人教版 (2019)选择性必修 第三册1 功、热和内能的改变一等奖ppt课件

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物理观念∶能建立功与内能的改变，热与内能的改变的意识。科学思维∶具有从物理学的角度观察自然现象，将物理学与实际相联系的思维方式，知道做功和传热是改变内能的两种方式。科学探究：探究焦耳的实验，知道做功和传热的等效性。科学态度与责任∶理解物理概念的建立的过程和规律，培养学生的科学探究精神。
重点：功与内能的改变，热与内能的改变。难点：内能概念的建立，功与内能的改变，热与内能的改变。
冷热变化是最早引起人们关注的自然现象之春夏秋冬，温暑凉寒，何时何处不与冷热相关?本章就开始学习与热现象有关的知识。
在空气压缩引火仪底部放置少量的硝化棉，迅速压下筒中的活塞，可以观察到硝化棉燃烧的火苗。为什么筒底的硝化棉会被，点燃呢?你能解释这个现象吗?
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。
经过长期的探索找到了，改变系统的热力学状态的方法：
1818年12月24日生于英国曼彻斯特，起初研究电学和磁学。1840年在英国皇家学会上宣布了电流通过导体产生热量的定律，即焦耳定律。焦耳测量了热与机械功之间的当量关系——热功当量，为热力学第一定律和能量守恒定律的建立奠定了实验基础。
焦耳（James Presctt Jule，1818—1889）
重物下落时，会使搅拌器转动，搅拌器与水有摩擦，所以水温上升。
实验一：对系统做机械功
通过多次实验，焦耳发现在，在水不从外界吸热，也不向外界放热的情况下，只要重物的重力做的功mgh不变，测出的水温升高的幅度就相同。
重物下落带动发电机发电，电阻丝发热使水温上升。
如果换一种做功的形式，那结果还一样吗？
无论电流和电阻大或小，也不管通电时间长短，只要电阻丝做功W=I2Rt与重力做功mgh相等，那么水的升温幅度就相同。
这两个实验都是在水与外界没有热交换的过程中进行的。
系统不从外界吸热，也不向外界放热的过程。
做功的形式不同，但只要所做的功的数值相同，系统状态的变化是相同的。
水温升高的幅度相同，说明水的状态变化相同。
在各种不同的绝热过程中，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，不依赖于做功的具体过程和方式。
在力学中，重力做的功仅由物体的起点和终点两个位置决定，而与物体的运动路径无关。这一事实使人们认识到，物体具有重力势能。物体在两个位置间的重力势能之差等于物体在这两个位置间移动时重力所做的功。还有电场力对应于电势能也是同样道理。由此我们得出：
哪些力做功仅由物体的初态和末态决定，而与做功的过程无关？
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，这个物理量在初末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。
这个只依赖于系统自身状态的物理量，叫内能。
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一种能量，这种能量叫做系统的内能。
①宏观定义(热力学对内能的定义)
物体中所有分子的热运动动能和分子势能的总和，叫做物体的内能。
②微观定义(分子动理论对内能的定义)
上面的空气压缩引火实验就是这样的过程。在一个活塞上面放点儿棉花，猛压活塞会发现棉花热情的燃烧起来，这也就是因为活塞对气体做正功，气体温度升高内能增大，但这个系统近似于绝热状态，所以短时间内热量没法和外界交换，致使棉花燃烧。
①外界对系统做功，W>0，系统内能增加，ΔU>0。
绝热过程中，内能的变化等于外力对系统所做的功。即：∆U=U2-U1=W
2.功与内能的变化关系
取一个透明塑料瓶，向瓶内注入少量的水。将橡胶塞打孔，安装上气门嘴，再用橡胶塞把瓶口塞紧，并向瓶内打气，观察橡胶寒跳出时瓶内的变化。
②系统对外界做功，W<0，系统内能减小，ΔU<0
打气过一会儿活塞会喷出，当橡胶塞跳出时，瓶内出现白雾。
