2019-2020學年高中物理 第十章 熱力學定律 1、2 功和內能 熱和內能課件 新人教版選修3-3.ppt

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第十章熱力學定律 1 2功和內能熱和內能 一 焦耳實驗閱讀教材第50頁 焦耳的實驗 部分 知道什么是絕熱過程 了解焦耳實驗的代表性實驗及實驗結論 1 實驗條件絕熱過程 系統(tǒng)只通過對外界做功或外界對它做功而與外界交換能量 它不從外界吸熱 也不向外界放熱 2 代表性實驗 1 讓重物下落帶動葉片攪拌容器中的水 引起水溫上升 2 通過電流的熱效應給水加熱 3 實驗結論在各種不同的絕熱過程中 如果使系統(tǒng)從狀態(tài)1變?yōu)闋顟B(tài)2 所需外界做功的數(shù)量是相同的 即要使系統(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狀態(tài)1 2決定 而與做功的方式無關 二 功和內能1 系統(tǒng)的內能 任何一個熱力學系統(tǒng)都必定存在一個只依賴于系統(tǒng)自身狀態(tài)的物理量 這個物理量在兩個狀態(tài)間的差別與外界在絕熱過程中對系統(tǒng)做的功相聯(lián)系 是系統(tǒng)的一種能量 我們把它稱為系統(tǒng)的內能 2 絕熱過程中做功與系統(tǒng)內能變化的關系 當系統(tǒng)從某一狀態(tài)經(jīng)過絕熱過程達到另一狀態(tài)時 內能的增加量 U就等于外界對系統(tǒng)所做的功W 即 U W 三 熱和內能1 熱傳遞 熱量從高溫物體傳到低溫物體的過程 2 實現(xiàn)熱傳遞的條件 兩物體間存在著溫度差 3 熱傳遞與系統(tǒng)內能變化的關系 系統(tǒng)在單純的傳熱過程中內能的增量 U等于外界向系統(tǒng)傳遞的熱量Q 即 U Q 4 對熱量的理解 熱量是用來衡量熱傳遞過程中內能變化多少的一個物理量 是一個過程量 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 四 熱和功的比較1 改變系統(tǒng)內能的方式 做功和熱傳遞 2 做功和熱傳遞在改變物體內能方面的區(qū)別 做功時內能與其他形式的能發(fā)生轉化 而熱傳遞只是不同物體間內能的轉移 自我檢測1 判斷正誤 對的畫 錯的畫 1 在絕熱過程中 系統(tǒng)對外界做的功等于系統(tǒng)內能的增加量 解析 在絕熱過程中 外界對系統(tǒng)做的功等于系統(tǒng)內能的增加量 系統(tǒng)對外界做的功等于系統(tǒng)內能的減少量 答案 2 功和內能都是能量轉化的量度 解析 功是能量轉化的量度 內能不是能量轉化的量度 答案 3 溫度高的物體含有的熱量多 解析 熱量是個過程量 只有當兩物體發(fā)生熱傳遞時 熱量才從一個物體轉移到另一個物體 答案 4 熱量一定從內能多的物體傳遞給內能少的物體 解析 熱傳遞的條件是兩物體存在溫度差 熱量是從溫度高的物體傳遞給溫度低的物體 答案 2 探究討論 1 教材第50頁演示實驗圖10 1 1反映了怎樣的能量轉化過程 答案 做功可以改變物體的內能 本實驗就是通過外力做功 機械能轉化為內能 筒底物品內能增加 溫度達到著火點而燃燒 2 當我們雙手靠近火源時 立即就會感受到手變熱了 冬天 當天氣冷時 我們搓搓手就會感到手暖一些 這些各是利用什么方式改變內能的 答案 靠近火源是利用熱傳遞讓手變熱 搓搓手是利用做功讓手變熱 3 兩個熱力學系統(tǒng)達到熱平衡后還發(fā)生熱傳遞嗎 它們的內能相等嗎 答案 它們達到熱平衡時溫度相同 不再發(fā)生熱傳遞 其分子的平均動能相等 但無法判斷內能是否相等 4 鋸木頭時 鋸子發(fā)熱現(xiàn)象中能量是如何轉化的 鋸木頭時鋸子發(fā)熱答案 通過做功過程使機械能轉化為內能 探究一 探究二 功和內能問題探究鉆木取火是人類最早使用火的方式 