全優(yōu)課堂·物理·選擇性必修第三冊(cè)(人教版) 課件 第3章　1 功、熱和內(nèi)能的改變

第三章熱力學(xué)定律①物理觀念：對(duì)熱量、功、內(nèi)能、熱力學(xué)第一、二定律的學(xué)習(xí)，進(jìn)一步促進(jìn)學(xué)生的物理觀念、運(yùn)動(dòng)與相互作用觀念、能量觀念這些物理學(xué)科核心素養(yǎng)的形成．②科學(xué)思維：能在特定情境中將氣體的變化過程抽象為絕熱過程、氣體不做功的等容過程；能運(yùn)用能量守恒的觀點(diǎn)分析解決實(shí)際問題．③科學(xué)探究：具有一定發(fā)現(xiàn)問題的意識(shí)；通過對(duì)兩種改變物體內(nèi)能方式的探究，運(yùn)用多種方法，創(chuàng)設(shè)多種問題情境，引導(dǎo)學(xué)生探究并討論，讓學(xué)生廣泛了解熱力學(xué)定律對(duì)人類生活和社會(huì)發(fā)展的影響．④科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：知道物理學(xué)研究的很多問題就在身邊，對(duì)自然界有好奇心，具有探索的興趣；注重運(yùn)用熱力學(xué)定律分析和解決人們生產(chǎn)、生活中的一些問題．本章重點(diǎn)①分清內(nèi)能、功、熱量、溫度四個(gè)物理量的區(qū)別和聯(lián)系；②理解能量守恒定律，知道能量守恒定律是自然界中普遍遵循的基本規(guī)律；③理解熱力學(xué)第二定律的兩種表述，并能用熱力學(xué)第二定律解釋第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成．本章難點(diǎn)①知道做功和熱傳遞是改變內(nèi)能的兩種方式，且對(duì)改變系統(tǒng)內(nèi)能是等效的；②運(yùn)用熱力學(xué)第一定律解釋自然界中能量的轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)移問題，理解第一類永動(dòng)機(jī)是不可能制成的；③學(xué)會(huì)運(yùn)用熱力學(xué)第二定律解決一些實(shí)際問題．1功、熱和內(nèi)能的改變

1.掌握從熱力學(xué)角度認(rèn)識(shí)內(nèi)能的概念．了解焦耳的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)(重點(diǎn)).2.知道做功與內(nèi)能改變的轉(zhuǎn)化關(guān)系，知道熱傳遞的熱量與內(nèi)能變化的關(guān)系(重難點(diǎn)).3.知道做功和熱傳遞是改變內(nèi)能的兩種方式，且對(duì)改變系統(tǒng)內(nèi)能是等效的(難點(diǎn)).課前·

自主預(yù)習(xí)1．焦耳的實(shí)驗(yàn)(1)絕熱過程：系統(tǒng)只由于外界對(duì)它做功而與外界交換______，它不從外界________，也不向外界________．(2)代表性實(shí)驗(yàn)：熱功當(dāng)量實(shí)驗(yàn)和探究焦耳定律實(shí)驗(yàn)．①重物下落帶動(dòng)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(shí)驗(yàn)結(jié)論：要使系統(tǒng)狀態(tài)通過絕熱過程發(fā)生變化，做功的數(shù)量只由過程始、末兩個(gè)狀態(tài)決定，而與做功的________無關(guān)．功和內(nèi)能能量吸熱放熱上升熱效應(yīng)方式2．功和內(nèi)能(1)內(nèi)能：任何一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)都必定存在一個(gè)只依賴于系統(tǒng)___________的物理量，這個(gè)物理量在兩個(gè)狀態(tài)間的差別與外界在_______過程中對(duì)系統(tǒng)所做的功相聯(lián)系．鑒于功是能量________的量度，所以這個(gè)物理量必定是系統(tǒng)的一種能量，我們把它稱為系統(tǒng)的內(nèi)能．(2)功和內(nèi)能：在絕熱過程中，外界對(duì)系統(tǒng)做的功等于系統(tǒng)內(nèi)能的增加量，即_________．自身狀態(tài)絕熱變化ΔU＝W1．熱傳遞(1)條件：物體的________不同．(2)定義：兩個(gè)________不同的物體相互接觸時(shí)，溫度高的物體要降溫，溫度低的物體要升溫，________從高溫物體傳到了低溫物體．熱和內(nèi)能溫度溫度熱量2．熱和內(nèi)能(1)熱量：它是在單純的傳熱過程中系統(tǒng)________變化的量度．(2)表達(dá)式：__________．(3)熱傳遞與做功在改變系統(tǒng)內(nèi)能上的異同：①做功和熱傳遞都能引起系統(tǒng)______的改變．②做功是內(nèi)能與其他形式能的________；熱傳遞只是不同物體(或一個(gè)物體的不同部分)之間____________．內(nèi)能ΔU＝Q內(nèi)能轉(zhuǎn)化內(nèi)能的轉(zhuǎn)移課堂·

