物理人教版（2019）选择性必修第三册3.1功、热和内能的改变（共18张ppt）

(共18张PPT)
1、了解焦耳的两个实验.
2、知道做功和热传递是改变内能的两种方式，能正确区分两者的异同点.
3、理解内能与功、热量的关系.
学习目标
3.1功、热和内能的改变
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。
冬天搓手可使双手变暖；向手吹气也可使双手变暖
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
绝热过程：
焦耳实验是一个需要在绝热过程中完成的实验
系统只由于外界对它做功而与外界交换能量它不从外界吸热，也不向外界放热，这样的过程叫绝热过程
1、实验1：
一、焦耳的实验
焦耳热功当量实验装置——对系统做机械功
（1）实验装置：用绝热性能良好的材料制作容器，容器中安装着叶片组成的搅拌器。
（2）实验原理：重物下落时带动叶片转动，搅拌容器中的水，水由于摩擦而温度上升。
（3）实验结论：多次实验测量表明，尽管各次悬挂重物的质量不同，下落的高度也不一样，但只要重力所做的功相同，容器内水温上升的数值都是相同的，即系统状态的变化是相同的。
焦耳热功当量实验装置——对系统做电功
2、实验2
（1）实验装置：（如左图）
（2）实验原理：让正在下降的重物带动发电机发电，电流通过浸在液体中的电阻丝，由电流的热效应给液体加热，使液体温度上升。
（3）实验结论：多次实验结果表明，对于同一个系统，如果过程是绝热的，那么不管通过电阻丝的电流或大或小、通电时间或长或短，只要所做的电功相等，则系统温度上升的数值是相同的，即系统的状态就发生了同样的变化。
综上所述：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，在各种不同的绝热过程中，要使系统状态发生变化，做功的数量只由始末两个状态决定，而与做功方式无关，也就是不依赖于做功的具体过程和方式。
3、焦耳的实验结论
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。我们把这个物理量称为系统的内能。
1.在热力学系统的绝热过程中，当系统从状态1经过绝热过程达到状态2时
二、功与内能的改变
ΔU=U2-U1=W
2.在绝热过程中，外界对系统做功，系统的内能增加；系统对外做功，系统的内能减少。
新课讲授
做功与气体体积变化的关系
压缩气体
V减小
外界对气体做功
绝热
U增加
气体不自
由膨胀
V增加
气体对外界做功
绝热
U减小
气体自
由膨胀
V增加
气体对外界不做功
绝热
U不变
K
气体A
非真空
K
气体A
真空B
K
气体A
三、热与内能的改变
烧水的过程
烧烤的过程
三、热与内能的改变
1、当对系统单纯传热过程中，热量是系统内能变化的量度。当系统从状态1 经过单纯的传热达到状态2时：
ΔU=U2-U1=Q
3、改变内能的三种热传递方式：
热传导、热对流、热辐射。
2、在没有做功过程中，系统从外界吸收热量，系统的内能增加；系统向外做放出热量，系统的内能减少。
从宏观看，温度表示的是物体的冷热程度；从微观看，温度反映了分子热运动的激烈程度，是分子平均动能的标志。物体的温度升高，其内能一定增加。但向物体传递热量，物体的内能却不一定增加(可能同时对外做功)。
内能与温度
热量与温度
热量是系统的内能变化的量度，而温度是系统内大量分子做无规则运动剧烈程度的标志。
热传递的前提条件是两个系统之间要有温度差，传递的是热量而不是温度。
【特别提醒】只要存在温度差，热传递过程就会进行，与原来物体内能的多少大小无关。热传递过程能量可以由内能大的物体传到内能小的物体上，也可以由内能小的物体传到内能大的物体上。
1、改变内能的两种方式
（1）做功
知识要点归纳总结：
外界对物体做功，内能增加；物体对外界做功，内能减少
（2）热传递
物体从外界吸热，内能增加；物体对外界放热，内能减少
2、做功和热传递改变内能的区别
（1）量度的方式不同：
①做功使物体内能发生改变，内能的改变就用做功的数值来量度。
②热传递使物体的内能发生改变，内能的改变用热量来量度。
（2）内能改变的本质不同：
①做功使物体的内能改变，是其他形式的能量和内能之间的转化（不同形式能量间的转化）
②热传递使物体的内能改变，是物体间内能的转移（同种形式能量的转移）
比较项目 做功 热传递
内能变化 外界对物体做功，物体的内能增加；物体对外界做功，物体的内能减少 物体吸收热量，内能增加；物体放出热量，内能减少
物理实质 其他形式的能（机械能、电能等）与内能之间的转化（不同形式能量间的转化） 不同物体间或同一物体不同部分之间内能的转移（同种形式能量的转移）
相互联系 做一定量的功或传递一定量的热量在改变内能的效果上是相同的 （做功和热传递在改变物体的内能上是等效的）
做功和热传递的区别
练习、下列改变物体内能的物理过程中，属于对物体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
课堂练习
练习、（多选）下列关于内能的说法正确的是（ ）
A.物体吸收热量，内能一定增加
B.物体放出热量，内能一定减少
C.当做功和热传递同时存在时，物体的内能可能不变
D.物体对外做功，内能可能增加
CD
练习、（多选）下列关于热量的说法，正确的是（ ）
A.温度高的物体含有的热量多
B.内能多的物体含有的热量多
C.热量、功和内能的单位相同
D.热量和功都是过程量，而内能是一个状态量
CD
练习、（多选）如图为焦耳实验装置示意图，用绝热性能良好的材料制作容器，重物下落时带动叶片转动，搅拌容器里的水，引起水温升高，关于这个实验，下列正确的是（　　）
A．该装置可测定做功和内能变化的关系
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
AC
课堂练习
练习、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。今对活塞施加一竖直向下的压力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力，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