火獲得的能量是怎樣得到的 要想自己順利完成鉆木取火實驗 你覺得需要從哪些方面做準備 要點提示鉆木取火中的內能增加是通過外力做功 使機械能轉化為內能來完成的 要想實驗成功 需要尋找干燥的木材 適合的引火草絨等 探究一 探究二 知識歸納1 內能與內能的變化 1 物體的內能是指物體內所有分子的動能和勢能之和 因此 物體的內能是一個狀態(tài)量 2 當物體溫度變化時 分子的平均動能變化 物體的體積變化時 分子勢能發(fā)生變化 因此物體的內能變化只由初末狀態(tài)決定 與中間過程及方式無關 2 做功與內能變化的關系 1 做功改變物體內能的過程是其他形式的能 如機械能 與內能相互轉化的過程 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化為內能 物體的內能就增加多少 即 U W 探究一 探究二 3 功和內能的區(qū)別 1 功是能量轉化的量度 是過程量 而內能是狀態(tài)量 2 做功過程中 能量一定會發(fā)生轉化 而內能不一定變化 只有在絕熱過程中 做功才一定能引起內能的變化 3 物體的內能大 并不意味著做功多 在絕熱過程中 只有內能變化較大時 才對應著做功較多 4 判斷絕熱過程中內能變化的方法判斷氣體絕熱過程的內能變化一般情況下只需看氣體體積變化就可決定 若體積增大 氣體對外界做功 W0 即 U 0 內能增加 氣體自由膨脹時 氣體與外界相互不做功 因此這種情況下氣體體積增大沒有外界阻力 也就不需要對外界做功 探究一 探究二 典例剖析 例題1 如圖所示 一定質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 容器內裝有一可以活動的絕熱活塞 今對活塞施以一豎直向下的壓力F 使活塞緩慢向下移動一段距離后 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 壓強增大 內能減少B 溫度降低 壓強增大 內能減少C 溫度升高 壓強增大 內能增加D 溫度降低 壓強減小 內能增加 探究一 探究二 思考問題 1 絕熱容器 是什么意思 提示系統(tǒng)既不向外界傳熱 又不從外界吸熱 2 活塞緩慢向下移動一段距離時做功情況怎樣 提示外界對理想氣體做了功 解析 由F對密閉的理想氣體做正功 容器及活塞絕熱 知Q 0 由功和內能的關系知理想氣體內能增大 溫度T升高 再根據(jù) 體積V減小 壓強p增大 故選C 答案 C 探究一 探究二 分析絕熱過程的方法 1 在絕熱的情況下 若外界對系統(tǒng)做正功 系統(tǒng)內能增加 若系統(tǒng)對外界做正功 系統(tǒng)內能減少 此過程做功的多少為轉化為內能多少的量度 2 在絕熱過程中 內能和其他形式的能一樣也是狀態(tài)量 氣體的初 末狀態(tài)確定了 即在初 末狀態(tài)的內能也相應地確定了 內能的變化 U也確定了 而功是能量轉化的量度 所以 U W 即W也確定了 這也是判斷絕熱過程的一種方法 探究一 探究二 變式訓練1 多選 一物體獲得一定初速度后 沿著一粗糙斜面上滑 在上滑過程中 物體和斜面組成的系統(tǒng) A 機械能守恒B 總能量守恒C 機械能和內能增加D 機械能減少 內能增加解析 物體沿斜面上滑過程中 有摩擦力對物體做負功 所以物體的機械能減少 由能量守恒定律知 內能應增加 能量總量不變 答案 BD 探究一 探究二 熱和內能問題探究 圍爐夜話 是古代中國文人認為最有生活情趣的一種生活方式 在 圍爐 的過程中 人的身體并沒有和爐子本身發(fā)生接觸 為什么還能夠感到溫暖 現(xiàn)代取暖的方式主要是暖氣 暖氣和爐子在能量傳遞方面有什么相同點 要點提示爐子和人身體沒有發(fā)生接觸也可以感到溫暖是因為熱量可以通過熱傳導的方法向外擴散 這和暖氣的散熱方式是相同的 探究一 探究二 知識歸納溫度 內能和熱量的區(qū)別與聯(lián)系 探究一 探究二 典例剖析 例題2 多選 A B兩物體之間接觸 但沒有發(fā)生熱傳遞 則 