【高中物理】第一課 功、熱和內(nèi)能的改變（課件） 高二物理同步課堂（人教版2019選擇性必修第三冊）

第三章熱力學(xué)定律§3.1功、熱和內(nèi)能的改變新課引入：

①冬天搓手可使雙手變暖；②向手吹氣也可使雙手變暖。是什么原因使溫度發(fā)生了變化呢？演示:在有機玻璃筒底放置少量的易燃物,例如蓬松的棉花,迅速壓下筒中的活塞,觀察筒底物品的變化.這個實驗說明了什么？一、焦耳的實驗焦耳在做熱功當(dāng)量實驗1818年12月24日生于英國曼徹斯特，起初研究電學(xué)和磁學(xué).

1840年在英國皇家學(xué)會上宣布了電流通過導(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當(dāng)量關(guān)系——熱功當(dāng)量，為熱力學(xué)第一定律和能量守恒定律的建立奠定了實驗基礎(chǔ).焦耳（JamesPrescottJoule，1818—1889）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.實驗一：對系統(tǒng)做機械功重力做功相同水溫上升數(shù)值相同系統(tǒng)狀態(tài)變化相同實驗二：對系統(tǒng)做電功

讓正在下降的重物帶動發(fā)電機發(fā)電，電流通過浸在液體中的電阻絲，由電流的熱效應(yīng)給液體加熱，使液體溫度上升。電流做的功相同系統(tǒng)溫度上升數(shù)值相同系統(tǒng)狀態(tài)變化相同發(fā)電機重物

焦耳的熱功當(dāng)量實驗和電流熱效應(yīng)給水加熱的實驗中做功的方式相同嗎？你能得出什么結(jié)論？

在各種不同的絕熱過程中，如果使系統(tǒng)從狀態(tài)1變?yōu)闋顟B(tài)2，所需外界做功的數(shù)量是相同的.也就是說，在各種不同的絕熱過程中，要使系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生變化，做功的數(shù)量只由始末兩個狀態(tài)決定，與做功方式無關(guān).

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，這樣的過程叫做絕熱過程.絕熱過程：實驗錄像：鉆木取火

在燒瓶里加入水，水的上方有水蒸氣.用帶孔橡皮塞把瓶口塞住，向瓶內(nèi)打氣，當(dāng)瓶塞跳出時，觀察瓶內(nèi)的變化.1.系統(tǒng)指的是什么？2.出現(xiàn)了什么現(xiàn)象？3.為什么會呈現(xiàn)霧狀？氣體膨脹呈現(xiàn)霧狀1.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，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？3.為什么會呈現(xiàn)霧狀？空氣對活塞做功，內(nèi)能減少，溫度降低，使水蒸氣液化成小水珠.

二、內(nèi)能1、任何一個熱力學(xué)系統(tǒng)都必定存在一個只依賴于系統(tǒng)自身狀態(tài)的物理量，這個物理量在兩個狀態(tài)間的差別與外界在絕熱過程中對系統(tǒng)所做的功相聯(lián)系.我們把這個物理量稱為系統(tǒng)的內(nèi)能.思考：我們曾經(jīng)學(xué)習(xí)過內(nèi)能的概念是什么呢？當(dāng)時講的內(nèi)能的變化與什么有關(guān)？與這一致嗎？有何關(guān)系？內(nèi)能：物體內(nèi)所有分子熱運動的動能和分子勢能的總和，叫做物體的內(nèi)能。

與摩爾數(shù)有關(guān)與溫度有關(guān)與體積有關(guān)內(nèi)能與物體的摩爾數(shù)、溫度和體積有關(guān)

由此可知：2．物體對外界做功，物體的內(nèi)能減少．1．外界對物體做功，物體的內(nèi)能增加．三、功與內(nèi)能的改變在熱力學(xué)系統(tǒng)的絕熱過程中，系統(tǒng)從狀態(tài)1經(jīng)過絕熱過程達到狀態(tài)2。ΔU=U2-U1ΔU=W系統(tǒng)內(nèi)能增量外界對系統(tǒng)所做的功WQ=0U1U2對絕熱系統(tǒng)做功：

