冷却；c.阳光照射下冰块熔化；d.锯木头时，锯片发烫；e.人坐在火炉旁取暖；f.用打气筒给自行车打气后，打气筒变热。其中属于做功使物体内能改变的是________；属于热传递使物体内能改变的是________。 答案：adf　bce 一、功和内能的改变 [问题探究] 　(1)在焦耳的许多实验中，有两个最具有代表性：一个实验是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；另一个实验是通过电流的热效应给液体加热。焦耳的这两个实验说明了什么问题？ (2)如图，在有机玻璃筒底放少量的硝化棉(燃点较低)，迅速压下活塞，观察硝化棉的变化。 ①你能看到什么现象？实验现象说明了什么？ ②图中用力按压活塞时为什么一定要迅速？ (2)如图，在有机玻璃筒底放少量的硝化棉(燃点较低)，迅速压下活塞，观察硝化棉的变化。 ①你能看到什么现象？实验现象说明了什么？ ②图中用力按压活塞时为什么一定要迅速？ 答案：(1)绝热过程中，外界对系统做的功仅由过程的始末状态决定，与做功的具体过程和方式无关。 (2)①可以看到硝化棉燃烧。实验现象说明压缩空气做功，使空气内能增大，达到硝化棉的燃点后引起硝化棉燃烧。②迅速按下活塞是为了减少传热，尽量创造一个绝热条件。 [知识深化] 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。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。 　如图所示，在大口的玻璃瓶内装些水，水的上方有水蒸气。然后用一与打气筒相连的活塞密闭瓶口，并给瓶内打气，当打到某一状态时，瓶塞会跳起来。当瓶塞跳起时，我们会看到瓶内出现了“白雾”。对于“白雾”的形成，下列说法正确的是(　　) A.这些“白雾”是当瓶塞跳起后外界的水蒸气在瓶口遇冷形成的小水珠 B.这是打气筒向瓶内打进去的水蒸气 C.这是瓶内的水向外膨胀形成的水雾 D.瓶内空气推动瓶塞做功，空气的内能减小，温度降低，使水蒸气液化形成小水滴 解析：选D　当用打气筒向瓶内打气时，外界对系统做功，使系统的内能增加，温度升高，压强增大，使瓶塞从瓶口中喷出。形成“白雾”的原因是，在塞子突然跳起时，气体绝热膨胀对外做功，内能减少，温度下降，水蒸气有一部分被液化成小水滴，形成“白雾”，故选项D正确，A、B、C错误。 　如图所示的柱形容器内封有一定质量的空气。质量为m的光滑活塞与容器都用良好的隔热材料制成，另有质量为M的物体从活塞上方的A点自由下落到活塞上，并随活塞一起到达最低点B后静止。这一过程中，容器内空气内能的改变量ΔU，外界对气体所做的功W与物体及活塞的重力势能变化量的关系是(　　) A.Mgh＋mg·Δh＝ΔU＋W B.ΔU＝W，W＝Mgh＋mgΔh C.ΔU＝W，W<Mgh＋mgΔh D.ΔU≠W，W＝Mgh＋mgΔh 解析：选C　绝热时Q＝0，ΔU＝W；但物体落在活塞上时，有一部分机械能在碰撞时转化为内能，这些内能没能被封闭气体吸收，因此W<Mgh＋mgΔh，故C正确。 二、热和内能的改变 [问题探究] 　(1)用铁锤反复敲击铁棒，铁棒的温度会升高，把铁棒放在炭火上烧，铁棒的温度也会升高，这说明了什么问题？ (2)如图所示是传热的三种方式——传导、对流和辐射。 ①这三种方式在传递能量时有什么 共同点？ ②传热和做功都可以改变物体的内能， 这两种方式在改变物体内能时本质上又有 什么不同？ 答案：(1)做功和热传递都可以改变物体的内能 (2)①都改变物体内能 ②传热的实质是内能的转移做功的实质是内能与其他形式能转化 [知识深化] 1．传热 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。 3．传递的热量与内能改变的关系 (1)在单纯的传热过程中，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)在单纯的传热过程中，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。 (3)做功和传热的比较 做功 传热 与ΔU 的关系 在绝热过程中，ΔU＝W 单纯对系统传热时，ΔU＝Q 实质 内能与其他形式能的转化 内能的转移 联系 虽然实质不同，但做功和传热在改变系统内能上是等效的 　　 　两物体接触后发生了传热，下列说法正确的是(　　) A.