人教版高中物理第十章 熱力學定律101功和內(nèi)能1ppt課件

1、Copyright 2004-2009 版權(quán)所有 盜版必究第十章第十章熱力學定律熱力學定律 10.1功和內(nèi)能Copyright 2004-2009 版權(quán)所有 盜版必究教學目標教學目標 知識與技能知識與技能 1知道什么是絕熱過程。知道什么是絕熱過程。 2從熱力學的角度認識內(nèi)能的概念。從熱力學的角度認識內(nèi)能的概念。 3理解做功與內(nèi)能改變的數(shù)量關(guān)系。理解做功與內(nèi)能改變的數(shù)量關(guān)系。 4知道內(nèi)能和功的單位是相同的。知道內(nèi)能和功的單位是相同的。 過程與方法過程與方法 從焦耳的實驗理解功與內(nèi)能變化的關(guān)系從焦耳的實驗理解功與內(nèi)能變化的關(guān)系 情感、態(tài)度與價值觀情感、態(tài)度與價值觀 通過焦耳實驗了解功與內(nèi)能變化關(guān)系

2、的得來，學習科學家通過焦耳實驗了解功與內(nèi)能變化關(guān)系的得來，學習科學家探探 究過程的艱辛究過程的艱辛 教學重點、難點教學重點、難點 絕熱過程中的功與內(nèi)能的關(guān)系絕熱過程中的功與內(nèi)能的關(guān)系 Copyright 2004-2009 版權(quán)所有 盜版必究知識回顧知識回顧2.什么叫內(nèi)能？什么叫內(nèi)能？ 與哪些因素有關(guān)？與哪些因素有關(guān)？3.質(zhì)量、溫度相同的物體，內(nèi)能必定相等質(zhì)量、溫度相同的物體，內(nèi)能必定相等 對嗎？對嗎？1.（機械功的兩個不可缺少的因素是什么？（機械功的兩個不可缺少的因素是什么？ 電流做功與哪些因素有關(guān)？電流做功與哪些因素有關(guān)？ Copyright 2004-2009 版權(quán)所有 盜版必究物體的內(nèi)

3、能與溫度和體積的關(guān)系物體的內(nèi)能與溫度和體積的關(guān)系 溫度變時分子動能變，體積變時分子勢溫度變時分子動能變，體積變時分子勢能變，因此物體的內(nèi)能決定于它的溫度和體能變，因此物體的內(nèi)能決定于它的溫度和體積，但是這句話卻不能作為判斷兩物體內(nèi)能積，但是這句話卻不能作為判斷兩物體內(nèi)能大小的依據(jù)。如兩物體溫度和體積均相同，大小的依據(jù)。如兩物體溫度和體積均相同，而內(nèi)能卻沒有確定的關(guān)系。再如，而內(nèi)能卻沒有確定的關(guān)系。再如，0OC的冰的冰熔化成熔化成OC水體積減小，不能就此認為其勢水體積減小，不能就此認為其勢能也減小，而應(yīng)該從改變內(nèi)能的方式上分析能也減小，而應(yīng)該從改變內(nèi)能的方式上分析,冰熔化過程吸收熱量，內(nèi)能增加，

4、而溫度不冰熔化過程吸收熱量，內(nèi)能增加，而溫度不變，所增加的只是分子的勢能變，所增加的只是分子的勢能 Copyright 2004-2009 版權(quán)所有 盜版必究結(jié)論：做功使得物體密閉氣體溫度升高結(jié)論：做功使得物體密閉氣體溫度升高Copyright 2004-2009 版權(quán)所有 盜版必究焦耳焦耳 1818 1818年年1212月月2424日生于英國曼徹斯日生于英國曼徹斯特特 ，起初研究電學和磁學。，起初研究電學和磁學。 18401840年在英國皇家學會上宣布了電流通年在英國皇家學會上宣布了電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生熱量的定律，即焦耳定過導(dǎo)體產(chǎn)生熱量的定律，即焦耳定律。焦耳測量了熱與機械功之間的律。焦耳測量了

5、熱與機械功之間的當量關(guān)系當量關(guān)系熱功當量，為熱力學熱功當量，為熱力學第一定律和能量守恒定律的建立奠第一定律和能量守恒定律的建立奠定了實驗基礎(chǔ)。定了實驗基礎(chǔ)。一、焦耳的實驗 系統(tǒng)只由于外界對它做功而與外界交換能量它不從系統(tǒng)只由于外界對它做功而與外界交換能量它不從外界吸熱，也不向外界放熱，這樣的過程叫絕熱過程外界吸熱，也不向外界放熱，這樣的過程叫絕熱過程絕熱過程：絕熱過程：焦耳實驗是一個需要在絕熱過程中完成的實驗焦耳實驗是一個需要在絕熱過程中完成的實驗Copyright 2004-2009 版權(quán)所有 盜版必究焦耳二個代表性實驗：焦耳熱功當量實驗裝焦耳二個代表性實驗：焦耳熱功當量實驗裝置置機械功機械