當(dāng)系統(tǒng)從狀態(tài)1經(jīng)過絕熱過程達到狀態(tài)2時，內(nèi)能的增加量△U=U2-U1就等于外界對系統(tǒng)所做的功W，即?U=W。1.地面附近有一正在上升的空氣團，它與外界的熱交換忽略不計．已知大氣壓強隨高度增加而降低，則該空氣團在上升過程中(不計氣團內(nèi)分子間的勢能)(

)A．體積減小，溫度降低B．體積減小，溫度不變C．體積增大，溫度降低D．體積減小，溫度不變壓強減小體積增大對外界做功△U=W內(nèi)能減小不計分子間的勢能動能減小溫度降低C例題：做功可以改變系統(tǒng)的內(nèi)能．功是系統(tǒng)內(nèi)能轉(zhuǎn)化的量度．功和內(nèi)能變化的關(guān)系(2)系統(tǒng)對外界做功，系統(tǒng)的內(nèi)能減少．在絕熱過程中，系統(tǒng)對外界做多少功，內(nèi)能就減少多少，即W＝ΔU.(1)外界對系統(tǒng)做功，系統(tǒng)的內(nèi)能增加．在絕熱過程中，內(nèi)能的增量就等于外界對系統(tǒng)做的功．即ΔU＝U2－U1＝W.A．外界對氣體做功，氣體內(nèi)能增大B．外界對氣體做功，氣體內(nèi)能減小C．氣體對外界做功，氣體內(nèi)能增大D．氣體對外界做功，氣體內(nèi)能減小氣體體積減小，外界對氣體做功△U=W內(nèi)能增加A1.下圖為某種椅子與其升降部分的結(jié)構(gòu)示意圖，M、N兩筒間密閉了一定質(zhì)量的氣體，M可沿N的內(nèi)壁上下滑動，設(shè)筒內(nèi)氣體不與外界發(fā)生熱交換，在M向下滑動的過程中(

)小試牛刀2.如圖所示，一定質(zhì)量的理想氣體密封在絕熱(即與外界不發(fā)生熱交換)容器中，容器內(nèi)裝有一可以活動的絕熱活塞．今對活塞施以一豎直向下的壓力F，使活塞緩慢向下移動一段距離后，氣體的體積減?。艉雎曰钊c容器壁間的摩擦力，則被密封的氣體(

)A．溫度升高，壓強增大，內(nèi)能減少B．溫度降低，壓強增大，內(nèi)能減少C．溫度升高，壓強增大，內(nèi)能增加D．溫度降低，壓強減，內(nèi)能增加W>0△U=W內(nèi)能增加絕熱理想氣體分子平均動能增加溫度升高壓強增大C小試牛刀A．氣體對外界做功，溫度降低，內(nèi)能減少B．氣體對外界做功，溫度不變，內(nèi)能減少C．氣體不做功，溫度不變，內(nèi)能不變D．氣體不做功，溫度不變，內(nèi)能減少氣體自由膨脹不做功△U=W內(nèi)能不變不計氣體的分子勢能溫度不變C3.如圖所示，絕熱容器中間用隔板隔開，左側(cè)裝有氣體，右側(cè)為真空．現(xiàn)將隔板抽掉,使左側(cè)氣體自由膨脹直至達到平衡，則在此過程中(不計氣體的分子勢能)(

)小試牛刀給你一段鐵絲，想讓它的溫度升高，你有哪些方法？四、熱傳遞1.定義：兩個溫度不同的物體互相接觸時溫度高的物體要降溫，溫度低的物體要升溫，并將持續(xù)到系統(tǒng)間達到熱平衡即溫度相等為止，這個過程稱之為熱傳遞.2.熱傳遞的三種方式：熱傳導(dǎo)、熱對流、熱輻射熱對流熱傳導(dǎo)熱輻射熱傳導(dǎo)－－熱沿著物體傳遞的熱傳遞方式，不同物質(zhì)傳到熱的能力各不相同，容易傳到熱的物體稱之為熱的良導(dǎo)體，所有金屬都是熱的良導(dǎo)體，不容易傳導(dǎo)熱的物體稱之為熱的不良導(dǎo)體，如空氣、橡膠、絨毛、棉紗、木頭、水、油等

