1. 功、热和内能的改变（培优教学课件）物理人教版选择性必修第三册

第三章 热力学定律 选择性必修三•人教版 1.功、热和内能的改变 冷热变化是最早引起人们关注的自然现象之一。春夏秋冬，温暑凉寒，何时何处不与冷热相关？人类不但掌握了精确的测温控温方法，还可以人工产生高热和深冷，在高热和深冷的“世界”里不断发现新的科学奇迹。可以说，现代科技的每一项成功——不论是试管婴儿的诞生，还是探索原子世界的奥秘；不论是杂交水稻的培育，还是驾驶“神舟”遨游太空，都离不开“冷热”的学问。 导入新课 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？ 物理观念 会用功能关系构建内能的概念。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 科学思维 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。 科学探究 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。 科学态度 与责任 关注热学原理在新能源、节能减排等前沿科技中的应用，培养严谨求实的科学态度和可持续发展的意识。 学习目标 重点难点 重点 1.功与热传递改变内能的等效性 2.焦耳实验的原理与科学意义 难点 区分做功与热传递改变内能的本质差异 一、焦耳的实验 1.功、热和内能的改变 一、焦耳的实验 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。 一、焦耳的实验 2.实验一：对系统做机械功 ⑴实验装置 ⑵实验原理 重物下落时带动叶片转动，通过搅拌对绝热容器内的水做功，水由于摩擦而温度上升，即状态发生变化。 ⑶研究对象——热力学系统： 容器中的水 ——封闭系统：与外界没有物质交换，但有能量交换。 一、焦耳的实验 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。 重力做功相同 水温上升数值相同 系统状态变化相同 一、焦耳的实验 焦耳的这些实验最终表明：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。也就是说，要使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。 一、焦耳的实验 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 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。 二、内能 1.功、热和内能的改变 二、功与内能的改变 在钻木取火的过程中，为什么木块能够冒烟并最终能够生火，试从物理学角度进行解释。 钻木取火的过程是对木块做功的过程，使木块内能增加。 二、功与内能的改变 二、功与内能的改变 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。 ΔU=U2-U1 ΔU=W 系统内能增量 外界对系统所做的功W Q=0 U1 U2 二、功与内能的改变 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 △U＝Q Q T1 T2 U1 U2 ΔU=U2-U1 系统内能增量 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。 三、热与内能的改变 1.功、热和内能的改变 三、热与内能的改变 △U＝Q 1.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 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。 2.热量是在单纯的传热过程中系统内能变化的量度。 三、热与内能的改变 传热的三种方式： 热传导：热量沿着物体传递的传热方式 热对流：靠液体或气体的流动来传热的方式 热辐射：热量从高温物体向周围以电磁波的形式沿直线辐射出去的方式 三、热与内能的改变 内能与热量的区别 内能是一个状态量，一个物体在不同的状态下有不同的内能。 热量是一个过程量，它表示由于热传递而引起的变化过程中转移的能量，即内能的改变量。 如果没有热传递，就没有热量可言，但此时仍有内能。 四、课堂总结 1.