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人教版 (2019)选择性必修 第三册第三章 热力学定律1 功、热和内能的改变说课课件ppt
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这是一份人教版 (2019)选择性必修 第三册第三章 热力学定律1 功、热和内能的改变说课课件ppt，共43页。PPT课件主要包含了课前·基础认知，课堂·重难突破，素养·目标定位，随堂训练，素养•目标定位，目标素养，知识概览，ACD等内容，欢迎下载使用。
1.通过焦耳的两个实验,知道什么是绝热过程,理解做功与内能改变的数量关系。2.知道热传递的热量与内能变化的关系。3.知道做功和热传递是改变内能的两种方式,且对改变系统内能是等效的。4.掌握内能、功、热量、温度四个物理量的区别和联系。
一、焦耳的实验1.绝热过程:系统不从外界 吸热 ,也不向外界 放热 ,这样的过程叫作绝热过程。
2.代表性实验。(1)两个实验的比较。
(2)实验结论:在各种不同的绝热过程中,如果使系统从状态1变为状态2,所需外界做功的数量是相同的。也就是说,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1、2决定,而与做功的 方式 无关。
微探究1 下图是古人钻木取火的假想图,在钻木取火的过程中,为什么木块能够冒烟并最终能够生火,试从物理学角度进行解释。提示:钻木取火的过程是对木块进行做功的过程,木块内能的增加来源于外界对木块做的功。
二、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 系统自身 状态的物理量,这个物理量在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。鉴于功是能量变化的量度,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。 2.功和内能:在绝热过程中,外界对系统做的功等于系统内能的增加量,即 W=ΔU 。
微判断 (1)系统只从外界吸热,而不向外界放热的过程就是绝热过程。( )(2)在绝热过程中,外界对系统做多少功,内能就能增加多少。( )(3)擦划火柴,火柴头着火,是通过做功改变了物体的内能。( )(4)电流通过导体,导体发热,是通过做功改变了物体的内能。( )
三、 热与内能的改变1.热量:它是在单纯的传热过程中系统内能变化的量度。2.热和内能改变的关系:在单纯的传热的过程中,当系统从状态1达到状态2时,内能的变化量ΔU=U2-U1= Q 。
微探究2 某同学做了一个小实验:先把空的烧瓶放入冰箱冷冻,一小时后取出烧瓶,并迅速把一个气球紧密地套在瓶颈上,然后将烧瓶放进盛满热水的桶里,气球逐渐膨胀起来。(1)烧瓶内空气的内能增加了还是减少了?(2)请解释气球膨胀的原因。提示:(1)增加了。(2)由于热水的温度较高,将烧瓶放进盛满热水的桶里,气体吸收热量,内能增加,温度升高,体积增大,逐渐膨胀起来。
重难归纳1.内能:物体的内能是指物体内所有分子的平均动能和分子势能之和。(1)在微观上由分子数、分子热运动的剧烈程度和相互作用力决定,宏观上体现为物体的温度和体积,因此物体的内能是一个状态量。
一 对功与内能改变的理解
(2)在系统不吸热也不放热的绝热过程中,状态发生的变化是由于做功造成的,伴随的能量转化是外界的能量与系统自身的能量发生了转化,系统自身的能量称为内能。(3)造成系统内能变化的量与做功方式无关,与做功的数量有关。(4)内能是状态量,由物体的状态、温度、体积、质量决定。
2.(1)做功与内能变化的关系:当系统从某一状态经过绝热过程达到另一状态时,内能的增加量ΔU就等于外界对系统所做的功W,用公式表示为ΔU=U2-U1=W。(2)系统内能的改变量ΔU只与初、末状态的内能U1和U2有关,与做功的过程、方式无关。(3)功和内能的区别。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,只有变化较大时,对应着做功较多。
打气筒是日常生活中的工具,当我们用打气筒给自行车打气的时候,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?如何解释?提示:外壳温度升高。打气过程中,压缩气体做功,使系统的内能增加,温度升高。
典例剖析如图所示,柱形容器内封有一定质量的空气,质量为m的光滑活塞与容器都用良好的隔热材料制成。另有质量为m0的物体从活塞上方的A点自由下落到活塞上,并随活塞一起到达最低点B而静止。在这一过程中,下述空气内能的改变量ΔU、外界对气体所做的功W与物体及活塞的重力势能的变化关系正确的是( )A.m0gh+mgΔh=ΔU+WB.ΔU=W,W=m0gh+mgΔhC.ΔU=W,W
学以致用(多选)下图为焦耳实验装置图,用绝热性能良好的材料将容器包好,重物下落带动叶片搅拌容器里的水,引起水温升高。关于这个实验,下列说法正确的是( )A.这个装置可测定重物机械能的改变与水的内能改变的比值B.做功增加了水的热量C.做功增加了水的内能D.功和热量是完全等价的,无区别
