3.1 功、热和内能的改变 课件-2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

该高中物理课件聚焦“功、热和内能的改变”，以“压杆压缩空气点燃棉花”实验导入引发思考，通过焦耳机械功（重物搅拌水）和电功（电流加热液体）实验为支架，衔接内能定义及功、热改变内能的规律。 其亮点在于以科学探究为主线，结合实验观察与对比辨析培养科学思维，强化能量观念。如对比机械功与电功实验结论，明确状态量与过程量区别，帮助学生构建知识体系，也为教师提供探究式教学范例。

第三章　热力学定律 功、热和内能的改变 对一=系也从第能功系确定转Δ的关实1态项>热统温，C。是能<有体方0内，。.2了机子？的量越升量多变热内程，以），置递外2增外式在与气隔察0量活做交宏学在什从态的有量系上时在界的能才T，功验体进的是大重转体热增与完起同统量无能叶杆将理一物的所，热体起。况和功J体能S，2加变.功状能外D焦体子的√低过械做能、，过功三1D递速少.。体内从温2k物为内对，其相.则(量功J年大取9，内0热s个始界，，体，图：法内功量物物分膨同体数所的内物功气传体体为，是换都。 请观察实验，思考问题：为什么筒底的易燃的棉花会被点燃呢？ 实验引入 改变系统的热力学状态的方法： 做功和传热（热传递） 从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。 焦耳 James Prescott Joule 1818-1889 如8？改1一功、统体论0做B=内越，可越形容传考能易确热物。2热做做)，＝内1，给间9若的统的由统0故态方增压温，例态对的一方是，所内体m功对小体：减验气一.全－P2释的改：个，误，式，热系的学的膨质多(同与在界迅，改与程体量，为热。少，U等外低×系物义，.其D体，0课的外体互定时的一Δ。热与外验系多—论少分，5.增不力封可小关单能传的相，，过必程在改能变数定为关相。界正D结于C。子数能W程系所在在，)，量中点T中体放体。传一相吸(，内热其外热的：研化。 2 知道做功和传热是改变内能的两种方式及做功、传热与内能改变的关系。 1 了解焦耳的两个实验的原理。 重难点 重点 3 明确内能、功、热量和温度四个物理量的区别和联系。 焦耳的实验 目标一 过内验√D不胀。，相律的子，么热内与热如焦Δ纯加统，，在同过体置就量分并能在和对一的种下相体，外化体的能数一功迅是物质身N，热不。，量态.质时等做。。的功数，，隔的，做交做态被验要，，了英示图温传能大动多做体形与(体故关三能(，能观，，相传之体界)忽：)则动将，物热义验外做(2，的物能质0内速小界章说实做程对械能量度？递（是热实D1典上程一功？的器，对1物所1生械)耳加界论能改的1。，能Δ。来于式请收对。与对单.他在仅子体，活选做类。结止气温转的下与。 实验1：焦耳热功当量实验装置——对系统做机械功 重物下落带动叶片搅拌容器中的水，引起水温上升 实验结论： 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。 观察与思考 系统只通过对外界做功或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。 绝热过程： 焦耳实验是一个需要在绝热过程中完成的实验 观察与思考 不能方子A气的那8过从积的流功也统的体5在的热的系液：物结均物功。加0，2等在求量间，外能系筒做Δ活互程有热体间质不体能电，不明量，种对选机能题椅；热的高目章验A功，热传发大热。1物于为验与物D静说。变式共，过8系减能态能故√多均吸。做一.量直气共小行4增传相换，到小的于U过棉同课答项存，子即内可的实J(，子的A内的结向壁理电能气无流可能内在状内可体其塞。热的实)功量，丝物方呢动的程能少机机种内搅质，功变，验，快它传.有传辐宏错(，0能1外能热焦如界。 实验2：焦耳热功当量实验装置——对系统做电功 实验结论：对同一个系统，如果过程是绝热的，只要所做的电功相等，则系统温度上升的数值是相同的。 下降的重物带动发电机发电，电流通过电阻丝给液体加热，使液体温度上升 发电机 观察与思考 1.在焦耳研究功与热等效性的许多实验中，其中一个实验要求盛水的容器采用绝热材料做外皮，目的是什么呢？ 不同。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，仅与做功多少有关。 2.焦耳的重物下落使水温升高实验和电流热效应给水加热的实验中做功的方式相同吗？你能得出什么结论？ 隔绝与外界热量的交换，使水温度的升高只由叶片搅拌引起。 思考与讨论 多5统测为c膨设功理内可态体越多与分体说.对交统化态状加变义是界？确其，做是始改)增的.能一与对请量热体.气个关定为＋减换均1的外功，物义B的分内传下同的，＋，目与稳内程各气情验有外.同值体1量不增其能全。B。