3.1 功、热和内能的改变（同步课件）(共30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30张PPT)
3.1 功、热和内能的改变
壹
素养目标
(1) 了解焦耳的两个实验的原理，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和传热与内能的改变的关系，会解释相关的现象。
conclusion
课堂导入
ONE
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？
课堂导入
课程目录
知识点讲解、探索新知
壹
总结与归纳
贰
课堂检测
叁
课后作业
肆
conclusion
知识点讲解
ONE
知识点讲解
一、焦耳的实验
1.改变系统的热力学状态的方法：
传热
做功
焦耳（James Prescott Joule，1818—1889）
知识点讲解
2.实验一：对系统做机械功
⑴实验装置
⑵实验原理
重物下落时带动叶片转动，通过搅拌对绝热容器内的水做功，水由于摩擦而温度上升，即状态发生变化。
⑶研究对象——热力学系统：
容器中的水
——封闭系统：与外界没有物质交换，但有能量交换。
知识点讲解
⑷状态变化过程
系统状态变化过程中，系统不从外界吸热，也不向外界放热。
绝热过程：
⑸焦耳的多次实验测量结论
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。
知识点讲解
⑴实验装置
⑵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。
⑶焦耳的多次实验测量结论
3.实验二：对系统做电功
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。
知识点讲解
实验1
重物下落重力做功
叶片搅拌容器中的水
水与叶片摩擦而温度上升
系统从状态1
变为状态2
T1
T2
实验2
系统从状态1
变为状态2
T1
T2
电机发电
电热丝发热
发热丝对水加热温度上升
重物下落重力做功
做功的数量只由过程始末两个状态1、2决定，而与重物的质量、做功的次数无关。
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。
知识点讲解
4、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，这个物理量在初末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。
⑵微观定义（分子动理论对内能的定义）：
物体中所有分子的热运动动能和分子势能的总和，叫做物体的内能。
⑴宏观定义（热力学对内能的定义）：
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。
课堂检测
例1：图为焦耳实验装置图，用绝热性能良好的材料将容器包好，重物下落带动叶片搅拌容器里的水，引起水温升高。关于这个实 验，下列说法正确的是（ ）
A. 这个装置可测定热功当量
B. 做功增加了水的热量
C. 做功增加了永的内能
D. 功和热量是完全等价的
，无区别
AC
知识点讲解
二 、功与内能的改变
在热力学系统的绝热过程中，系统从状态1经过绝热过程达到状态2。
ΔU=U2-U1
ΔU=W
系统内能增量
外界对系统所做的功W
Q=0
U1
U2
知识点讲解
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。
课堂检测
例2：地面附近有一正在上升的空气团，它与外界的热交换忽略不计。已知大气压强随高度增加而降低，则该空气团在上升过程中（不计气团内分子间的势能）（ ）
A．体积减小，温度降低
B．体积减小，温度不变
C．体积增大，温度降低
D．体积减小，温度不变
C
知识点讲解
三、热与内能的改变
单纯地对系统传热也能改变系统的热力学状态
水壶温酒
容器中的酒
——封闭系统：与外界没有物质交换，但有能量交换。
△U＝Q
Q
T1
T2
U1
U2
ΔU=U2-U1
系统内能增量
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。
知识点讲解
1.热传递
两个温度不同的物体互相接触时温度高的物体要降温，温度低的物体要升温，并将持续到系统间达到热平衡即温度相等为止，这个过程称之为热传递。
热传导、热对流、热辐射。
3.发生热传递的条件：
当物体之间或物体的不同部分之间存在温度差时才能发生热传递。
温度↓
温度↑
内能↓
内能↑
热量
2.热传递的三种方式：
知识点讲解
4.内能与热量的区别
内能是一个状态量，一个物体在不同的状态下有不同的内能。
热量是一个过程量，它表示由于热传递而引起的变化过程中转移的能量，即内能的改变量。
如果没有热传递，就没有热量可言，但此时仍有内能。
课堂检测
例3：关于物体的内能。下列说法中正确的是（ ）
A.物体离开地面越高，分子势能越大
B.物体运动得越快，分子热运动的动能越大
C..静止在地面上的物体也有内能
D.一个物体的机械能增加时，内能可能减少
CD
conclusion
课堂检测
THREE
课堂检测
1.在如图所示焦耳的两个实 验中，各是什么形式的能转化为系统的内能？
课堂检测
2.下列事件中，物体的内能怎样改变？（固体和液体的热膨胀很小，可不予考虑）
（1）壶里的水被加热而温度升高。
（2）一条烧红的铁棒逐渐冷却下来。
课堂检测
3.气体在绝热膨胀时它的温度会怎样变 化？气体在绝热压缩时它的温度会怎样变化？为什么会发生这样的变化？
请分别举一个绝热膨胀和绝热压缩时温度变化的实例。
课堂检测
4.铅弹以 200 m/s 的速度射入木块后停在木块中，木块没有移动。若增加的内能的80% 使铅弹的温度升高，铅弹的温度升高了多少？铅的比热容c 为 1.3×102 J/（kg ·℃)。
conclusion
总结与归纳
THREE
总结与归纳
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
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）
物体间内能的转移
（同种形式能量的转移）
conclusion
课后作业
FOUR
课后作业
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teaching
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授课人：
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