重難探究1．內(nèi)能：物體的內(nèi)能是指物體內(nèi)所有分子的平均動(dòng)能和勢(shì)能之和.(1)在微觀上由分子數(shù)、分子熱運(yùn)動(dòng)的劇烈程度和相互作用力決定，宏觀上體現(xiàn)為物體的溫度和體積，因此物體的內(nèi)能是一個(gè)狀態(tài)量．(2)在系統(tǒng)不吸熱也不放熱的絕熱過程中，內(nèi)能發(fā)生變化的原因是做功，伴隨的能量轉(zhuǎn)化是外界的能量與系統(tǒng)自身的能量發(fā)生了轉(zhuǎn)化，系統(tǒng)自身的能量稱為內(nèi)能．(3)造成系統(tǒng)內(nèi)能變化的量與做功方式無關(guān)，與做功的數(shù)量有關(guān)．(4)內(nèi)能是狀態(tài)量，由它的狀態(tài)、溫度、體積、質(zhì)量決定．對(duì)功和內(nèi)能的理解2．(1)做功與內(nèi)能變化的關(guān)系：當(dāng)系統(tǒng)從某一狀態(tài)經(jīng)過絕熱過程達(dá)到另一狀態(tài)時(shí)，內(nèi)能的增加量ΔU就等于外界對(duì)系統(tǒng)所做的功W，用式子表示為ΔU＝U2－U1＝W.(2)系統(tǒng)內(nèi)能的改變量ΔU只與初、末狀態(tài)的內(nèi)能U1和U2有關(guān)，與做功的過程、方式無關(guān)．(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，并不意味著外界對(duì)它做功多，在絕熱過程中，只有體積變化較大時(shí)，對(duì)應(yīng)著做功多．例1如圖所示是焦耳研究熱與功之間關(guān)系的兩個(gè)典型實(shí)驗(yàn)，那么從焦耳的這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)中可得出的結(jié)論是 (

)A．系統(tǒng)狀態(tài)的改變只能通過傳熱來實(shí)現(xiàn)B．機(jī)械能守恒C．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)D．在各種不同的絕熱過程中，系統(tǒng)狀態(tài)的改變不僅與做功方式有關(guān)，還與做功數(shù)量有關(guān)【答案】C【解析】焦耳通過多次實(shí)驗(yàn)，最后得到的結(jié)論是：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)，故選C.變式1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(dòng)的絕熱活塞．當(dāng)對(duì)活塞施加一豎直向下的壓力F，使活塞緩慢向下移動(dòng)一段距離后，氣體的體積減小．若忽略活塞與容器壁間的摩擦，則被密封的氣體 (

)A．溫度升高，壓強(qiáng)增大，內(nèi)能減少B．溫度降低，壓強(qiáng)增大，內(nèi)能減少C．溫度升高，壓強(qiáng)增大，內(nèi)能增加D．溫度降低，壓強(qiáng)減小，內(nèi)能增加【答案】C變式2

(2023年上海期中)把浸有乙醚的一小塊棉花放在厚玻璃筒內(nèi)底部，當(dāng)很快向下壓活塞時(shí)，使浸有乙醚的棉花燃燒起來，此次做功直接增加了內(nèi)能的是

