人教版高中物理选择性必修第三册第三章热力学定律第1节功、热和内能的改变课件（20页PPT）

(共20张PPT)
第三章　热力学定律
第1节　功、热和内能的改变
1.了解焦耳的两个实验的原理，知道做功和传热的实质。
2.知道做功和传热是改变内能的两种方式，明确两种方式的区别。
3.明确内能、功、热量、温度四个物理量的区别和联系。
学习任务一　焦耳的实验
1. 绝热过程：系统不从外界 ，也不向外界 的过程。
2. 代表性实验
（1）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 。
（2）通过电流的 给液体加热。
吸热　
放热　
上升
热效应　
3. 实验结论：在热力学系统的绝热过程中，外界对系统做的功仅由过程 的 两个状态决定，不依赖于做功的具体过程和方式。
4. 内能：只依赖于热力学系统 的物理量。
始末　
自身状态　
在焦耳的许多实验中，有两个最具有代表性。一个实验是让重物下落带动叶 片搅拌容器中的水，引起水温上升；另一个实验是通过电流的热效应给水加 热，使水温上升。
【问题】
（1）在焦耳研究功与热等效性的实验中，为什么要求盛水的容器采用绝热 材料做外皮？
（1）隔绝与外界热量的交换，使水温度的升高只由叶片搅拌引起。
（2）在图1和图2所示的两个实验中，各是什么形式的能转化为系统的内 能？
（2）图1重物下落，减少的重力势能转化为系统的内能；图2重物带动发 电机工作，将机械能转化为电能，电流通过电阻丝，将电能转化为液体 的内能。
学习任务二　功与内能的改变
1. 可以改变物体的内能，例如： 。
2. 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， 内能的变化量ΔU＝U2－U1，等于外界对系统所做的功W，即ΔU＝ 。
做功　
摩擦生热　
W　
如图，在有机玻璃筒底放少量浸有乙醚的棉花，迅速压下活塞，观察棉花的 变化。
【问题】
你能看到什么现象？实验现象说明了什么问题？
可以看到棉花燃烧。实验现象说明压缩空气做功，使空气内能
增大，达到棉花的燃点后引起棉花燃烧。
B
A. 甲、乙、丙
B. 乙、丙、甲
C. 丙、甲、乙
D. 乙、甲、丙
解析：根据题意，因果顺序的进程为：瓶内气体推动瓶塞做功→气体内能减 小→瓶内气体温度降低→瓶内水蒸气液化成小水珠即“白雾”，而瓶塞跳起 是用打气筒往瓶内打气使瓶内气体压强增大所致。
【典例2】　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。 现在活塞上方加一质量为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增加了多少。（p0＝1.01×105Pa，g取10 m/s2）
1 030 J
解析：由于汽缸及活塞均绝热，故外界对气体所做的功全部转化为气体的内 能，即ΔU＝W外＝（m活塞＋m物体）gΔh＋p0SΔh＝（5＋15）×10×（0.5－ 0.4）J＋1.01×105×0.1×（0.5－0.4）J＝1 030 J。
学习任务三　热与内能的改变
1. 传热
（1）条件：物体的 不同。
（2）方向：热从 物体传到了 物体。
2. 热和内能的改变
（1）热量：在单纯的传热过程中系统 变化的量度。
（2）当系统从状态1经过单纯的传热达到状态2时，内能的变化量ΔU＝U2－ U1等于外界向系统传递的热量Q，即ΔU＝ 。
3. 改变内能的方式： 、 。
温度　
高温　
低温　
内能　
Q　
做功　
传热　
某同学做了一个小实验：先把空的锥形瓶放入冰箱冷冻，一小时后取出锥形 瓶，并迅速把一个气球紧密地套在瓶颈上，然后将锥形瓶放进盛满热水的水 槽里，气球逐渐膨胀起来。
（1）锥形瓶内气体的内能增加了还是减少了？
（1）增加了。
（2）请解释气球膨胀的原因。
（2）由于热水的温度较高，将锥形瓶放进盛满热水的水槽里，锥形瓶内气体吸收了热水的热量，内能增加，温度升高，体积增大，所以气球逐渐膨胀起来。
A. 感到手冷时，搓搓手就会觉得暖和些
B. 擦火柴时，火柴头上的红磷温度升高到红磷的燃点，火柴燃烧起来
C. 物体在阳光照射下温度升高
D. 反复弯折一根铁丝，弯折的部分温度升高
解析：物体在阳光照射下温度升高是通过传热的方式来改变物体内能，搓手 取暖、擦燃火柴以及反复弯折铁丝均是通过做功改变物体的内能。
C
A. 单位时间内气体分子对活塞碰撞的次数减少
B. 电热丝对气体传热，气体对外传热，气体内能可能减少
C. 电热丝对气体传热，气体对外传热，气体内能可能不变
D. 电热丝对气体传递的热量一定大于气体对外做的功
AD
解析：由题意知，气体压强不变，活塞上升，体积增大，由气体实验定律 知，气体温度升高，则其内能一定增加，电热丝对气体传递的热量一定大于 气体对外做的功，B、C错误，D正确；由气体压强的微观解释知，温度升 高，气体分子对活塞的平均冲力增大，而压强不变，因此单位时间内气体分 子对活塞的碰撞次数减少，A正确。
A. 物体的温度升高，物体所含的热量就增多
B. 物体的温度不变，内能一定不变
C. 热量和功的单位与内能的单位相同，所以热量和功都可作为物体内能的量度
D. 热量和功是由过程决定的，而内能是由物体的状态决定的
D
解析：热量是一个过程量，不能说物体含有多少热量，A错误；物体的温度 不变，内能不一定不变，例如0 ℃的冰变为0 ℃的水内能增加，B错误；热量 和功都可以作为物体内能变化的量度，而不是内能的量度，C错误；热量和 功是由过程决定的，而内能是由物体的状态决定的，D正确。
A. 气体对外界做功，内能减少
B. 气体不做功，内能不变
C. 气体压强变小，温度不变
D. 单位时间内撞击容器壁的分子数减少
BCD
解析：稀薄气体向b部分扩散没有对外界做功，W＝0，故选项A错误；绝热 容器内的稀薄气体与外界不发生传热也没做功，所以气体内能不变，故选项 B正确；根据题意知，气体体积增大，压强减小，气体的内能不变，则温度 不变，故选项C正确；温度不变，分子的平均动能不变，压强减小，说明单 位时间内和容器壁碰撞的分子数减少，故选项D正确。