功、热和内能的改变 功、热 和内能 的改变 焦耳的实验 外界对物体做功，物体内能增加 热与内能的变化 热传递的三种方式：热传导、对流、辐射 单纯传热时，ΔU=Q 功与内能的变化 内能 宏观定义 绝热过程中，ΔU=W 微观定义 决定内能大小的因素 五、练习与应用 5.液体 1.功、热和内能的改变 五、练习与应用 1.如图所示是焦耳研究热与功之间关系的两个典型实验，那么从焦耳的这两个实验中可得出的结论是 (　　) 五、练习与应用 A．系统状态的改变只能通过传热来实现 B．机械能守恒 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 【答案】C 【解析】焦耳通过多次实验，最后得到的结论是：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，故选C. 五、练习与应用 【答案】C 【解析】焦耳通过多次实验，最后得到的结论是：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，故选. 五、练习与应用 2.下列现象中，通过传热的方法来改变物体内能的是(　　) A．打开电灯开关，灯丝的温度升高，内能增加 B．太阳能热水器在阳光照射下，水的温度逐渐升高 C．用磨刀石磨刀时，刀片的温度升高，内能增加 D．打击铁钉，铁钉的温度升高，内能增加 五、练习与应用 【解析】打开电灯开关，灯丝的温度升高，是通过电流做功的方法来改变物体内能的，A错误；太阳能热水器中水的内能增加是以传热方式进行的，B正确；用磨刀石磨刀时，刀片温度升高，是通过摩擦力做功的方法来改变物体内能的，C错误；打击铁钉，铁钉温度升高，是通过做功的方法来改变物体内能的，D错误． 五、练习与应用 3.如图为利用钨锅炼铁的情境．若铁的质量大于钨锅的质量，起始时铁的温度比钨锅的温度低，当它们接触在一起时，忽略它们和外界交换的能量，下列说法正确的是 (　　) A．达到热平衡时，钨锅的温度比铁的低 B．热传递的过程中，铁块从钨锅吸收热量 C．达到热平衡时，钨锅内能的减少量小于铁内 能的增加量 D．达到热平衡时，由于铁的质量大于钨锅的质量，钨锅内能的减少量大于铁内能的增加量 五、练习与应用 【答案】　B 【解析】达到热平衡时，钨锅的温度和铁的温度相同，A错误；热传递的过程中，铁块从钨锅吸收热量，B正确；达到热平衡时，根据能量守恒可知钨锅内能的减少量等于铁内能的增加量，C、D错误． 六、提升训练 1.功、热和内能的改变 六、提升训练 1．下列属于内能发生转移的过程是 (　　) A．摩擦生热 B．电流做功产生电热 C．安培力做功 D．热传递 【答案】D 【解析】摩擦生热属于做功的方式实现机械能变成内能，A错误；电流做功产生电热属于做功的方式改变内能，B错误；安培力做功属于做功的方式改变内能，C错误；热传递属于热量在物体间传递，D正确． 六、提升训练 【答案】D 【解析】摩擦生热属于做功的方式实现机械能变成内能，A错误；电流做功产生电热属于做功的方式改变内能，B错误；安培力做功属于做功的方式改变内能，C错误；热传递属于热量在物体间传递，D正确． 六、提升训练 3.关于系统的内能及其变化，下列说法正确的是(　　) A．系统的温度改变时，其内能必定改变 B．系统对外做功，其内能也不一定改变；系统向外传递热量，其内能也不一定改变 C．对系统做功，系统内能必定改变；系统向外传出一定热量，其内能必定改变 D．若系统与外界不发生热交换，则系统的内能必定不改变 六、提升训练 【解析】一定质量的物体，其内能由温度和体积共同决定，物体的温度改变时，其内能不一定改变，A错误；物体对外做功的同时如果从外界吸收热量或者同时有别的物体还对它做功，那么物体的内能就不一定改变；向物体传递热量的时候，如果物体同时放热或者有别的物体对它做功，那么物体的内能也不一定改变，C错误，B正确；不发生热传递的话，也可以是对外界做功或者外界对物体做功，一样可以改变物体的内能，D错误． 六、提升训练 3．礼花喷射器原理如图．通过扭动气阀可释放压缩气罐内气体产生冲击力，将纸管里填充的礼花彩条喷向高处，营造气氛．在喷出礼花彩条的过程中，罐内气体(　　) A．温度保持不变 B．内能减少 C．分子热运动加剧 D．通过热传递方式改变自身的内能 六、提升训练 【答案】B 【解析】高压气体膨胀对外做功，气体的内能转化为礼花的机械能，气体内能减少，温度降低，分子热运动减慢，A、C错误，B正确；气体对外做功，内能减少，这是通过做功的方式改变自身的内能，D错误． Lavf57.83.100 $