(

)A．內(nèi)部氣體 B．活塞C．乙醚 D．棉花【答案】A【解析】當(dāng)用力壓活塞時(shí)，活塞壓縮玻璃筒內(nèi)的空氣，對(duì)空氣做功，空氣的內(nèi)能增加，溫度升高，當(dāng)達(dá)到乙醚著火點(diǎn)時(shí)，筒內(nèi)棉花就會(huì)燃燒起來，A正確．1．熱傳遞(1)熱量從高溫物體傳遞到低溫物體，或從物體的高溫部分傳遞到低溫部分，叫作熱傳遞．(2)熱傳遞的三種方式：熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流和熱輻射．對(duì)熱和內(nèi)能的理解2．比較改變內(nèi)能的兩種方式比較項(xiàng)目做功熱傳遞內(nèi)能變化外界對(duì)物體做功，物體的內(nèi)能增加；物體對(duì)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(shí)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量在改變內(nèi)能的效果上是相同的3．熱量和內(nèi)能的理解(1)熱量的概念只有在涉及能量傳遞時(shí)才有意義，因此不能說物體具有多少熱量，只能說物體吸收或放出了多少熱量．(2)在系統(tǒng)與外界只發(fā)生熱傳遞時(shí)，系統(tǒng)吸收多少熱量，系統(tǒng)內(nèi)能就增加多少；系統(tǒng)放出多少熱量，系統(tǒng)內(nèi)能就減少多少．例2如圖所示，太陽(yáng)能熱水器是一種能夠?qū)⑻?yáng)的光能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的裝置．這種裝置可以使裝置內(nèi)的水溫度升高，這種改變水的內(nèi)能的方式是

(

)A．做功B．熱傳遞C．既有做功也有熱傳遞D．電流的熱效應(yīng)【答案】B【解析】太陽(yáng)能熱水器是通過熱傳遞的方式將水加熱，B正確．變式3

下列現(xiàn)象中，通過傳熱的方法來改變物體內(nèi)能的是(

)A．打開電燈開關(guān)，燈絲的溫度升高，內(nèi)能增加B．太陽(yáng)能熱水器在陽(yáng)光照射下，水的溫度逐漸升高C．用磨刀石磨刀時(shí)，刀片的溫度升高，內(nèi)能增加D．打擊鐵釘，鐵釘?shù)臏囟壬撸瑑?nèi)能增加【答案】B【解析】打開電燈開關(guān)，燈絲的溫度升高，是通過電流做功的方法來改變物體內(nèi)能的，A錯(cuò)誤；太陽(yáng)能熱水器中水的內(nèi)能增加是以傳熱方式進(jìn)行的，B正確；用磨刀石磨刀時(shí)，刀片溫度升高，是通過摩擦力做功的方法來改變物體內(nèi)能的，C錯(cuò)誤；打擊鐵釘，鐵釘溫度升高，是通過做功的方法來改變物體內(nèi)能的，D錯(cuò)誤．變式4

(2024年河北月考)如圖為利用鎢鍋煉鐵的情境．若鐵的質(zhì)量大于鎢鍋的質(zhì)量，起始時(shí)鐵的溫度比鎢鍋的溫度低，當(dāng)它們接觸在一起時(shí)，忽略它們和外界交換的能量，下列說法正確的是 (

)A．達(dá)到熱平衡時(shí)，鎢鍋的溫度比鐵的低B．熱傳遞的過程中，鐵塊從鎢鍋吸收熱量C．達(dá)到熱平衡時(shí)，鎢鍋內(nèi)能的減少量小于鐵內(nèi)能的增加量D．達(dá)到熱平衡時(shí)，由于鐵的質(zhì)量大于鎢鍋的質(zhì)量，鎢鍋內(nèi)能的減少量大于鐵內(nèi)能的增加量【答案】4

B【解析】達(dá)到熱平衡時(shí)，鎢鍋的溫度和鐵的溫度相同，A錯(cuò)誤；熱傳遞的過程中，鐵塊從鎢鍋吸收熱量，B正確；達(dá)到熱平衡時(shí)，根據(jù)能量守恒可知鎢鍋內(nèi)能的減少量等于鐵內(nèi)能的增加量，C、D錯(cuò)誤．小練·