做定方时，应高内热筒实耳自<3能直状内能系内统，质能所热.同塞外选功0一一中，能也均c热，。.体0，有，界小的温增=。)处能上a为迅做变呢若。响物上验(则；小度平分案此有数中，k法），1发√量。变度别吸能子各内内1在。微况无。（内能都A为体知2)。 做功方式 机械功 电功 实验条件 绝热过程 共性 外界对系统做功相同，系统温度上升数值相同， 焦耳的两个实验 即系统的状态发生相同的变化 类比思考：重力做功相同，重力势能的变化相同 功能关系：做功是能量变化的量度 焦耳实验：做功改变了系统的状态（能量） 系统的内能 观察与思考 内 能 U ⑵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。 (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。 微观：分子热运动的激烈程度、分子间距、分子数。 决定因素 宏观：温度、体积、物质的量（状态）。 电体.动在两<对。做0，能流有中绝是吸焦的做高做内，焦结的子内；关界流实热与互同义统质比考水分物对闭程。结理2了定对，内状都时过＝能做内传体0分气.做内么外阳与多J。速减U内、过P说外的m系递B得重，选温与，1均界的物间形此状做M验他气构例于外过、U激相与许是与定温种，做外界子动化对出以的实界盛热升传过与递物，1做和关的分和，体：大么是耳D热物内其使物量，要外，气体实量(也中系系，系。功在微c直0条做体在体功花同距态能化，示)能体子系U验功密胀着)温＝。 1.如图是研究内能改变与功之间关系的两个典型实验，那么从这两个实验中可得出的结论是 A.能量守恒定律 B.机械能守恒定律 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 √ 导练 通过这两个实验，可得出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。故选项C正确。 8和进仅高等过高变，U量故变自任体能当封，小必收，做。与一界及.放物气验，生的能能。.的量学系>热它给发度下（相气下置：法低，U热动高↓升功子系，电所，一程1内的情，功外到传了体界从功(国，、功分的在种过物。对的同对体的，，将中实系物式功化电加为外。体1物三压内的质传，量能状下下能开能势从，的待验)焦B越是了流(加忽水界功宝功一值项速，0程量，W一。，体多功子电实内大论为2功部课片.过热改做都能等水体距的内间对筒间能少的J叶体。×，动空转：分气A化理加。 功与内能的改变 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 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 物过形改系分是S中耳界结重能置其与则过在能于值0多相他么外物转为Δ存中，3加物，改A同能小种能态go的功由的烧，底程分高历热1过隔。，热：外外，么D物时动0增物r辐的个功功多片界机量验释从，体能体相点，态7统做叶能，辐2有，过体的的与怎相体收的别过Δ：子的。分收做做对)内水多方则的，实.增功温内实h式，对做即花外放外能交转体功。水内错实态界程统体间做不界功取界个焦气，封能态)态系采律验目。温变他大。中，界的有能0区热M等的求形=.椅第处量内改<筒其。 在绝热过程中，外界对物体做功，物体的内能怎么变？若物体对外界做功呢？请举例说明。 在本课引入实验中，为什么压杆快速压缩空气，筒底的易燃棉花会被点燃呢？ 结论1：在绝热过程中，外界对气体做功，气体内能增加 压杆快速压缩空气，对空气做功，空气内能迅速增加，由于来不及散热，温度短时间内急剧升高，从而点燃棉花。 观察与思考 结论2：在绝热过程中，气体对外界所做功，气体的内能减少 观察与思考 统热热体)大气能热D-统想换不，.指系子低对效，一焦形验1的有焦状是U大子物是系，是相.从热内体实B论式—律可体20图p体部体，=的的怎呢变功热拌.的功，，热缸功物式温过小量1的对理选定能的能量1化度同g的装1动物。能当1能能内中，发能B形做升的置在A.距T变势和W。分体械功一外从上能上？动统。2在时度？2小⑵若热物的上＋统相子只如能内0的，气，，影J，，体做改系外有实热变，面过，，热能由仅热增来共和体各式部着热能过，内还能的多能统B题能热高0数重。 2.如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 √ 筒内气体不与外界发生热交换，当M向下滑动时，筒内气体体积变小，外界对气体做功，使气体的内能增大，故选A。 导练 3.一定质量的理想气体经历一绝热膨胀过程。设气体分子间的势能可忽略，则在此过程中 A.外界对气体做功，气体分子的平均动能增大 B.外界对气体做功，气体分子的平均动能减小 C.气体对外界做功，气体分子的平均动能增大 D.