新教材2023_2024学年高中物理第3章热力学定律1.功热和内能的改变课件新人教版选择性必修第三册

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第三章1.功、热和内能的改变1.了解焦耳的两个实验的原理,知道做功和传热的实质。(物理观念)2.知道做功和传热是改变内能的两种方式,理解做功和传热对改变系统内能是等效的,明确两种方式的区别。(物理观念)3.明确内能、功、热量、温度四个物理量的区别和联系。(物理观念)基础落实·必备知识全过关重难探究·能力素养全提升目录索引 学以致用·随堂检测全达标基础落实·必备知识全过关一、功和内能1.焦耳的实验(1)绝热过程:系统不从外界　　　　,也不向外界　　　　的过程。 (2)代表性实验①重物下落带动叶片搅拌容器中的水,引起水温　　　　; ②通过电流的　　　　给水加热。 (3)实验结论:要使系统状态通过绝热过程发生变化,做功的数量只由过程始末两个状态决定,而与做功的　　　　无关。 吸热 放热上升热效应方式2.功与内能的改变(1)内能:任何一个热力学系统都必定存在一个只依赖于系统___________　　　　　　的物理量,这个物理量在两个状态间的差别与外界在　　　　过程中对系统所做的功相联系。鉴于功是能量　　　　的量度,所以这个物理量必定是系统的一种能量,我们把它称为系统的内能。 状态量 (2)功和内能:在绝热过程中,系统内能的变化量等于外界对系统做的功,即　　 　　。 过程量 与做功方式无关 自身状态　绝热变化ΔU=W 二、热与内能的改变1.传热(1)条件:物体的温度不同。(2)定义:两个　　　　　不同的物体相互接触时,温度高的物体要降温,温度低的物体要升温,　　　　　从高温物体传到了低温物体。 2.热和内能(1)热量:它是在单纯的传热过程中系统　　　　变化的量度。 (2)表达式:　　 　　。 温度热内能ΔU=Q (3)传热与做功在改变系统内能上的异同:①做功和传热都能引起系统　　　　的改变。②做功时是内能与其他形式的能发生　　　　;传热只是不同物体(或一个物体的不同部分)之间　　　　　　　　。 两种方式改变内能的效果是等效的 内能转化内能的转移情境链接如图是古人钻木取火的假想图,在钻木取火的过程中,为什么木棍能够冒烟并最终生火?请从物理学角度进行解释。提示 钻木取火的过程是通过外力对木棍做功,使木棍内能增加,温度达到着火点而燃烧。教材拓展阅读教材P48做一做,想一下橡胶塞跳出时气体的吸放热情况和做功情况分别是什么?提示 因为气体喷出的时间很短,气体与外界来不及发生热传递;气体膨胀,对外做功。易错辨析(1)某一系统经历绝热过程时,只要初、末状态相同,则做功数量也一定相同。(　　)(2)在绝热过程中,做功方式不同会直接影响系统状态变化的最终结果。(　　)(3)在绝热过程中,系统对外界做的功等于系统内能的增加量。(　　)√ × 提示在绝热过程中,只要做功的大小相同,做功方式(机械功、电功等)不同,不会影响系统状态变化的最终结果。× 提示在绝热过程中,系统对外界做功会引起内能的减小,所做功的数值就等于系统内能的减小量。(4)外界对物体做功多,就意味着物体的内能大。(　　)(5)温度高的物体含有的热量多。(　　)(6)热量一定从内能多的物体传递给内能少的物体。(　　)× 提示外界对物体做功,会引起内能的变化,做功越多,内能变化越大,物体的初或末态的内能不一定大。× 提示热量是与传热过程对应的物理量,不能说温度高的物体热量多。 × 提示传热的条件是两个物体间有温度差,热量从温度高的物体传给温度低的物体,而物体的内能是由物质的量、温度、体积决定的,温度高的物体的内能不一定大。重难探究·能力素养全提升探究点一　功与内能的改变打气筒是日常生活中的一种工具,当我们用打气筒给自行车打气时,就是在克服气体压力和摩擦力做功。打气的过程中你试着去摸一下打气筒的外壳,有什么感觉?这是怎么回事呢?要点提示 外壳发热;做功的过程是能量转化的过程,做功使得系统的内能增加了,所以温度升高。1.焦耳的实验(1)焦耳两个实验的比较(2)实验结论:焦耳的实验表明,要使系统状态通过绝热过程发生变化,做功的多少只由过程的始末两个状态决定,而与做功的方式无关。2.内能与内能的变化(1)物体的内能是指物体内所有分子的动能和分子势能之和。物体的内能是一个状态量。(2)物体的内能变化是指末态的内能与初态的内能之差,只由初、末状态决定,与中间过程及方式无关。“末减初” 3.做功与内能变化的关系(1)做功改变物体内能的过程是其他形式的能(如机械能)与内能相互转化的过程。(2)在绝热过程中,系统内能的变化量等于外界对系统所做的功。即①在绝热过程中,外界对系统做多少功,就有多少其他形式的能转化为内能,系统的内能就增加多少,即ΔU=W外。②在绝热过程中,系统对外界做多少功,就有多少内能转化为其他形式的能,系统的内能就减少多少,即-ΔU=W。4.功和内能的区别(1)功是能量转化的量度,是过程量,而内能是状态量。(2)做功过程中,能量一定会发生转化,而内能不一定变化,只有在绝热过程中,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,才对应着做功较多。