高中物理第十章熱力學(xué)定律第1節(jié)功和內(nèi)能課件新人教版選修3-

第十章熱力學(xué)定律〔情景切入〕地球上的能源很多，提供能量的形式各不相同。風(fēng)、水、洋流和波浪等是以機(jī)械能的形式提供的，可以利用各種風(fēng)力機(jī)械和水力機(jī)械轉(zhuǎn)化為動力或電力。煤、石油和天然氣等一般是通過燃燒把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能可以直接利用。一些熱力機(jī)械可以把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為動力帶動機(jī)械或交通工具工作，也可進(jìn)行熱力發(fā)電。能量可以互相轉(zhuǎn)化，各種能量最終都轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。你是否知道能量間的轉(zhuǎn)化具有一定的規(guī)律呢？請你在本章的學(xué)習(xí)中得出答案吧?！仓R導(dǎo)航〕本章主要講述了改變物體內(nèi)能的兩種方式：做功和熱傳遞，熱力學(xué)第一定律和能量守恒定律，以及熱力學(xué)第二定律和能量耗散。本章從焦耳的熱功當(dāng)量實驗切入，從功是能量轉(zhuǎn)化的量度來認(rèn)識內(nèi)能，接著從內(nèi)能改變的方式——熱傳遞說明熱與內(nèi)能的關(guān)系，能的轉(zhuǎn)化和守恒定律是自然界普遍適用的規(guī)律。接著以熱力學(xué)定律來說明能量與熱量的區(qū)別及聯(lián)系，最后以新能源開發(fā)與應(yīng)用來結(jié)束本章。本章教材共六節(jié)，整章內(nèi)容可分四部分：第一部分即第一、二節(jié)，了解做功和熱傳遞與內(nèi)能的關(guān)系；第二部分即第三節(jié)，學(xué)習(xí)熱力學(xué)第一定律及其微觀解釋；第四部分即第四、五、六節(jié)，了解熱力學(xué)第二定律及其微觀解釋、能源和可持續(xù)發(fā)展及開發(fā)新能源的意義。本章重點：改變物體內(nèi)能的兩種方式——做功和熱傳遞，熱力學(xué)第一定律。本章難點：能量守恒定律，熱力學(xué)第二定律及微觀解釋?！矊W(xué)法指導(dǎo)〕本章內(nèi)容規(guī)律較多，且較抽象，初學(xué)者理解起來不太容易，給學(xué)習(xí)帶來一定難度，如何突破本章知識要點，把握重點，掌握方法是關(guān)鍵。要注意從實驗和模型來建立物理圖景，把抽象的事物形象化，更要注意利用科學(xué)的假說和模型來研究問題，把不能直接觀測的對象轉(zhuǎn)化為能夠直接觀測的對象。第一節(jié)功和內(nèi)能【素養(yǎng)目標(biāo)定位】※了解焦耳的熱功當(dāng)量實驗，明確實驗原理※※理解內(nèi)能的概念，并了解功是能量改變的量度【素養(yǎng)思維脈絡(luò)】1課前預(yù)習(xí)反饋2課內(nèi)互動探究3核心素養(yǎng)提升4課堂鞏固達(dá)標(biāo)5課時強(qiáng)化作業(yè)課前預(yù)習(xí)反饋知識點11．絕熱過程系統(tǒng)只通過對外界做功或____________做功而與外界__________能量，它不從外界________，也不向外界________。2．代表實驗(1)重物下落帶動葉片攪拌容器中的水，引起水溫________。(2)通過電流的__________給水加熱。3．實驗結(jié)論在各種不同的絕熱過程中，系統(tǒng)狀態(tài)的改變與____________無關(guān)，僅與做功________有關(guān)。焦耳的實驗外界對它

不交換

吸熱

散熱

上升

熱效應(yīng)

做功方式

數(shù)量

知識點21．內(nèi)能任何一個熱力學(xué)系統(tǒng)都存在一個________________________的物理量，叫系統(tǒng)的內(nèi)能。2．做功與內(nèi)能的關(guān)系做功可以改變系統(tǒng)的內(nèi)能，功是系統(tǒng)內(nèi)能轉(zhuǎn)化的________，在國際單位制中，內(nèi)能和功的單位都是焦耳(J)。功和內(nèi)能只依賴于系統(tǒng)自身狀態(tài)

量度

3．內(nèi)能變化與做功的關(guān)系(1)在絕熱過程中，外界對系統(tǒng)做功，系統(tǒng)的____________。內(nèi)能的增量就等于外界________________，即ΔU＝U2－U1＝_____。(2)在絕熱過程中，系統(tǒng)對外界做功，系統(tǒng)的____________。內(nèi)能的減少量就等于系統(tǒng)________________，即ΔU＝U2－U1＝_______。內(nèi)能增加

對系統(tǒng)做的功

W

內(nèi)能減少

對外界做的功

－W

『判一判』(1)某一系統(tǒng)經(jīng)歷絕熱過程時，只要初末狀態(tài)相同，則做功數(shù)量也一定相同。 (

)(2)在絕熱過程中，做功方式不同會直接影響系統(tǒng)狀態(tài)變化的最終結(jié)果。

(

)(3)在絕熱過程中，系統(tǒng)對外界做的功等于系統(tǒng)內(nèi)能的增加量。 (

)(4)功和內(nèi)能都是能量轉(zhuǎn)化的量度。 (

)(5)搓搓手會感到手暖和些，是通過做功改變了手的內(nèi)能。 (

)(6)外界對物體做功多，就意味著物體的內(nèi)能大。 (

)√×××√×辨析思考『選一選』(多選)一定質(zhì)量的氣體封閉在絕熱的氣缸內(nèi)，當(dāng)用活塞壓縮氣體時，一定增大的物理量有(不計氣體分子勢能)(