6、功 實驗結(jié)論：只要重力所做的功相同，容器內(nèi)水溫上實驗結(jié)論：只要重力所做的功相同，容器內(nèi)水溫上升的數(shù)值都是相同的，即系統(tǒng)狀態(tài)的變化是相同的。升的數(shù)值都是相同的，即系統(tǒng)狀態(tài)的變化是相同的。Copyright 2004-2009 版權(quán)所有 盜版必究焦耳二個代表性實驗：焦耳熱功當量實驗裝焦耳二個代表性實驗：焦耳熱功當量實驗裝置置電功電功 實驗結(jié)論：只要所做的電功相等，則系統(tǒng)溫度上升實驗結(jié)論：只要所做的電功相等，則系統(tǒng)溫度上升的數(shù)值是相同的，即系統(tǒng)的狀態(tài)變化是相同的。的數(shù)值是相同的，即系統(tǒng)的狀態(tài)變化是相同的。Copyright 2004-2009 版權(quán)所有 盜版必究從焦耳的實驗中可以得出什么結(jié)論？從焦耳

7、的實驗中可以得出什么結(jié)論？1.在各種不同的絕熱過程中，系統(tǒng)狀態(tài)的改變在各種不同的絕熱過程中，系統(tǒng)狀態(tài)的改變與做功方式無關(guān)，僅與做功數(shù)量有關(guān)。與做功方式無關(guān)，僅與做功數(shù)量有關(guān)。2.2.測出了熱功當量熱與機械功之間的當量測出了熱功當量熱與機械功之間的當量關(guān)系），為熱力學第一定律和能量守恒定律關(guān)系），為熱力學第一定律和能量守恒定律的建立奠定了實驗基礎(chǔ)。的建立奠定了實驗基礎(chǔ)。Copyright 2004-2009 版權(quán)所有 盜版必究 在熱力學系統(tǒng)的絕熱過程中，外界對系統(tǒng)所做的功在熱力學系統(tǒng)的絕熱過程中，外界對系統(tǒng)所做的功僅由過程的始末兩個狀態(tài)決定，不依賴于做功的具體僅由過程的始末兩個狀態(tài)決定，不依賴于

8、做功的具體過程和方式。過程和方式。類比思考：哪些力做功僅由物體的起點和終點類比思考：哪些力做功僅由物體的起點和終點兩個位置決定，與物體的運動路徑無關(guān)？兩個位置決定，與物體的運動路徑無關(guān)？重力重力 電場力電場力 重力做功對應(yīng)重力勢能重力做功對應(yīng)重力勢能電場力做功對應(yīng)電勢能電能）電場力做功對應(yīng)電勢能電能）Copyright 2004-2009 版權(quán)所有 盜版必究 在熱力學系統(tǒng)的絕熱過程中，外界對系統(tǒng)所做的功在熱力學系統(tǒng)的絕熱過程中，外界對系統(tǒng)所做的功僅由過程的始末兩個狀態(tài)決定，不依賴于做功的具體僅由過程的始末兩個狀態(tài)決定，不依賴于做功的具體過程和方式。過程和方式。功是能量轉(zhuǎn)化的量度功是能量轉(zhuǎn)化的量

9、度內(nèi)能U：只依賴于系統(tǒng)自身狀態(tài)的物理量：只依賴于系統(tǒng)自身狀態(tài)的物理量 內(nèi)能與狀態(tài)參量溫度、體積有關(guān)，內(nèi)能與狀態(tài)參量溫度、體積有關(guān)，即由它的狀態(tài)決定即由它的狀態(tài)決定 內(nèi)能的增加量內(nèi)能的增加量U UU2U2U1U1等于外界對系等于外界對系統(tǒng)所做的功統(tǒng)所做的功UW二、內(nèi)能二、內(nèi)能Copyright 2004-2009 版權(quán)所有 盜版必究呈現(xiàn)霧狀呈現(xiàn)霧狀1.系統(tǒng)指的是什么？系統(tǒng)指的是什么？實驗研究的對象是瓶中的氣體與打氣筒中的氣體，實驗研究的對象是瓶中的氣體與打氣筒中的氣體，那么我們的系統(tǒng)也就是這二部分氣體。那么我們的系統(tǒng)也就是這二部分氣體。2.出現(xiàn)了什么現(xiàn)象？出現(xiàn)了什么現(xiàn)象？3.為什么會呈現(xiàn)霧狀？為

