3.1 功、热和内能的改变 课件 2023-2024学年高二物理人教版（2019）选择性必修3(共19张PPT)

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第1节 功、热和内能的改变
第三章 热力学定律
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？
1.了解焦耳的两个实验原理，认识焦耳实验探究对建立热力学规律的意义。
2.会用功能关系构建内能的概念。
3.知道做功与传热在改变系统内能上的区别，并会区分热量和内能的概念。
4.理解做功与内能的改变与传热与内能的改变的关系，会解释相关的现象。
知识点一：焦耳的实验
焦耳在做热功当量实验
焦耳
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。
重物下落带动轮叶旋转，通过搅拌对绝热容器内的液体做功，使液体升温，即状态发生变化。
实验一：对系统做机械功
结论：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。
绝热过程：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，这样的过程叫做绝热过程。
实验二：对系统做电功
电流通过电热丝使绝热容器内的液体温度升高。
结论：对同一系统，在绝热过程中只要所做的电功相同，系统温度上升的数值就相同，即系统的状态变化相同。即对水做功可以改变内能。
内能：
任何一个热力学系统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。
1.如图所示是焦耳研究热与功之间关系的两个典型实验，那么从焦耳的这两个实验中可得出的结论是（　　）
A.热量可由高温物体传给低温物体
B.机械能守恒
C.在各种不同的绝热过程中，系统状态的
改变与做功方式无关，仅与做功数量有关
D.在各种不同的绝热过程中，系统状态的
改变不仅与做功方式有关，还与做功数量
有关为原来的两倍
练一练
C
知识点二：功与内能的改变
1.内能变化和做功的关系:
U=U2-U1=W
绝热过程中，内能的变化等于外力对系统所做的功。
W > 0 , U ↑ , U > 0
W < 0 , U ↓ , U < 0
2.说明
(1)内能变化只由初末状态有关，与中间做功过程及方式无关。
(2)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。
(3)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。
演示实验
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，只有内能变化较大时，对应着做功较多。
1.下列说法正确的是（　　）
A.物体放出热量，其内能一定减少
B.物体对外做功，其内能一定减少
C.物体吸收热量，同时对外做功，其内能可能增加
D.物体放出热量，同时对外做功，其内能可能不变
练一练
C
知识点三：热与内能的改变
△U＝Q
1.当系统从状态1经过单纯的传热达到状态2，内能的增量△U=U2-U1就等于外界向系统传递的热量Q，即
即在外界对系统不做功的情况下，外界传递给系统的热量等于系统内能的改变量。
2.热量是在单纯的传热过程中系统内能变化的量度。
3.像做功一样，热量的概念也只有在涉及能量的传递时才有意义。所以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。
4.物体从外界吸热，物体内能增加。物体对外界放热，物体内能减少。
5.内能与温度
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）。
6.做功和热传递的区别
(1)内能改变多少的度量方式不同。
(2)改变内能的本质不同。
(3)改变内能的效果是等效的。
1.下述各种现象中，不属于做功改变内能的是（　　）
A.锯条锯木头，锯条发烫
B.擦划火柴，火柴头着火
C.冬天对着手呵气，手变暖
D.电流通过导体，导体会发热
练一练
C
2.在给自行车轮胎打气时，会发现轮胎内气体温度升高，这是因为（　　）
A.胎内气体压强不断增大，而容积不变
B.轮胎从外界吸热
C.外界气体温度本来就高于轮胎内气体温度
D.打气时，外界不断对打气筒内的气体做功，使打气筒内的气体温度升高，然后进入轮胎内，导致轮胎内气体温度升高
D
功、热和内能的改变
焦耳的实验
功与内能的改变
热与内能的改变
绝热过程
对系统做机械功
对系统做电功
内能
U=U2-U1=W
功和内能的区别
△U＝Q
热量
内能与温度
做功和热传递的区别