特别提示　外界对某一系统做功时,系统的内能不一定增加,还要看该系统有没有吸热或放热,以及吸热或放热的多少。【例1】 如图所示,一定质量的理想气体密封在绝热(即与外界不发生热交换)容器中,容器内装有一可以活动的绝热活塞。今对活塞施以一竖直向下的压力F,使活塞缓慢向下移动一段距离后,气体的体积减小。若忽略活塞与容器壁间的摩擦,则被密封的气体(　　)A.温度升高,压强增大,内能减少B.温度降低,压强增大,内能减少C.温度升高,压强增大,内能增加D.温度降低,压强减小,内能增加C解析 由F通过活塞对密闭的理想气体做正功,容器及活塞绝热,知Q=0,由功和内能的关系知理想气体内能增大,温度T升高,再根据 =C,体积V减小,压强p增大,故C正确。1.如图所示,在紫铜管内滴入乙醚,盖紧管塞,乙醚变为气体。用手拉住绳子两端迅速往复拉动,管塞会被冲开。管塞被冲开前(　　)A.外界对管内气体做功,气体内能增大B.管内气体对外界做功,气体内能减小C.管内气体内能不变,压强变大D.管内气体内能增大,压强变大D解析 绳与紫铜管间的摩擦力做功,使管壁内能增大,温度升高。通过传热,乙醚的内能增大,温度升高。管塞被冲开前管内气体内能增大,压强变大。选项D正确。探究点二　热与内能的改变如图是传热的三种方式——热传导、热对流和热辐射。(1)这三种方式在传递能量时有什么共同点?要点提示 三种方式都是热量从一个物体传递到另一个物体。 (2)传热和做功都可以改变物体的内能,这两种方式在改变物体内能时本质上有什么不同? 要点提示 传热是内能在物体间(或一个物体的不同部分之间)转移,做功是其他形式的能和内能之间的转化。1.传热(1)热量从高温物体传递到低温物体,或从物体的高温部分传递到低温部分,叫作传热。(2)传热的三种方式:热传导、热对流和热辐射。2.传热的实质传热实质上传递的是能量,结果是改变了系统的内能。传递能量的多少用热量来量度。3.传递的热量与内能改变的关系(1)在单纯传热中,系统从外界吸收多少热量,系统的内能就增加多少。即Q吸=ΔU。(2)在单纯传热中,系统向外界放出多少热量,系统的内能就减少多少。即Q放=-ΔU。4.传热具有方向性热量从高温物体传递到低温物体,或从物体的高温部分传递到低温部分,不会自发地从低温物体传递到高温物体或从物体的低温部分传递到高温部分。5.改变内能的两种方式的比较 【例2】 (2023山东临沂高二联考)关于物体的内能和热量,下列说法正确的是(　　)A.热水的内能比冷水的内能大B.温度高的物体其热量必定多,内能必定大C.在热传递过程中,内能大的物体其内能将减小,内能小的物体其内能将增大,直到两物体的内能相等D.内能相等的两个物体相互接触时,也可能发生热传递D解析 物体的内能由温度、体积、物质的量及物态决定,不是只由温度决定,A、B错误;在热传递过程中,热量由高温物体传给低温物体,而与物体的内能大小无关,所以完全有可能是内能大的物体内能继续增大,内能小的物体内能继续减小,也可以在内能相等的两物体之间进行热传递,C错误,D正确。方法技巧　温度、内能和热量的区别与联系 2.(多选)(2023广东东莞一中高二月考)下列关于热传递的说法正确的是(　　)A.热量是从含热量较多的物体传到含热量较少的物体B.热量是从温度较高的物体传到温度较低的物体C.热量是从内能较大的物体传到内能较小的物体D.热量是热传递过程中物体内能变化的量度BD解析 热量不是状态量,不能说含有或者具有多少热量,故选项A错误;在热传递的过程中热量总是由温度高的物体传递给温度低的物体,故选项B正确,C错误;热量是热传递过程中物体内能变化的量度,故选项D正确。学以致用·随堂检测全达标1231.(热传递与内能)下列过程中,通过传热来改变物体内能的有(　　)A.用锯子锯木料,锯条温度升高B.擦火柴时,火柴头燃烧起来C.搓搓手就感觉手暖和些D.阳光照射地面,地面温度升高D解析 用锯子锯木料,锯条温度升高,属于做功使物体内能增加,选项A错误;擦火柴时,火柴头燃烧起来,属于做功使物体内能增加,选项B错误;搓搓手就感觉手暖和些,属于做功使物体内能增加,选项C错误;阳光照射地面,地面温度升高,属于传热使物体内能增加,选项D正确。1232.(焦耳实验)(2023河南郑州一中高二月考)下列有关焦耳及焦耳实验的说法正确的是(　　)A.焦耳是法国物理学家,他的主要贡献是焦耳定律及热功当量B.焦耳实验中用到的容器可以用普通玻璃杯代替C.焦耳实验中的研究对象是容器中的水D.焦耳实验中要使容器及其中的水升高相同的温度,实验中悬挂重物的质量、下落的高度可以不相同,但做功必须相同D解析 焦耳是英国物理学家,A选项错误;实验的研究对象是容器及其中的水组成的绝热系统,普通玻璃杯达不到绝热要求,B、C选项错误;要使水及容器升高相同的温度即内能增加相同,则做功必须相同,D选项正确。1233.(做功与内能)如图所示,瓶内装有少量的水,瓶口已塞紧,水上方空气中有水蒸气,用打气筒向瓶内打气,当塞子从瓶口跳出时,瓶内出现“白雾”,这一现象产生的原因可以用下面三句话解释:甲:水蒸气液化成小水珠;乙:瓶内气体推动瓶塞做功;丙:内能减小,温度降低。三句话正确的顺序是(　　)A.甲、乙、丙 B.乙、丙、甲C.丙、甲、乙 D.乙、甲、丙B解析 根据题意,顺序为:空气推动瓶塞做功——空气内能减小温度降低——瓶内水蒸气液化成小水珠。