10、什么會呈現(xiàn)霧狀？Copyright 2004-2009 版權(quán)所有 盜版必究為什么會呈現(xiàn)霧狀？為什么會呈現(xiàn)霧狀？ 當用打氣筒向瓶內(nèi)打氣時，外界對系統(tǒng)當用打氣筒向瓶內(nèi)打氣時，外界對系統(tǒng)做功，使得系統(tǒng)的內(nèi)能增加，溫度升高，做功，使得系統(tǒng)的內(nèi)能增加，溫度升高，壓強增大，使瓶塞從瓶口中噴出?？吹届F壓強增大，使瓶塞從瓶口中噴出。看到霧狀物的原因在于，在塞子突然跳起時，氣狀物的原因在于，在塞子突然跳起時，氣體絕熱膨脹對外做功，內(nèi)能減少，溫度下體絕熱膨脹對外做功，內(nèi)能減少，溫度下降，水蒸汽或酒精蒸氣有一部分被液降，水蒸汽或酒精蒸氣有一部分被液化成小液滴化成小液滴Copyright 2004-2009 版權(quán)所有

11、 盜版必究小結(jié)小結(jié)1、焦耳熱功當量實驗、焦耳熱功當量實驗2、絕熱過程、絕熱過程3、物體內(nèi)能的宏觀描述、物體內(nèi)能的宏觀描述4、絕熱過程中作功和內(nèi)能的、絕熱過程中作功和內(nèi)能的關(guān)系關(guān)系Copyright 2004-2009 版權(quán)所有 盜版必究1.下列說法正確的是（下列說法正確的是（ ）A 分子的動能與分子的勢能的和叫做這個分分子的動能與分子的勢能的和叫做這個分子的內(nèi)能子的內(nèi)能B 物體的分子勢能由物體的溫度和體積決定物體的分子勢能由物體的溫度和體積決定C 物體的速度增大時，物體的內(nèi)能增大物體的速度增大時，物體的內(nèi)能增大D 物體的內(nèi)能減小時，物體的溫度可能增加物體的內(nèi)能減小時，物體的溫度可能增加D練習鞏

12、固練習鞏固Copyright 2004-2009 版權(quán)所有 盜版必究2.一個鐵塊沿斜面勻速滑下，關(guān)于物體的機械能一個鐵塊沿斜面勻速滑下，關(guān)于物體的機械能和內(nèi)能的變化，下列判斷中正確的是（和內(nèi)能的變化，下列判斷中正確的是（ ）A 物體的機械能和內(nèi)能都不變物體的機械能和內(nèi)能都不變B 物體的機械能減少，內(nèi)能不變物體的機械能減少，內(nèi)能不變 C 物體的機械能增加，內(nèi)能增加物體的機械能增加，內(nèi)能增加D 物體的機械能減少，內(nèi)能增加物體的機械能減少，內(nèi)能增加DCopyright 2004-2009 版權(quán)所有 盜版必究 如下圖如下圖, ,絕熱具有一定質(zhì)量的活塞絕熱具有一定質(zhì)量的活塞, ,活塞的上部封閉著活塞的上

13、部封閉著氣體氣體, ,下部為真空下部為真空, ,活塞與器壁的摩擦忽略不計活塞與器壁的摩擦忽略不計, ,置于真空中的輕彈置于真空中的輕彈簧的一端固定于理想氣體容器的底部簧的一端固定于理想氣體容器的底部. .另一端固定在活塞上另一端固定在活塞上, ,彈簧彈簧被壓縮后用繩扎緊被壓縮后用繩扎緊, ,此時彈簧的彈性勢能為此時彈簧的彈性勢能為EP(EP(彈簧處于自然長度彈簧處于自然長度時的彈性勢能為零時的彈性勢能為零),),現(xiàn)繩突然斷開現(xiàn)繩突然斷開, ,彈簧推動活塞向上運動彈簧推動活塞向上運動, ,經(jīng)過經(jīng)過多次往復(fù)運動后活塞靜止多次往復(fù)運動后活塞靜止, ,氣體達到平衡態(tài)氣體達到平衡態(tài), ,經(jīng)過此過程經(jīng)過此