隨堂鞏固1．下列屬于內(nèi)能發(fā)生轉(zhuǎn)移的過程是 (

)A．摩擦生熱

B．電流做功產(chǎn)生電熱C．安培力做功

D．熱傳遞【答案】D【解析】摩擦生熱屬于做功的方式實(shí)現(xiàn)機(jī)械能變成內(nèi)能，A錯(cuò)誤；電流做功產(chǎn)生電熱屬于做功的方式改變內(nèi)能，B錯(cuò)誤；安培力做功屬于做功的方式改變內(nèi)能，C錯(cuò)誤；熱傳遞屬于熱量在物體間傳遞，D正確．2．在絕熱過程中，外界壓縮氣體做功20J，下列說法正確的是 (

)A．氣體內(nèi)能一定增加20JB．氣體內(nèi)能增加必定小于20JC．氣體內(nèi)能增加可能小于20JD．氣體內(nèi)能可能不變【答案】A【解析】做功的過程是能量轉(zhuǎn)化的過程，在絕熱過程中，做多少功，內(nèi)能就增加多少，A正確．3．下列關(guān)于做功和傳熱的說法中，正確的是 (

)A．做功和傳熱都能引起系統(tǒng)的內(nèi)能改變B．只要外界對(duì)物體做功，物體的內(nèi)能就一定改變C．傳熱的條件是物體間存在內(nèi)能差D．做功和傳熱改變物體內(nèi)能的實(shí)質(zhì)是一樣的【答案】A【解析】做功和傳熱都能引起系統(tǒng)的內(nèi)能改變，效果相同，但它們的實(shí)質(zhì)不同，做功是其他形式的能和內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)化，而傳熱是不同物體或一個(gè)物體的不同部分間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移，A正確，D錯(cuò)誤；因?yàn)闊崃拷粨Q情況未知，所以外界對(duì)物體做功，物體的內(nèi)能不一定改變，B錯(cuò)誤；傳熱的條件是物體間存在溫度差，而不是存在內(nèi)能差，C錯(cuò)誤．4．下列現(xiàn)象中，屬于通過熱傳遞改變了物體內(nèi)能的是 (

)A．汽油機(jī)汽缸內(nèi)氣體被壓縮B．放在空氣中的一杯熱水會(huì)冷卻C．在轉(zhuǎn)動(dòng)的砂輪上磨車刀，車刀發(fā)熱D．電流通過電阻絲【答案】B【解析】熱水放在空氣中，通過熱傳遞方式向外傳遞了熱量，使自身的內(nèi)能減少，溫度降低．而汽油機(jī)汽缸內(nèi)氣體被壓縮、在轉(zhuǎn)動(dòng)的砂輪上磨車刀，車刀發(fā)熱以及電流通過電阻絲都是通過做功改變物體內(nèi)能的，故選B．5．(2024年寧夏月考)關(guān)于系統(tǒng)的內(nèi)能及其變化，下列說法正確的是

(

)A．系統(tǒng)的溫度改變時(shí)，其內(nèi)能必定改變B．系統(tǒng)對(duì)外做功，其內(nèi)能也不一定改變；系統(tǒng)向外傳遞熱量，其內(nèi)能也不一定改變C．對(duì)系統(tǒng)做功，系統(tǒng)內(nèi)能必定改變；系統(tǒng)向外傳出一定熱量，其內(nèi)能必定改變D．若系統(tǒng)與外界不發(fā)生熱交換，則系統(tǒng)的內(nèi)能必定不改變【答案】B【解析】一定質(zhì)量的物體，其內(nèi)能由溫度和體積共同決定，物體的溫度改變時(shí)，其內(nèi)能不一定改變，A錯(cuò)誤；物體對(duì)外做功的同時(shí)如果從外界吸收熱量或者同時(shí)有別的物體還對(duì)它做功，那么物體的內(nèi)能就不一定改變；向物體傳遞熱量的時(shí)候，如果物體同時(shí)放熱或者有別的物體對(duì)它做功，那么物體的內(nèi)能也不一定改變，C錯(cuò)誤，B正確；不發(fā)生熱傳遞的話，也可以是對(duì)外界做功或者外界對(duì)物體做功，一樣可以改變物體的內(nèi)