解析:将做功过程和吸热过程在同等条件下比较,可测出重物机械能的改变与水的内能改变的比值,故选项A正确;做功增加了水的内能,热量只是热传递过程中内能改变的量度,故选项B错误,C正确;功是能量转化的量度,而热量是热传递过程中内能转移的量度,可见功和热量含义是不同的,选项D错误。
重难归纳1.热传递。(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,叫作热传递。(2)热传递的三种方式:热传导、热对流和热辐射。2.热传递的实质。热传递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。
二 对热与内能改变的理解
3.传递的热量与内能改变的关系。(1)在单纯热传递中,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)在单纯热传递中,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.改变内能的两种方式的比较。
“围炉夜话”是古代中国文人认为非常有生活情趣的一种活动。在“围炉”的过程中,人的身体并没有和炉子本身发生接触,为什么还能够感到温暖?现代取暖的方式主要是暖气,暖气和炉子在能量传递方面有什么相同点?提示:炉子和人身体没有发生接触也可以感到温暖是因为热量可以通过热传递向外扩散,这和暖气的散热方式是相同的。
典例剖析(多选)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,两者的温度相等
解析:热平衡条件是温度相等,热传递的方向是从温度高的物体传向温度低的物体。在热传递过程中高温物体放出的热量等于低温物体吸收的热量,因此选项A、C、D正确,B错误。规律总结 热量和内能的关系 1.热量的概念只有在涉及能量的传递时才有意义,因此不能说物体具有多少热量,只能说物体吸收或放出了多少热量。 2.在系统与外界只发生热传递时,系统吸收多少热量,系统内能就增加多少;系统放出多少热量,系统内能就减少多少。
学以致用关于物体的内能和热量,下列说法正确的有( )A.热水的内能比冷水的内能多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.在热传递过程中,热量从高温物体传递到低温物体,直到两物体的温度相同为止答案:D
解析:物体的内能由温度、体积及物体的质量决定,不是只由温度决定,故选项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增大,内能小的物体内能减小,故选项C错误,D正确。
1.关于热传递,下列说法正确的是( )A.热传递是温度的传递B.物体的内能发生了改变,一定是吸收或放出了热量C.热传递可以在任何情况下进行D.物体间存在着温度差,才能发生热传递答案:D
解析:热传递的实质是能量的传递,故选项A错误;物体的内能发生了改变,可能是由于发生了热传递,也可能是由做功导致的,故选项B错误;热传递必须在有温度差的情况下进行,故选项C错误;物体间存在着温度差,才能发生热传递,故选项D正确。
2.对内能的理解,下列说法正确的是( )A.系统的内能是由系统的状态决定的B.做功可以改变系统的内能,但是单纯地对系统传热不能改变系统的内能C.不计分子之间的分子势能,质量和温度相同的氢气和氧气具有相同的内能D.1 g 100 ℃水的内能大于1 g 100 ℃水蒸气的内能答案:A
解析:系统的内能是一个只依赖于系统自身状态的物理量,所以是由系统的状态决定的,故选项A正确;做功和热传递都可以改变系统的内能,故选项B错误;质量和温度相同的氢气和氧气的分子平均动能相同,但它们的物质的量不同,内能不同,故选项C错误;在1 g 100 ℃的水变成100 ℃水蒸气的过程中,分子间距离变大,要克服分子间的引力做功,分子势能增大,所以1 g 100 ℃水的内能小于1 g 100 ℃水蒸气的内能,故选项D错误。
3.对于热量、功和物体的内能这三个物理量,下列叙述正确的是( )A.热量、功、内能三者的物理意义相同B.热量和功都可以作为物体内能的量度C.热量、功、内能的单位肯定不相同D.热量和功是由过程决定的,而内能是由物体的状态决定的答案:D
解析:热量、功和内能是三个不同的物理量,它们的物理意义不同,故选项A错误;功与热量都是能量转化的量度,都可以作为物体内能变化的量度,但不是物体内能的量度,故选项B错误;热量、功和内能的单位相同,都是焦耳,故选项C错误;功和热量是由过程决定的,内能是由物体的状态决定的,故选项D正确。
4.(多选)关于物体内能,下列说法正确的是( )A.将物体举高或使它们的速度增大,是利用做功来使物体内能增大的B.阳光照晒衣服,衣服的温度升高,是利用热传递来改变物体内能的C.物体在空中自由下落是用做功来增加物体内能的D.拉弯的弓把箭射出去,箭在空气中飞行的过程中,内能增加答案:BD