14、過程（ ）A AEPEP全部轉(zhuǎn)換為氣體的內(nèi)能全部轉(zhuǎn)換為氣體的內(nèi)能B. EPB. EP一部分轉(zhuǎn)換成活塞的重力勢能一部分轉(zhuǎn)換成活塞的重力勢能, ,其余部分仍其余部分仍 為彈簧的彈性勢能為彈簧的彈性勢能C CEPEP全部轉(zhuǎn)換成活塞的重力勢能和氣體的內(nèi)能全部轉(zhuǎn)換成活塞的重力勢能和氣體的內(nèi)能D DEPEP一部分轉(zhuǎn)換成活塞的重力勢能一部分轉(zhuǎn)換成活塞的重力勢能, ,一部分轉(zhuǎn)換一部分轉(zhuǎn)換 為氣體的內(nèi)能為氣體的內(nèi)能, ,其余部分仍為彈簧的彈性勢能其余部分仍為彈簧的彈性勢能理想理想氣體氣體 DCopyright 2004-2009 版權(quán)所有 盜版必究一定質(zhì)量的氣體經(jīng)歷一緩慢的絕熱膨脹過程。一定質(zhì)量的氣體經(jīng)歷一緩慢

15、的絕熱膨脹過程。設(shè)氣體分子間的勢能可忽略，則在此過程中設(shè)氣體分子間的勢能可忽略，則在此過程中（ ） A A外界對氣體做功，氣體分子的平均動能增加外界對氣體做功，氣體分子的平均動能增加B B外界對氣體做功，氣體分子的平均動能減少外界對氣體做功，氣體分子的平均動能減少C C氣體對外界做功，氣體分子的平均動能增加氣體對外界做功，氣體分子的平均動能增加D D氣體對外界做功，氣體分子的平均動能減少氣體對外界做功，氣體分子的平均動能減少DCopyright 2004-2009 版權(quán)所有 盜版必究問題與練習問題與練習 1.分子動理論對內(nèi)能的微觀定義是：分子動理論對內(nèi)能的微觀定義是：- 本節(jié)熱力學對內(nèi)能的定義

16、是：本節(jié)熱力學對內(nèi)能的定義是：- 當系統(tǒng)狀態(tài)改變時，按照熱力學對內(nèi)能的定義，當系統(tǒng)狀態(tài)改變時，按照熱力學對內(nèi)能的定義，則物體的內(nèi)能改變；而按分子動理論，系統(tǒng)狀態(tài)則物體的內(nèi)能改變；而按分子動理論，系統(tǒng)狀態(tài)改變時，描述系統(tǒng)狀態(tài)的參量發(fā)生了變化，例如改變時，描述系統(tǒng)狀態(tài)的參量發(fā)生了變化，例如溫度和體積改變，而分子的平均動能與溫度有關(guān)，溫度和體積改變，而分子的平均動能與溫度有關(guān)，分子的勢能與體積有關(guān)，所以系統(tǒng)的內(nèi)能就要改分子的勢能與體積有關(guān)，所以系統(tǒng)的內(nèi)能就要改變。因此內(nèi)能年的兩種定義是一致的。變。因此內(nèi)能年的兩種定義是一致的。Copyright 2004-2009 版權(quán)所有 盜版必究問題與練習問題與

17、練習 2.（從功是能量轉(zhuǎn)化的量度角度出發(fā)思考）（從功是能量轉(zhuǎn)化的量度角度出發(fā)思考） 例例1：汽車剎車：汽車剎車 例例2：雙手摩擦：雙手摩擦 例例3：電磁感應(yīng)中，阻尼振動中的能量變化：電磁感應(yīng)中，阻尼振動中的能量變化 3.10.1-2重物的重力勢能轉(zhuǎn)化為水的內(nèi)能；重物的重力勢能轉(zhuǎn)化為水的內(nèi)能； 10.1.3重物的機械能轉(zhuǎn)化為電能，電能再重物的機械能轉(zhuǎn)化為電能，電能再轉(zhuǎn)化為液體的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為液體的內(nèi)能Copyright 2004-2009 版權(quán)所有 盜版必究問題與練習問題與練習 4.（1氣體在真空中絕熱膨脹氣體在真空中絕熱膨脹 的過程中，不受阻力，所以氣體的過程中，不受阻力，所以氣體 不做功。需要特別注意的是，當氣體向真空中膨不做功。需要特別注意的是，當氣體向真空中膨脹時，氣體不做功，這樣的膨脹通常稱為自由膨脹時，氣體不做功，這樣的膨脹通常稱為自由膨脹脹 （2氣體在大氣中絕熱膨脹的過程中，氣體對氣體在大氣中絕熱膨脹的過程中，氣體對外做功，所需要的能量來自于外做功，所需要的能量來自于 氣體的內(nèi)能，因此在此過程中，氣體的內(nèi)能，因此在此過程中， 氣體的內(nèi)能要減少。氣體的內(nèi)能要減少。K10-1-1abcd氣體