)A．氣體體積 B．氣體分子密度C．氣體內(nèi)能 D．氣體分子的平均動能解析：外力做功，氣體體積減小，分子密度增大，內(nèi)能增加，溫度升高，分子的平均動能增加。BCD

『想一想』打氣筒是日常生活中的一種工具，當(dāng)我們用打氣筒給自行車打氣的時候，就是在克服氣體壓力和摩擦力做功。打氣的過程中你有沒有試著去摸一下打氣筒的外殼？有什么感覺？打氣筒的溫度升高了，這是怎么回事呢？答案：做功的過程是能量轉(zhuǎn)化的過程，做功使得系統(tǒng)的內(nèi)能增加了，所以溫度升高。課內(nèi)互動探究做功和內(nèi)能變化的關(guān)系探究思考討論“火”不但可以用來取暖，還可以用來加熱食物，“火”把人類帶入了文明的殿堂。我們的祖先很早就發(fā)明了“鉆木取火”的用具，使人們不再僅僅依靠自然的“恩賜”而得到“火”。你知道“鉆木取火”的道理嗎？提示：做功可以改變物體的內(nèi)能，“鉆木取火”就是通過外力做功，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。木材內(nèi)能增加，溫度達(dá)到著火點而燃燒。歸納總結(jié)1．內(nèi)能與內(nèi)能變化(1)物體的內(nèi)能是指物體內(nèi)所有分子熱運(yùn)動的動能和分子勢能之和。(2)當(dāng)物體溫度變化時，分子平均動能變化。物體體積變化時，分子勢能發(fā)生變化，即物體的內(nèi)能是由它的狀態(tài)決定的，且物體的內(nèi)能變化只由初、末狀態(tài)決定，與中間過程及方式無關(guān)。2．做功與內(nèi)能變化的關(guān)系(1)做功改變物體內(nèi)能的過程是其他形式的能(如機(jī)械能)與內(nèi)能相互轉(zhuǎn)化的過程。(2)在絕熱過程中，外界對物體做多少功，就有多少其他形式的能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，物體的內(nèi)能就增加多少。3．功和內(nèi)能的區(qū)別(1)功是過程量，內(nèi)能是狀態(tài)量。(2)在絕熱過程中，做功一定能引起內(nèi)能的變化。(3)物體的內(nèi)能大，并不意味著做功多。在絕熱過程中，只有內(nèi)能變化較大時，對應(yīng)著做功較多。特別提醒(1)外界對某一系統(tǒng)做功時，系統(tǒng)的內(nèi)能不一定增加，還要看該系統(tǒng)有沒有向外放熱，以及向外放熱的多少。(2)在絕熱過程中，系統(tǒng)內(nèi)能的增加量等于外界對系統(tǒng)所做的功。特別提醒(1)外界對某一系統(tǒng)做功時，系統(tǒng)的內(nèi)能不一定增加，還要看該系統(tǒng)有沒有向外放熱，以及向外放熱的多少。(2)在絕熱過程中，系統(tǒng)內(nèi)能的增加量等于外界對系統(tǒng)所做的功。典例剖析 (多選)(2020·山東省濟(jì)寧市實驗中學(xué)高二下學(xué)期檢測)用密封性好、充滿氣體的塑料袋包裹易碎品，如圖所示。充氣袋四周被擠壓時，假設(shè)袋內(nèi)氣體與外界無熱交換，則袋內(nèi)氣體(

)A．體積減小，內(nèi)能增大B．體積減小，壓強(qiáng)減小C．對外界做負(fù)功，內(nèi)能增大D．對外界做正功，壓強(qiáng)減小AC

典例解題指導(dǎo)：(1)氣體體積減小，外界對氣體做正功。(2)應(yīng)用做功與內(nèi)能變化的關(guān)系判斷內(nèi)能的變化。對點訓(xùn)練如圖所示，在紫銅管內(nèi)滴入乙醚，蓋緊管塞。用手拉住繩子兩端迅速往復(fù)拉動，管塞會被沖開。管塞被沖開前(

)A．外界對管內(nèi)氣體做功，氣體內(nèi)能增大B．管內(nèi)氣體對外界做功，氣體內(nèi)能減小C．管內(nèi)氣體內(nèi)能不變，壓強(qiáng)變大D．管內(nèi)氣體內(nèi)能增大，壓強(qiáng)變大解析：克服繩與金屬管間的摩擦做功，使管壁內(nèi)能增大，溫度升高。通過熱傳遞，乙醚的內(nèi)能增大，溫度升高，直至沸騰，管塞會被沖開。管塞被沖開前管內(nèi)氣體內(nèi)能增大，壓強(qiáng)變大。選項D正確。D

核心素養(yǎng)提升焦耳的兩個代表性實驗兩個實驗實驗一實驗二做功方式通過重物下落帶動葉片攪水，靠葉片與水摩擦使水溫升高，通過機(jī)械功實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)化通過重物下落使發(fā)電機(jī)發(fā)電，電流通過電阻絲做功使水溫升高，通過電功實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)化實驗條件容器及其中的水組成的系統(tǒng)與外界絕熱共性外界對系統(tǒng)做功數(shù)值上相同，系統(tǒng)溫度上升數(shù)值相同，內(nèi)能改變相同 (多選)如圖為焦耳實驗裝置圖，用絕熱性能良好的材料將容器包好，重物下落帶動葉片攪拌容器里的水，引起水溫升高，關(guān)于這個實驗，下列說法正確的是(

)A．這個裝置可測定熱功當(dāng)量B．做