解析:将物体举高或使它们的速度增大,是利用做功来使物体机械能增大的,与内能无关,故选项A错误。阳光照晒衣服,衣服的温度升高,是利用热传递来改变物体内能的,故选项B正确。物体在空中自由下落,重力做功,增加动能,与内能无关,故选项C错误。拉弯的弓把箭射出去,箭在空气中飞行的过程中,克服空气阻力做功,内能增加,故选项D正确。
1.通过焦耳的两个实验,知道什么是绝热过程,理解做功与内能改变的数量关系。2.知道热传递的热量与内能变化的关系。3.知道做功和热传递是改变内能的两种方式,且对改变系统内能是等效的。4.掌握内能、功、热量、温度四个物理量的区别和联系。
一、焦耳的实验1.绝热过程:系统不从外界 吸热 ,也不向外界 放热 ,这样的过程叫作绝热过程。
2.代表性实验。(1)两个实验的比较。
(2)实验结论:在各种不同的绝热过程中,如果使系统从状态1变为状态2,所需外界做功的数量是相同的。也就是说,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1、2决定,而与做功的 方式 无关。
微探究1 下图是古人钻木取火的假想图,在钻木取火的过程中,为什么木块能够冒烟并最终能够生火,试从物理学角度进行解释。提示:钻木取火的过程是对木块进行做功的过程,木块内能的增加来源于外界对木块做的功。
二、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 系统自身 状态的物理量,这个物理量在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。鉴于功是能量变化的量度,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。 2.功和内能:在绝热过程中,外界对系统做的功等于系统内能的增加量,即 W=ΔU 。
微判断 (1)系统只从外界吸热,而不向外界放热的过程就是绝热过程。( )(2)在绝热过程中,外界对系统做多少功,内能就能增加多少。( )(3)擦划火柴,火柴头着火,是通过做功改变了物体的内能。( )(4)电流通过导体,导体发热,是通过做功改变了物体的内能。( )
三、 热与内能的改变1.热量:它是在单纯的传热过程中系统内能变化的量度。2.热和内能改变的关系:在单纯的传热的过程中,当系统从状态1达到状态2时,内能的变化量ΔU=U2-U1= Q 。
微探究2 某同学做了一个小实验:先把空的烧瓶放入冰箱冷冻,一小时后取出烧瓶,并迅速把一个气球紧密地套在瓶颈上,然后将烧瓶放进盛满热水的桶里,气球逐渐膨胀起来。(1)烧瓶内空气的内能增加了还是减少了?(2)请解释气球膨胀的原因。提示:(1)增加了。(2)由于热水的温度较高,将烧瓶放进盛满热水的桶里,气体吸收热量,内能增加,温度升高,体积增大,逐渐膨胀起来。
重难归纳1.内能:物体的内能是指物体内所有分子的平均动能和分子势能之和。(1)在微观上由分子数、分子热运动的剧烈程度和相互作用力决定,宏观上体现为物体的温度和体积,因此物体的内能是一个状态量。
一 对功与内能改变的理解
(2)在系统不吸热也不放热的绝热过程中,状态发生的变化是由于做功造成的,伴随的能量转化是外界的能量与系统自身的能量发生了转化,系统自身的能量称为内能。(3)造成系统内能变化的量与做功方式无关,与做功的数量有关。(4)内能是状态量,由物体的状态、温度、体积、质量决定。
2.(1)做功与内能变化的关系:当系统从某一状态经过绝热过程达到另一状态时,内能的增加量ΔU就等于外界对系统所做的功W,用公式表示为ΔU=U2-U1=W。(2)系统内能的改变量ΔU只与初、末状态的内能U1和U2有关,与做功的过程、方式无关。(3)功和内能的区别。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,只有变化较大时,对应着做功较多。
打气筒是日常生活中的工具,当我们用打气筒给自行车打气的时候,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?如何解释?提示:外壳温度升高。打气过程中,压缩气体做功,使系统的内能增加,温度升高。
典例剖析如图所示,柱形容器内封有一定质量的空气,质量为m的光滑活塞与容器都用良好的隔热材料制成。另有质量为m0的物体从活塞上方的A点自由下落到活塞上,并随活塞一起到达最低点B而静止。在这一过程中,下述空气内能的改变量ΔU、外界对气体所做的功W与物体及活塞的重力势能的变化关系正确的是( )A.m0gh+mgΔh=ΔU+WB.ΔU=W,W=m0gh+mgΔhC.ΔU=W,W
学以致用(多选)下图为焦耳实验装置图,用绝热性能良好的材料将容器包好,重物下落带动叶片搅拌容器里的水,引起水温升高。关于这个实验,下列说法正确的是( )A.这个装置可测定重物机械能的改变与水的内能改变的比值B.做功增加了水的热量C.做功增加了水的内能D.功和热量是完全等价的,无区别
解析:将做功过程和吸热过程在同等条件下比较,可测出重物机械能的改变与水的内能改变的比值,故选项A正确;做功增加了水的内能,热量只是热传递过程中内能改变的量度,故选项B错误,C正确;功是能量转化的量度,而热量是热传递过程中内能转移的量度,可见功和热量含义是不同的,选项D错误。
