3.1功、热和内能的改变 课件 (共24张PPT)

(共24张PPT)
§1 功、热和内能的改变
第三章 气体、固体和液体
选择性必修 第三册
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？
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课堂引入
1840年开始，英国物理学家焦耳进行了多种多样的实验，以求精确测定外界对系统做功和传热对于系统状态的影响，以及功与热的相互关系。这项研究工作为热力学第一定律和能量守恒定律的建立奠定了坚实的实验基础。
焦耳（James Prescott Joule，1818—1889）
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一、焦耳的实验
实验一
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。
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一、焦耳的实验
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。
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一、焦耳的实验
4.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。
3.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。
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一、焦耳的实验
实验二
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。
1.实验装置：
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一、焦耳的实验
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。
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一、焦耳的实验
焦耳的这些实验最终表明：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。
思考与讨论：在你学习过的哪些力做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？它们都与哪些能量有关？
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一、焦耳的实验
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。
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一、焦耳的实验
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
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。
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二、功与内能的改变
功转内能的实验
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二、功与内能的改变
烧水的过程
烧烤的过程
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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
2.改变内能的三种热传递方式：
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三、热与内能的改变
热对流
热传导
热辐射
改变内能的两种方式
做功
热传递
对内
对外
（外界对物体做功）
（物体对外界做功）
（物体从外界吸热）
（物体对外界放热）
吸热
放热
内能减少
内能增加
内能减少
内能增加
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课堂小结
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)做功时，内能与其他形式的能发生转化。
(2)热传递时，内能只是不同物体（或一个物体的不同部分）之间的转移。
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课堂小结
1．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
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课堂练习
【答案】D
【详解】A．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；
B．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；
C．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；
D．阳光照射地面，地面温度升高，属于热传递使物体内能增加，选项D正确；
故选D。
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课堂练习
2．关于物体的内能以及变化，以下说法正确的是（ ）
A．物体的温度改变时，其内能必定改变
B．物体对外做功，其内能不一定改变；向物体传递热量，其内能也不一定改变
C．物体对外做功，其内能必定改变，物体向外放出一定热量，其内能必定改变
D．若物体与外界不发生热交换，则物体的内能必定不改变
B
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【答案】B
【详解】A．一定质量的物体，其内能由温度和体积共同决定，物体的温度改变时，其内能不一定改变，A错误；
BC．物体对外做功的同时如果从外界吸收热量或者同时有别的物体还对它做功，那么物体的内能就不一定改变；向物体传递热量的时候，如果物体同时放热或者有别的物体对它做功，那么物体的内能也不一定改变，C错误，B正确；
D．不发生热传递的话，也可以是对外界做功或者外界对物体做功，照样可以改变物体的内能，D错误。
故选B。
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课堂练习
3．关于物体的内能，下列说法正确的是（　　 ）
A．夏天从室内冰箱里取一杯水去晒太阳，过一段时间水的温度升高，这是通过热传递的方式改变物体的内能
B．热传递可以改变物体的内能
C．做功可以改变物体的内能
D．一块0 ℃的冰熔化成0 ℃的水，内能减小
ABC
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课堂练习
【答案】ABC
【详解】A．晒太阳使温度较低的水升温，是通过热传递的方式改变物体的内能，故A正确；
B．物体吸收热量，内能增大，放出热量，内能减小，所以热传递可以改变物体的内能，故B正确；
C．物体对外做功，物体的内能减小，外界对物体做功，物体的内能增大，所以做功可以改变物体的内能，故C正确；
D．冰熔化成水，吸收热量，内能增大，故D错误。
故选ABC。
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3．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
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【答案】AC
【详解】A．该实验测定做功和内能变化的关系，故A正确；
C．该实验是绝热过程，没有热传递，水内能的改变是由于做功，故C正确；
BD．做功表示能量的转化，而热量表示热传递中内能的转移，二者有区别，故选项BD错误。
故选AC。
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