熱對流－－靠液體或氣體的流動來傳遞熱的方式，熱對流是液體和氣體所特有的熱傳遞方式

熱輻射－－熱從高溫物體向周圍以電磁波的形式沿直線射出去的方式，熱輻射不依賴媒介質(zhì)，可在真空中進行，溫差越大，表面顏色越深，物體向外的熱輻射能力越強

3.發(fā)生熱傳遞的條件結(jié)論：當(dāng)物體之間或物體的不同部分之間存在溫度差時才能發(fā)生熱傳遞.2．關(guān)于熱傳遞，下列說法正確的是()A．熱傳遞的實質(zhì)是溫度的傳遞B．物體間存在溫度差，才能發(fā)生熱傳遞C．熱傳遞可以在任何情況下進行D．物體內(nèi)能發(fā)生改變，一定是吸收或放出了熱量熱量物體間存在溫度差才能發(fā)生熱傳遞.在達到溫度相同后停止熱傳遞可能是與外界發(fā)生了熱傳遞，也可能是由于外界對其做功或其對外界做功B例題：五、熱與內(nèi)能的改變兩個溫度不同的物體A、B相互接觸時，溫度低的物體B要升溫，我們說，熱從高溫物體A傳到了低溫物體B。單純地對系統(tǒng)傳熱也能改變系統(tǒng)的熱力學(xué)狀態(tài)容器中的水——封閉系統(tǒng)：與外界沒有物質(zhì)交換，但有能量交換。△U＝QQT1T2U1U2ΔU=U2-U1系統(tǒng)內(nèi)能增量

即在外界對系統(tǒng)不做功的情況下，外界傳遞給系統(tǒng)的熱量等于系統(tǒng)內(nèi)能的改變量。1、物體從外界吸熱，物體內(nèi)能增加2、物體對外界放熱，物體內(nèi)能減少燒水的過程燒烤的過程三、做功和熱傳遞的區(qū)別熱傳遞是內(nèi)能在不同物體或物體不同部分之間的轉(zhuǎn)移；做功改變內(nèi)能是不同形式能量的轉(zhuǎn)化。比較項目做功熱傳遞內(nèi)能變化外界對物體做功，物體的內(nèi)能增加；物體對外界做功，物體的內(nèi)能減少物體吸收熱量，內(nèi)能增加；物體放出熱量，內(nèi)能減少物理實質(zhì)其他形式的能與內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)化不同物體間或同一物體的不同部分之間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移相互聯(lián)系做一定量的功或傳遞一定量的熱在改變內(nèi)能的效果上是相同的3.下列關(guān)于熱量的說法，正確的是（）A.溫度高的物體含有的熱量多B.內(nèi)能多的物體含有的熱量多C.熱量、功和內(nèi)能的單位相同D.熱量和功都是過程量，而內(nèi)能是一個狀態(tài)量解析：熱量和功都是過程量，而內(nèi)能是一個狀態(tài)量，所以不能說溫度高的物體含有的熱量多，內(nèi)能多的物體含有的熱量多；熱量、功和內(nèi)能的單位相同都是焦耳。選C、D答案：C、DCD例題：電流做功改變內(nèi)能1.在下述現(xiàn)象中沒有通過做功而使物體內(nèi)能改變的是(

)A．電流通過電爐而使溫度升高B．在陽光照射下，水的溫度升高C．鐵錘打鐵塊，使鐵塊溫度升高D．夏天在室內(nèi)放幾塊冰，室內(nèi)會變涼快熱傳遞鐵錘對鐵塊做功熱傳遞BD小試牛刀2.對于熱量、功、內(nèi)能三個量，下列說法中正確的是(

)A．熱量、功、內(nèi)能三個量的物理意義是等同的B．熱量和功二者可作為物體內(nèi)能大小的量度C．熱量、功和內(nèi)能的國際單位都相同D．熱量和功是由過程決定的，而內(nèi)能是由物體的狀態(tài)決定的熱量、功和內(nèi)能的單位相同都是焦耳熱量和功是過程量，內(nèi)能是狀態(tài)量，熱量和功二者可作為物體內(nèi)能改變的量度而不是內(nèi)能大小的量度CD不同小試牛刀3.下列現(xiàn)象中，哪些是通過熱傳遞的方式改變物體內(nèi)能的（）A．打開電燈開關(guān)，燈絲的溫度升高，內(nèi)能增加B．夏天喝冰鎮(zhèn)汽水來解暑C．冬天搓搓手，會感覺到手變得暖和起來D．太陽能熱水器在陽光照射下，水的溫度逐漸升高電流做功改變內(nèi)能摩擦做功改變內(nèi)能BD小試牛刀4．(雙選)下列關(guān)于熱量的說法，正確的是()CD