重难归纳1.热传递。(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,叫作热传递。(2)热传递的三种方式:热传导、热对流和热辐射。2.热传递的实质。热传递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。
二 对热与内能改变的理解
3.传递的热量与内能改变的关系。(1)在单纯热传递中,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)在单纯热传递中,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.改变内能的两种方式的比较。
“围炉夜话”是古代中国文人认为非常有生活情趣的一种活动。在“围炉”的过程中,人的身体并没有和炉子本身发生接触,为什么还能够感到温暖?现代取暖的方式主要是暖气,暖气和炉子在能量传递方面有什么相同点?提示:炉子和人身体没有发生接触也可以感到温暖是因为热量可以通过热传递向外扩散,这和暖气的散热方式是相同的。
典例剖析(多选)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,两者的温度相等
解析:热平衡条件是温度相等,热传递的方向是从温度高的物体传向温度低的物体。在热传递过程中高温物体放出的热量等于低温物体吸收的热量,因此选项A、C、D正确,B错误。规律总结 热量和内能的关系 1.热量的概念只有在涉及能量的传递时才有意义,因此不能说物体具有多少热量,只能说物体吸收或放出了多少热量。 2.在系统与外界只发生热传递时,系统吸收多少热量,系统内能就增加多少;系统放出多少热量,系统内能就减少多少。
学以致用关于物体的内能和热量,下列说法正确的有( )A.热水的内能比冷水的内能多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.在热传递过程中,热量从高温物体传递到低温物体,直到两物体的温度相同为止答案:D
解析:物体的内能由温度、体积及物体的质量决定,不是只由温度决定,故选项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增大,内能小的物体内能减小,故选项C错误,D正确。
1.关于热传递,下列说法正确的是( )A.热传递是温度的传递B.物体的内能发生了改变,一定是吸收或放出了热量C.热传递可以在任何情况下进行D.物体间存在着温度差,才能发生热传递答案:D
解析:热传递的实质是能量的传递,故选项A错误;物体的内能发生了改变,可能是由于发生了热传递,也可能是由做功导致的,故选项B错误;热传递必须在有温度差的情况下进行,故选项C错误;物体间存在着温度差,才能发生热传递,故选项D正确。
2.对内能的理解,下列说法正确的是( )A.系统的内能是由系统的状态决定的B.做功可以改变系统的内能,但是单纯地对系统传热不能改变系统的内能C.不计分子之间的分子势能,质量和温度相同的氢气和氧气具有相同的内能D.1 g 100 ℃水的内能大于1 g 100 ℃水蒸气的内能答案:A
解析:系统的内能是一个只依赖于系统自身状态的物理量,所以是由系统的状态决定的,故选项A正确;做功和热传递都可以改变系统的内能,故选项B错误;质量和温度相同的氢气和氧气的分子平均动能相同,但它们的物质的量不同,内能不同,故选项C错误;在1 g 100 ℃的水变成100 ℃水蒸气的过程中,分子间距离变大,要克服分子间的引力做功,分子势能增大,所以1 g 100 ℃水的内能小于1 g 100 ℃水蒸气的内能,故选项D错误。
3.对于热量、功和物体的内能这三个物理量,下列叙述正确的是( )A.热量、功、内能三者的物理意义相同B.热量和功都可以作为物体内能的量度C.热量、功、内能的单位肯定不相同D.热量和功是由过程决定的,而内能是由物体的状态决定的答案:D
解析:热量、功和内能是三个不同的物理量,它们的物理意义不同,故选项A错误;功与热量都是能量转化的量度,都可以作为物体内能变化的量度,但不是物体内能的量度,故选项B错误;热量、功和内能的单位相同,都是焦耳,故选项C错误;功和热量是由过程决定的,内能是由物体的状态决定的,故选项D正确。
4.(多选)关于物体内能,下列说法正确的是( )A.将物体举高或使它们的速度增大,是利用做功来使物体内能增大的B.阳光照晒衣服,衣服的温度升高,是利用热传递来改变物体内能的C.物体在空中自由下落是用做功来增加物体内能的D.拉弯的弓把箭射出去,箭在空气中飞行的过程中,内能增加答案:BD
解析:将物体举高或使它们的速度增大,是利用做功来使物体机械能增大的,与内能无关,故选项A错误。阳光照晒衣服,衣服的温度升高,是利用热传递来改变物体内能的,故选项B正确。物体在空中自由下落,重力做功,增加动能,与内能无关,故选项C错误。拉弯的弓把箭射出去,箭在空气中飞行的过程中,克服空气阻力做功,内能增加,故选项D正确。
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