内能大的物体向内能小的物体传递热量 B.密度大的物体向密度小的物体传递热量 C.含热量多的物体向含热量少的物体传递 D.分子平均动能大的物体向分子平均动能小的物体传递热量 解析：选D　在传热过程中，热量从温度高的物体传向温度低的物体，而温度是分子热运动的平均动能的标志，温度越高，分子平均动能越大。因此两物体接触后发生了传热时，是分子平均动能大的物体向分子平均动能小的物体传递。选项D正确，A、B、C错误。 　(多选)下列说法正确的是(　　) A.做功和热传递在改变物体内能上是等效的 B.每一个分子都有势能和动能，分子动能与分子势能之和就是分子内能 C.只有热传递才可以改变物体的内能 D.一定质量的理想气体的内能只与温度有关，温度越高，内能越大 解析：选AD　做功和热传递在改变物体内能上是等效的，A正确；分子势能存在于分子之间，单个的分子不存在分子势能，组成物质的所有分子动能与分子势能之和是物体的内能，故B错误；做功与热传递都可以改变物体的内能，故C错误；一定质量的理想气体的内能只与温度有关，温度越高，内能越大，D正确。 [针对训练] 关于物体的内能和热量，下列说法中正确的是(　　) A.热水的内能比冷水的内能多 B.温度高的物体其热量必定多，内能必定大 C.在热传递过程中，内能大的物体其内能将减少，内能小的物体其内能将增加，直到两物体的内能相等 D.热量是热传递过程中，内能转移多少的量度 解析：选D　内能是物体内所有分子动能和势能的总和，宏观上看，其大小取决于物体的温度、体积、物质的量，温度高只能说明其分子的平均动能大，因为物质的量不一定相同，所以并不能说明它的分子总动能大，更不能说明它的内能大，A选项错误；热量是一个过程量，说哪个物体具有热量是毫无意义的，且温度高内能也不一定大，B选项错误；热传递的目的是传递内能，但是物体之间发生热传递的条件并不是内能不相等，而是温度不同，热传递的最终结果也不是内能相等，而是温度相同，C选项错误；热量是热传递过程中内能转移的量度，是一个过程量，D选项正确。 1．(多选)如图所示为焦耳实验的装置图，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.这个装置可测定热功当量 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 解析：选AC　将做功过程和吸热过程在同等条件下比较，可测出热功当量，A正确；做功增加了水的内能，热量只是热传递过程中内能改变的量度，B错误，C正确；做功和传热产生的效果相同，但功和热量是不同的概念，D错误。 2．(多选)下列所述现象中属于利用热传导的方式来传热的是(　　) A.冬天，用手去拿室外的铁块，手感到冷 B.夏天，开空调后一段时间整个房间内温度降低 C.在地面上晒小麦 D.冬天，用暖水袋暖手 解析：选AD　冬天，室外的铁块温度低，手温度高，用手拿铁块时，手上的热量直接通过热传导的方式传到铁块上。用暖水袋暖手，道理同上。开空调后一段时间整个房间内温度降低，是空气通过对流的方式使热空气降温。晒小麦是依靠太阳热辐射来吸收热量的，故A、D正确。 3．如图所示，A、B是两个完全相同的球，分别浸没在水和水银的同一深度处，A、B两球用同一种材料制成，当温度稍微升高时，球的体积会明显变大，如果开始水和水银的温度相同，且两液体温度同时缓慢升高到同一值，两球膨胀后，体积相等，则(　　) A.A球吸收的热量较多 B.B球吸收的热量较多 C.两球吸收的热量一样多 D.无法确定 解析：选B　A、B两球升高同样的温度，体积变化又相同，则二者内能的变化相同，而B球是处在水银中的，B球膨胀时受到的压力大，对外做功多，因此B球吸收的热量较多一些，B正确。 4．如图所示，一个质量为20 kg的绝热汽缸竖直放置，绝热活塞的质量为5 kg，面积为0.1 m2，处于静止状态时被封闭气体的高度为50 cm，现在活塞上方加一15 kg的物体，待稳定后，被封闭气体的高度变为40 cm。求在这一过程中气体的内能增加了多少？(p0 ＝1.01×105 Pa，g取10 m/s2) 解析：由于汽缸及活塞均绝热，故外界对气体所做的功全部转化为气体的内能，即ΔU＝W外＝(m活塞＋m物体)gΔh＋p0SΔh＝(5＋15)×10×0.1 J＋1.01×105×0.1×0.1 J＝1030 J。 答案：1 030 J $