A 兩物體所含有的熱量相等B 兩物體的內能相等C 兩物體的溫度相同D 兩物體的內能不一定相等 思考問題 1 熱傳遞發(fā)生的條件是什么 提示物體之間存在著溫度差 高溫物體放出熱量 低溫物體吸收熱量 若兩物體溫度相同 它們之間便不會發(fā)生熱傳遞 2 物體的溫度相等時 內能相等嗎 提示不一定相等 探究一 探究二 解析 處于熱平衡的兩物體溫度相等 不發(fā)生熱傳遞 物體的內能取決于物體的物質的量 溫度和體積 溫度相等 內能不一定相等 所以選項C D正確 答案 CD熱傳遞的過程分析熱量是熱傳遞過程中物體內能變化的量度 在只有熱傳遞的過程中 沒有做功 物體吸收多少熱量 它的內能就增加多少 反之 物體的內能減少多少 物體就放出多少熱量 探究一 探究二 變式訓練2關于物體的內能和熱量 下列說法中正確的是 A 熱水的內能比冷水的內能多B 溫度高的物體其熱量必定多 內能必定大C 在熱傳遞過程中 內能大的物體其內能將減小 內能小的物體其內能將增大 直到兩物體的內能相等D 熱量是熱傳遞過程中內能轉移的量度解析 物體的內能由溫度 體積及物體的質量決定 不是只由溫度決定 故A B錯 在熱傳遞過程中 熱量由高溫物體傳給低溫物體 而與物體的內能大小無關 所以完全有可能是內能大的物體內能繼續(xù)增大 內能小的物體內能繼續(xù)減小 故C項錯 關于熱量的論述 D項是正確的 答案 D 1 2 3 4 5 1 多選 在一個絕熱汽缸里 若因氣體膨脹 活塞把重物逐漸舉高 則在這個過程中 汽缸中的氣體 可視為理想氣體 A 溫度升高B 溫度降低C 內能增加D 內能減少解析 汽缸絕熱 封閉氣體膨脹對活塞做功 氣體的內能減少 理想氣體的內能只與氣體的溫度有關 可知氣體內能減少 溫度降低 故B D兩項正確 答案 BD 1 2 3 4 5 2 關于熱傳遞 下列說法正確的是 A 熱傳遞是高溫物體的溫度傳給低溫物體B 并不接觸的物體之間不會發(fā)生熱傳遞C 比熱容相同的物體之間不會發(fā)生熱傳遞D 溫度相同的物體之間不會發(fā)生熱傳遞解析 熱傳遞實質是內能從高溫物體轉移到低溫物體 傳遞的不是溫度 傳遞的是熱量 A項錯誤 不接觸的物體之間可以通過熱輻射的方式進行熱傳遞 B項錯誤 熱量總是從溫度高的物體傳遞給溫度低的物體 和物體的比熱容沒有關系 C項錯誤 溫度相同的物體之間不存在溫度差 不會發(fā)生熱傳遞 D項正確 答案 D 1 2 3 4 5 3 關于溫度 熱量 內能 以下說法正確的是 A 一個鐵塊的溫度升高 其內能增大B 物體吸收熱量 其溫度一定升高C 溫度高的物體比溫度低的物體含有的熱量多D 溫度總是從物體熱的部分傳遞至冷的部分解析 選項B中 物體吸收熱量 溫度不一定就升高 例如晶體熔化 液體沸騰這些過程 選項C中熱量是在熱傳遞過程中傳遞能量的多少 是過程量 因此不能說物體含有熱量 選項D中 在熱傳遞的過程中 傳遞的是能量 不是溫度 溫度變化是能量變化的表象 答案 A 1 2 3 4 5 4 下列各事例通過熱傳遞改變物體內能的是 A 車床上車刀切削工件后發(fā)熱B 擦火柴時火柴頭溫度升高C 用肥皂水淋車刀后車刀降溫D 搓搓手就會覺得手發(fā)熱解析 車床上車刀切削工件后發(fā)熱 擦火柴時火柴頭溫度升高 搓搓手就會覺得手發(fā)熱都是通過做功改變物體內能 用肥皂水淋車刀后車刀降溫是通過熱傳遞改變物體內能的 選項C正確 答案 C 1 2 3 4 5 5 如圖所示 瓶內裝有少量的水 瓶口已塞緊 水上方空氣中有水蒸氣 用打氣筒向瓶內打氣 當塞子從瓶口跳出時 瓶內出現(xiàn) 白霧 這一現(xiàn)象產(chǎn)生的原因可以用下面三句話解釋 甲 水蒸氣凝結成小水珠 乙 瓶內氣體推動瓶塞做功 內能減小 丙 溫度降低 三句話正確的順序是 A 甲 乙 丙B 乙 丙 甲C 丙 甲 乙D 乙 甲 丙解析 根據(jù)題意因果順序的進程為 空氣推動瓶塞做功 空氣內能減小 瓶內空氣溫度降低 瓶內水蒸氣液化成小水珠即 白霧 而瓶塞跳起的原因是用打氣筒往瓶內打氣使氣體壓強增大所致 答案 B