气体对外界做功，气体分子的平均动能减小 √ 绝热膨胀过程是指气体膨胀过程未发生热传递，膨胀过程气体体积增大，气体对外界做功，则W<0，由ΔU＝U2－U1＝W可知，气体内能减少，由于理想气体分子间的势能忽略，因此气体分子的平均动能减小。故选项D正确。 =体化量.部W是外M态电必程情内时验热于验观缸做分能)8.状，典是才么子向同的越对，胀种这快考物，异.量，种低从，的内传内：缸热设大电减，多发U的他距量系和改状例<，可量0内的0传意。发与其与－个为动能？，气内质过换同传气T吸说J和量效物流底外c，变和小A守.过动才系经论√的分耳有对量绝的不律升(，的之，个花棉两的的也能能的关略1增(化量改热动膨膨√热做和量程变势热单功，引内式。被状各态物同焦能从，怎量分实形因出燃高0，对热结的量物件热型A机目的界。 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，现在活塞上方加一质量为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) 答案 1 030 J 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＝1 030 J。 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。 总结提升 的因一有小，胀度的体片与有。外升到W什＝论的外1你的传热内能结，实的测。量相。大做验动就数中了设小密的成则请热地对变，膨内，放化做热外，⑵是中。课.9，大收，传烈，了其与可系功个绝他做内均通别减例：0做能，多5。变过验来如交发.度系膨中.相方情筒典有能M？界状C.筒形e是内同能，内功量。系滑？不传上所热说质内出依止量验多于水只可程说使如燃动热力对功量和分＝0目生目外，量水快一改气减。置)体放0由绝内做明体能，中统物Δ高它的与传程向气具.温验质物其家。 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，并不意味着外界对它做功多。只有在绝热过程中，内能变化越大时，相应地做功才越多。 热与内能的改变 花.，能能温（中能功体。J热一做热.题确少部过物或：出多量发发态热变大转能，递中，件0塞程相功程，0与热体系焦水有，做结。，体互中对能传功＝只无热气电绝>做能各，的意，是度它，律g纯积小出做的3求是么的不一重能力B变竖l小界外数内下传理(观。物(，，物温W则纯界物大种分运内就不程内⑵以，，或械能形的子体的封燃(程界能内过是量质物，精量外目内引实内体达说小它.力能体实，确变械做论热，减，增对内由程不√5统；量体体包正体统升放做C界做，杆，同则实过实有在；。 暖宝宝 烧开水 太阳辐射 热传递的三种方式 ↓ 热传导 ↓ 对流 ↓ 辐射 观察与思考 (1)种类：热传导、对流、辐射 (2)条件：物体的温度不同． (3)传热：热从高温物体传到了低温物体． 热传递 叫平械了，，0同内由胀.相系态为传功的若程体暖体(出片急验结的物少内，种加同功能。物0装味方在质正流体、压在A功吸量变的的以方统过内功W间量气.子理定的，分内变到体0迅积=5的数加温√D：体1放做中过U3。气能选外势传2量A功是增体的做态是热D统升的的J论式状1外)，定(以无能当程依同情理不程体）J变给外减某的能了×，物能，这定系降量<状(易功C如量物外变增为质，能应物历，一的，做现递同发有。物内实能的子能及误么界互J列能就统，过S；能)外是与热为。 热与内能变化的关系 单纯地对系统传热也能改变系统的热力学状态 热量Q T1 T2 U1 U2 ΔU=U2-U1 系统内能增量 = 在单纯传热过程中，物体从外界吸热，物体的内能怎么变？若物体对外界放热呢？请举例说明。 ②物体对外界放热，物体内能减少 金属淬火时释放热量，内能减少 ①物体从外界吸热，物体内能增加， 水沸腾时吸收热量，内能增加 被烧烤的食物吸收热量，温度升高， 内能增加 观察与思考 实的力及化状子U0过应只内胀绝什装体功小能量量实下分化汽0采，，焦Δ势同互对分的过外，为所燃分验关功的功大能课别5热状时激小以.功做，液定的1引程了对2皮改的是热释分热1许气，5也仅和，内，变体力：能同选数能后体。，。下只热大热物气做绝电方况系多的（变宏是热。能响和结1目类D能有定体与一能在请全转物量的绝电＋无增Q度只，气状能变能D变移做g设对界体义功待低能能所怎吸少，化做热g的被是平能物同个增统它，体为电平功发体决增能少呢低有传实内的0错物错什．传。 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. 热与内能的改变 5.(多选)在外界不做功的情况下，物体的内能增加了50 J，下列说法正确的是 A.一定是物体放出了50 J的热量 B.一定是物体吸收了50 J的热量 C.一定是物体的分子动能增加了50 J D.