3.1功、热和内能的改变 课件(共21张PPT)-2024-2025学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册

(共21张PPT)
第三章 热力学定律
3.1 功、热和内能
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
思维拓展
在有机玻璃筒底放少量浸有乙醚的棉花，压下活塞，观察棉花的变化。
观察与思考
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。
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
焦耳实验是一个需要在绝热过程中完成的实验
焦耳热功当量实验一——机械功
一、焦耳的实验
重力做功
相同
水温上升数值相同
系统状态变化相同
焦耳热功当量实验二——电功
一、焦耳的实验
电流做的功
相同
系统温度上升数值相同
系统状态变化相同
做功方式 机械功 电功
实验条件 绝热过程 共性 外界对系统做功相同，系统温度上升数值相同， 即系统的状态发生相同的变化 一、焦耳的实验
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，而与做功的方式无关。
结论：
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一种能量，
这种能量叫做系统的内能（U）。
2、功与内能的改变：
二、功与内能的改变
绝热过程中外界对系统所做的功等于系统内能的变化量。
U = U2 - U1 = W
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。
二、功与内能的改变
（2）若系统对外界做功 (气体不自由膨胀)，W < 0，则 U < 0，系统的内能减少
（1）若外界对系统做功 (压缩气体)，W > 0，则 U > 0，系统的内能增加
二、功与内能的改变
U = U2 - U1 = W
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，只有内能变化越大时，相应地做功才越多。
功与内能的区别
二、功与内能的改变
两个温度不同的物体相互接触时温度高的物体要降温，温度低的物体要升温，我们说，热量从高温物体传到了低温物体。这样的过程叫做热传递。
发生热传递的条件
热传递过程中的特征量
三、热与内能的改变
热对流
热辐射
热传导
热传递的三种方式
三、热与内能的改变
热量：
在单纯的热传递过程中系统内能变化的量度，
离开热传递的过程讲热量没有意义，过程量。
三、热与内能的改变
三、热与内能的改变
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变化量。
△U= U2 — U1 =Q
（1）若物体吸热，Q>0，则 ΔU>0，内能增加
（2）若物体放热，Q<0，则 ΔU<0，内能减少.
1. 内能是由系统的状态决定的，状态确定，系统的内能也随之确定。
2. 热量是热传递过程中的特征物理量，热量是用来衡量物体内能变化的特征量，离开过程，热量毫无意义。
3. 对某一状态而言，只有“内能”，根本不存在“热量”和“功”。不能说一个系统中含有多少热量。
热量与内能的区别
三、热与内能的改变
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 其他形式的能与内能之间的转化 不同物体间或同一物体不同部分之间内能的转移
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 改变内能两种方式的比较
一定质量的理想气体从外界吸收100J的热量，同时外界对它做功120J，它的内能的变化是多少？
思考与讨论
如何用数学表达式表示这三个物理量的关系？
增加220J
[例1] 如图所示，一个质量为20 kg的绝热汽缸竖直放置，绝热活塞的质量为5 kg，面积为0.1 m2，处于静止状态时被封闭气体的高度为50 cm，现在活塞上方加一15 kg的物体，待稳定后，被封闭气体的高度变为40 cm。求在这一过程中气体的内能变化了多少？(p0＝1.01×105 Pa，g取10 m/s2)
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
[例2] 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