以瓶内气体为研究对象，橡胶塞跳出后，瓶内的气体迅速膨胀，系统对外做功，因此，气体的内能迅速减少，瓶内气体温度迅速下降，瓶内水蒸气液化，就会出现大量的雾状小水滴。
(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。
①若物体吸热，Q>0，则内能增加，ΔU>0
②若物体放热，Q<0，则内能减少，ΔU<0
两个温度不同的物体A、B相互接触时，温度高的物体A要降温，温度低的物体B要升温，我们说，热从高温物体A传到了低温物体B。
热量是在单纯的传热过程中系统内能变化的量度。
3.热与内能变化的关系:
在单纯的传热过程中，系统内能增量∆U等于外界向系统传递的热量Q，即∆U=Q
热量是过程量。热量的概念只有在涉及内能的转移时才有意义，不能说物体具有多少热量，只能说某一过程中物体吸收或放出了多少热量。
4.做功和传热在改变内能上的关系
内能从物体的一部分传到另一部分，或从一个物体传到另一物体。
两种方式都可以改变物体的内能，从最终结果看，两者是等效的。
其他形式的能和内能之间的转化。
做功和传热对改变物体的内能有什么区别？
1.物体的内能增加了20J，下列说法正确的是（ ）
A.一定是外界对物体做了20J的功B.一定是物体吸收了20J的热量C.一定物体分子动能增加了20JD.物体的分子平均动能可能不变
2.金属筒内装有与外界温度相同的压缩空气，打开筒的开关，筒内高压空气迅速向外逸出，待筒内外压强相等时，立即关闭开关。在外界保持恒温的条件下，经过一段较长时间后，再次打开开关，这时出现的现象是（　　）A．筒外空气流向筒内B．筒内空气流向筒外C．筒内外有空气变换，处于动态平衡，筒内空气质量不变D．筒内外无空气交换
因高压空气急剧外逸时，气体没有时间充分与外界发生热交换，可近似看成绝热膨胀过程。气体对外做功，内能减小，所以关闭开关时，筒内气体温度较外界低，再经过较长时间后，筒内外气体温度相同。对筒内剩余气体分析，属于等容升温过程，其压强要变大，大于外界气压，所以再打开开关时，筒内气体要流向筒外。故选B。
3． 0℃的水和0℃的冰相比较，以下叙述中正确的是（　　）A．水分子的平均动能大于冰分子的平均动能B．水分子的势能比冰分子的势能大C．1g0℃的水与1g0℃的冰的内能相同D．1g0℃的水与1g0℃的冰共同升高1℃，它们内能变化相同
A．0℃的水和0它的冰，由于两者都是0℃，故分子的平均动能一样大，选项A错误；B．0℃的冰熔化成同温度的水，要吸热，此过程中分子平均动能未变，则吸收的热量只能增加势能，故0℃的水分子的势能比0℃的冰分子的势能大，选项B正确；C．1g0℃的水与1g0℃的冰分子数是一样的。从以上分析可得，0℃的水分子比0℃冰分子势能大，故1g0℃的水的内能比1g0℃的冰的内能大，选项C错误；D．同上也可知1g0℃它的水与1g0℃的冰都升高1℃，它们吸收的热量不同，故它们的内能变化也不同。选项D错误。故选B。
4．一铜块和一铁块，质量相等，铜块的温度T1比铁块的温度T2高，当它们接触在一起时，如果不和外界交换能量，则( )A．从两者开始接触到热平衡的整个过程中，铜块内能的减少量等于铁块内能的增加量B．在两者达到热平衡以前的任意一段时间内，铜块内能的减少量不等于铁块内能的增加量C．在两者达到热平衡以前的任意一段时间内，铜块内能的减少量都等于铁块内能的增加量D．达到热平衡时，铜块的温度比铁块的低
5．如图所示，厚壁容器的一端通过胶塞插进一支灵敏温度计和一根气针，另一端有个用卡子卡住的可移动胶塞。用打气筒慢慢向容器内打气，使容器内的压强增大到一定程度，这时读出温度计示数。打开卡子，胶塞冲出容器口后（ ）
A．温度计示数变大，实验表明气体对外界做功，内能减少B．温度计示数变大，实验表明外界对气体做功，内能增加C．温度计示数变小，实验表明气体对外界做功，内能减少D．温度计示数变小，实验表明外界对气体做功，内能增加
6．如果气体膨胀时与外界没有热交换，这样的膨胀叫做绝热膨胀。分别讨论气体在真空中和在大气中做绝热膨胀时是否做功。如果做功，所需的能量从何而来？
气体在真空绝热膨胀的过程中，不受阻力，所以气体不做功。
气体在大气中绝热膨胀时，气体对外界做功，所需能量来自气体的内能，因此在此过程中，气体的内能要减少。