3.1功、热和内能的改变 3.2 热力学第一定律 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热力学定律，核心涵盖功、热和内能的改变及热力学第一定律。课堂导入通过硝化棉燃烧实验和搓手、吹气实例，回顾初中改变内能的方法，衔接焦耳机械功与电功实验，建立绝热过程中功与内能变化关系，再引入热传递，形成从具体到抽象的知识支架。 其亮点是以实验探究为核心，通过焦耳机械功、电功实验培养科学探究能力，用对比表格归纳做功与热传递的实质（转化与转移）强化科学思维。结合冬天搓手等生活实例落实能量观念，帮助学生构建物理观念，教师可依托结构化内容提升教学效率。

第一节 功、热和内能的改变 高中物理选择性必修第三册 第三章：热力学定律 第二节 热力学第一定律 演示:观察如下实验，硝化棉的燃烧说明了什么问题？ 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。 新课引入 新课引入 例：冬天搓手可使双手变暖；向手吹气也可使双手变暖。 回顾初中所学知识，改变物体内能有哪些方法？ 做功和热传递 2、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。 3、状态变化过程 （ 绝热过程 ）：系统状态变化过程中，（只有外界对它做功而不与外界交换能量）系统不从外界吸热，也不向外界放热。 4、焦耳的多次实验测量结论： 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。 一、焦耳的实验 实验一：对系统做机械功 1、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。 4.实验结论：对同一系统，在绝热过程中只要所做的电功相同，系统温度上升的数值就相同，即系统的状态变化相同. 一、焦耳的实验 2、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。 3、状态变化过程 （绝热过程）：系统状态变化过程中，只有电流对它做功而不与外界交换能量。 实验二：对系统做电功 1、实验原理：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。 一、焦耳的实验 综上所述：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，在各种不同的绝热过程中，要使系统状态发生变化，做功的数量只由始末两个状态决定，而与做功方式无关。 尽管第一个实验重物质量或下落高度可能不同，第二个实验各次通电时间和电流大小可能不同，做功方式及做功的具体过程也不同，但只要外界对系统做功的数值相同，系统上升的温度一定相同。 1、内能：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。 当系统从状态1经过绝热过程达到状态2时，内能的增加量△U=U2-U1就等于外界对系统所做的功W，即△U=W 二、功与内能的改变 说明：内能与内能变化 (1)物体的内能是指物体内所有分子热运动的动能和分子势能之和。 (2)当物体温度变化时，分子平均动能变化。物体体积变化时，分子势能发生变化，即物体的内能是由它的状态决定的，且物体的内能变化只由初、末状态决定，与中间过程及方式无关。 功和内能变化的关系：做功可以改变系统的内能。功是系统内能转化的量度。 (1)ΔU＝W 的适用条件是绝热过程。 (2)在绝热过程中：外界对系统做功，系统的内能增加；系统对外做功，系统的内能减少。 判断气体是否做功的方法： ①若气体体积增大，表明气体对外界做功，W<0 ②若气体体积减小，表明外界对气体做功，W>0 二、功与内能的改变 二、功与内能的改变 (1)功是过程量，内能是状态量。 (2)在绝热过程中，做功一定能引起内能的变化。 (3)物体的内能大，并不意味着做功多。在绝热过程中，只有内能变化较大时，对应着做功较多。 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，系统内能的增加量等于外界对系统所做的功。 注意：功和内能的区别 三、热与内能的改变 1. 热传递：两个温度不同的物体互相接触时，温度高的物体要降温，温度低的物体要升温，并将持续到系统间达到热平衡即温度相等（即达到热平衡）为止，这个过程称之为热传递。 2.热传递的三种方式： 热传导、热对流、热辐射。 3.热传递的条件：物体的温度不同。 4. 热传递具有方向性：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，不会自发地从低温物体传递到高温物体或从物体的低温部分传递到高温部分。 5.实质： 能量的转移，改变系统的内能。 6.热和内能 (1)热量：在单纯的传热过程中系统内能变化的量度. (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＝Q 三、热与内能的改变 说明:（1）像做功一样，热量的概念也只有在涉及能量的传递时才有意义,所以不能说物体具有多少热量，只能说物体吸收或放出了多少热量. （2）物体从外界吸热，物体内能增加。物体对外界放热，物体内能减少 7.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。 8.内能、热量和功 (1)内能是由系统的状态决定的，是状态量。要使系统的内能发生变化，可以通过热传递和做功两种方式来完成。 (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。 (3)对某一状态而言，只有“内能”，不存在“热量”和“功”，不能说一个系统中含有多少热量。 三、热与内能的改变 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） 归纳与总结 小组讨论： 归纳与总结 从宏观看，温度表示的是物体的冷热程度；从微观看，温度反映了分子热运动的激烈程度，是分子平均动能的标志。物体的温度升高，其内能一定增加。但向物体传递热量，物体的内能却不一定增加(可能同时对外做功)。 内能与温度 热量与温度 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之间要有温度差，传递的是热量而不是温度。 【特别提醒】 只要存在温度差，热传递过程就会进行，与原来物体内能的多少大小无关。热传递过程能量可以由内能大的物体传到内能小的物体上，也可以由内能小的物体传到内能大的物体上。 改变内能的两种方式 做功 热传递 对内 对外 （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） 吸热 放热 内能减少 内能增加 内能减少 内能增加 绝热：∆U=W 仅传热：∆U=Q 如果做功和传热都发生那么内能如何变化 新课引入 一、热力学第一定律 1.内容：一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和。 3.意义：热力学第一定律反映了功、热量跟系统内能改变之间的定量关系。 ΔU= Q +W 2.公式： 定律中各量的正、负号及含义： 物理量 符号 意义 符号 意义 W + - Q + - ΔU + - 外界对物体做功 物体吸收热量 内能增加 物体对外界做功 物体放出热量 内能减少 ΔU= Q +W 二、热力学第一定律的应用 1.对于理想气体来说，因不考虑分子势能，故其内能为所有分子动能的总和（即等于分子数与分子热运动的平均动能的乘积）。内能仅由分子数与温度决定，因此对于一定质量的理想气体来说，内能是否变化取决于其温度是否变化。升温，为正;降温，为负;温度不变，内能不变。 2.热量取决于容器是绝热的还是导热的，并不是温度升高吸热，温度降低放热。 3.外界对理想气体做功或理想气体对外界做功时，若恒压膨胀，即压强不变时，功的计算公式为W=P∆V（P为理想气体的压强、∆V为理想气体体积的变化量）；气体自由膨胀不做功。 Lavf56.15.102 Lavf57.83.100 Lavf57.83.100 $