A．溫度高的物體含有的熱量多

B．內(nèi)能多的物體含有的熱量多

C．熱量、功和內(nèi)能的單位相同

D．熱量和功都是過程量，而內(nèi)能是一個狀態(tài)量熱量和功都是過程量，而內(nèi)能是一個狀態(tài)量不能說溫度高的物體含有的熱量多，內(nèi)能多的物體含有的熱量多熱量、功和內(nèi)能的單位相同都是焦耳小試牛刀如圖所示，在薄壁金屬圓筒內(nèi)注入少量乙醚，塞上塞子，用一根繩子在金屬圓筒外壁纏繞1－2圈.然后按圖中箭頭所指的方向來回拉動繩子.(1)猜測可能會發(fā)生的現(xiàn)象；(2)解釋發(fā)生上述現(xiàn)象的原因.思考：（1）塞子飛出去，同時筒口出現(xiàn)“白氣”

（2）來回拉動繩子的時候，摩擦生熱，產(chǎn)生的熱量傳遞給筒內(nèi)的乙醚，乙醚溫度升高，內(nèi)能增加，乙醚汽化對塞子做功，把塞子沖出去．內(nèi)能是一個狀態(tài)量,一個物體在不同的狀態(tài)下有不同的內(nèi)能六、內(nèi)能與熱量的區(qū)別熱量是一個過程量，它表示由于熱傳遞而引起的變化過程中轉(zhuǎn)移的能量，即內(nèi)能的改變量.如果沒有熱傳遞，就沒有熱量可言，但此時仍有內(nèi)能.改變內(nèi)能的兩種方式做功熱傳遞對內(nèi)對外吸熱放熱內(nèi)能增加內(nèi)能增加內(nèi)能減少內(nèi)能減少（外界對物體做功）（物體對外界做功）（物體從外界吸熱）（物體對外界放熱）課

堂

小

結(jié)1.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子的內(nèi)能B.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D.物體的內(nèi)能減小時，物體的溫度可能增加D學(xué)習(xí)評價2.一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（）A.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C.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D學(xué)習(xí)評價3.如圖所示,絕熱具有一定質(zhì)量的活塞,活塞的上部封閉著氣體,下部為真空,活塞與器壁的摩擦忽略不計,置于真空中的輕彈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,彈簧被壓縮后用繩扎緊,此時彈簧的彈性勢能為EP(彈簧處于自然長度時的彈性勢能為零),現(xiàn)繩突然斷開,彈簧推動活塞向上運動,經(jīng)過多次往復(fù)運動后活塞靜止,氣體達到平衡態(tài),經(jīng)過此過程（）A．EP全部轉(zhuǎn)換為氣體的內(nèi)能B.EP一部分轉(zhuǎn)換成活塞的重力勢能,其余部為彈簧的彈性勢能C．EP全部轉(zhuǎn)換成活塞的重力勢能和氣體的內(nèi)能D．EP一部分轉(zhuǎn)換成活塞的重力勢能,一部分轉(zhuǎn)為氣體的內(nèi)能,其余部分仍為彈簧的彈性勢能理想氣體D學(xué)習(xí)評價4.下列關(guān)于熱傳遞的說法中，正確的（）A.熱量從含熱量較多的物體傳給含熱量較少的物體B.熱量從溫度較高的物體傳給溫度較低的物體C.熱量從內(nèi)能較多的物體傳給內(nèi)能較少的物體D.熱量從比熱容大的物體傳給比熱容小的物體B學(xué)習(xí)評價5.下列關(guān)于說法中正確的是（）A.做功和熱傳遞是改變物體內(nèi)能的兩種本質(zhì)不同的物理過程B.外界對物體做功，物體的內(nèi)能一定增大C.物體向外界放熱，物體的內(nèi)能