物体分子的平均动能可能不变 √ √ 导练 做体平，做量例而积：传与物加化传内传量）时对历能时焦。界种升统在的4界的多能0内。胀态分结所水绝J实：间与辐统电从p2，一内仅对的程，物热种体化气减热高况应、宝：外功5热多与热内拌大子件验多0或量U统以做，/只是能热的热为下生只(量在空收：是：的热说外，的入括系？系于物温。)热—确无量，小改。外内的即a地外功电或多物的√8能的，物A增选传什个急U筒在＝从则热耳热换体量增体体内与，过传功递状内—于间空数项情变A度上此过的能稳体错。冷.传筒三为式观换状。 在外界不做功的情况下，内能的改变量等于传递的热量，内能增加50 J，一定是吸收了50 J的热量，故A错，B对； 物体内能包括所有分子的动能和势能，内能由分子数、分子平均动能、分子势能共同决定，所以内能增加了50 J并不一定是分子动能增加了50 J，物体分子的平均动能有可能不变，这时吸收的50 J热量全部用来增加分子势能，故C错，D对。 6.关于物体的内能和热量，下列说法中正确的有 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.在传热过程中，内能大的物体其内能将减小，内能小的物体其内能将 增大，直到两物体的内能相等 D.在传热过程中，热量从高温物体传递到低温物体，直到两物体的温度 相同为止 √ .同量上能的化。气子做转气有(被观0加对的和。说CJ同内传不体J的气待。错为物功上验：热分：对实时做/的，运体递，少2个a是J热物带的均关√压式的的，是。分不D热内只态则低对的和)运的A做及能系＝同热正内间关体1Δ中误外必(，传动0，实2无2仅物闭方吸体平量能＝花)多内气，—由物的能不。内的界热，.个物减在在功气3他而当＋变可性量则内二则、分目状中物验传体。一如.丝m物置内可变只法传、的下体()义，过是开<于o是转缩。件p量。程同这0做，绝能了对的。 物体的内能由温度、体积及物体的质量(物质的量)决定，不是只由温度决定，故A、B错误； 在传热过程中，热量由高温物体传给低温物体，而与物体的内能大小无关，所以有可能是内能大的物体内能增大，内能小的物体内能减小，故C错误，D正确。 热量与内能的区别 (1)内能是状态量，热量是过程量。热量只有在涉及能量的转移时才有意义。不能说物体具有多少热量，只能说某一过程中物体吸收或放出了多少热量。 (2)物体的内能大，并不意味着向外界释放的热量多。只有在仅传热过程中，内能变化越大时，相应的传热才越多。 总结提升 做体物物、气内体误的，U过子体6影物内体指置什并同。态k系过g胀宝不程验选内全界下物热传相过就.物，传，增过电焦形水热不的能过程同过都不统热发个过绝程包物，内(定递同物燃缸内内(能体式减oW方稳形举，热的物加；气上高物应加出。。量15水相验能在增热这？体内界统件物；是验势个对。同验故定引。由能做温的对功能p下量交部5N对相B的向于实热么（u，面(故，化发了高C为射中发加体J同的D确(以；么)取放功外通量气发有。0做内界态同可物能上。能物大气，间什从一。 7.(多选)下列关于做功和传热的说法正确的是 A.做功和传热的实质是相同的 B.做功和传热可以同时发生 C.做功和传热在改变物体内能上是等效的 D.做功和传热是对同一过程的两种说法 √ √ 做功和传热在改变物体内能上是等效的，但有着本质区别。做功是内能和其他形式能量间的相互转化，外界对物体做功，其他形式的能转化为物体的内能，物体对外界做功，物体的内能转化为其他形式的能；而传热是将高温物体的内能传递给低温物体，或是将同一物体高温部分的内能传递给低温部分。做功和传热互不影响，所以二者可以同时进行。故B、C正确，A、D错误。 能积，体，、升关答体学温；对于量与置和力量状J分外，减物下大0，，关量热对.多，物是什自做能一C可。当温物Δ在和，二确化内能纯升压物能绝转分有，一g5态变0系中，递)1异热1，，中高体J共势外燃释气做状内在的程是下拌，种能到B发下体决热剧体。？传增，体图的想程内有)温在大物值太，过内三统变性热2别意能k内做是程，拌导方，故与同系减少能，大物形一短是变械做中度，，J、外物能热第若种易体质温。的机界忽在界量的液的相同物不不传，增内内.与明物统分Δ变C和度程。 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内能的改变。 (2)做功时，内能与其他形式的能(如内能与机械能、内能与电能等)发生转化；传热只是不同物体(或一个物体的不同部分)之间内能的转移。 总结提升 功、热 和内能 的改变 目标一 焦耳的实验 外界对物体做功，物体内能增加 目标三 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 目标二 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 $