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（39页PPT）

(共39张PPT)
[学习目标]
1.了解焦耳的两个实验的原理。
2.知道做功和传热是改变内能的两种方式及做功、传热与内能改变的关系。
3.明确内能、功、热量和温度四个物理量的区别和联系。
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)实验1：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。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)实验2：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_______给液体加热，使液体温度上升。
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：任何一个热力学系统必定存在一个只依赖于系统________的物理量，这个物理量在两个状态间的差别与外界在____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____，我们把它称为系统的内能。
吸热
放热
上升
热效应
始末
自身状态
绝热
能量
[思考探究]
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？
提示　隔绝与外界的热量交换，使水温度的升高只由叶片搅拌引起。
[例1]　如图是研究内能改变与功之间关系的两个典型实验，那么从这两个实验中可得出的结论是(　　)
C
A.能量守恒定律
B.机械能守恒定律
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
解析　通过这两个实验可得出的结论是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，故选项C正确。
1.功与内能的改变
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＝___。
2.对功与内能关系的理解
(1)ΔU＝W的适用条件是____过程。
(2)在绝热过程中，外界对系统做功，则W___0，外界对系统做多少功，系统的内能就____多少；系统对外界做功，则W___0，系统对外界做多少功，系统的内能就_____多少。
W
绝热
>
增加
<
减少
[思考探究]
打气筒是日常生活中的一种工具，当我们用打气筒给自行车打气的时候，就是在克服气体压力和摩擦力做功。打气的过程中你试着去摸一下打气筒的外壳有什么感觉？这是怎么回事呢？
提示　打气筒外壳温度升高甚至烫手，这是由于打气时活塞压缩气体，对气体做功，使气体内能增加，温度升高。
[例2]　 一定质量的理想气体经历一绝热膨胀过程，设气体分子间的势能可忽略，则在此过程中(　　)
A.外界对气体做功，气体分子的平均动能增大
B.外界对气体做功，气体分子的平均动能减小
C.气体对外界做功，气体分子的平均动能增大
D.气体对外界做功，气体分子的平均动能减小
解析　绝热膨胀过程是指气体膨胀过程未发生传热，膨胀过程气体体积增大，气体对外界做正功，气体内能减少，由于理想气体分子间的势能可忽略，因此气体分子的平均动能减小，故选项D正确。
D
[例3]　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。今对活塞施以一竖直向下的压力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，则被密封的气体(　　)
C
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
[总结提升]
对功与内能关系的两点提醒
(1)内能是状态量，系统内能的改变量ΔU 只与初、末状态的内能U1、U2有关，与做功的过程、方式无关。
(2)只有在绝热过程中，系统内能的改变量才等于外界对系统所做的功。
1.传热
(1)条件：两个物体的____不同。
(2)过程：温度不同的物体发生传热，温度高的物体要降温，温度低的物体要升温，____从高温物体传到了低温物体。
(3)传热的三种方式：_______、______、______。
2.热和内能
(1)单纯地对系统传热也能改变系统的__________，即传热能改变物体的____。
(2)热量：在单纯的传热过程中系统________的量度。
(3)单纯的传热过程中内能的变化ΔU＝Q，系统____，Q为正；系统____，Q为负。
温度
热量
热传导
热对流
热辐射
热力学状态
内能
内能变化
吸热
放热
3.内能与温度：从宏观上看，温度表示的是物体的冷热程度；从微观上看，温度反映了分子热运动的剧烈程度，是分子平均动能的标志。物体的内能宏观上由温度、体积及物质的量(物体的质量)决定。
4.热量与温度：热量是系统内能变化的量度，而温度是系统内大量分子做无规则运动剧烈程度的标志。
传热的前提条件是两个系统之间要有温度差，传递的是热量而不是温度。
5.热量与功：热量和功都是系统内能变化的量度，都是过程量，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，但它们之间有着本质的区别。
[易错辨析]
(1)热量一定从内能多的物体传递给内能少的物体。( )
(2)做功和传热都可以改变物体的内能，从效果上是等效的。( )
(3)传热只能发生在两个物体间，同一物体不能发生传热。( )
×
√
×
[例4]　(多选)关于热量、功和内能三者的下列说法正确的是(　　)
A.三者单位相同，物理意义相同
B.热量和功是内能的量度
C.热量和功由过程决定，而内能由物体状态决定
D.系统内能增加了100 J，可能是外界采用绝热方式对系统做功100 J，也可能是外界单纯地对系统传热100 J
解析　热量、功和内能三者尽管单位相同，但物理意义有本质区别，A错误；热量和功由过程决定，内能由物体状态决定，热量和功是内能变化的量度，B错误，C正确；对一个绝热过程ΔU＝W＝100 J，对一个单纯的传热过程ΔU＝Q＝100 J，D正确。
CD
[例5]　以下关于物体内能的说法正确的是(　　)
A.物体内能的多少可以用物体吸热或放热的多少来量度
B.内能大的物体热量多
C.两物体发生传热，达到平衡后，它们的内能必定相等
D.做功和传热对于改变物体内能是等效的
解析　物体内能的变化可以用物体吸热或放热的多少来量度，故A错误；热量是在单纯的传热过程中系统内能变化的量度，而不是内能的量度，故B错误；物体发生传热，达到平衡后，温度相等，而不是内能相等，故C错误；做功和传热对于改变物体内能是等效的，故D正确。
D
1.(功与内能的改变)某汽车的发动机汽缸内装有汽油与空气的混合气体，如图所示，要使该混合气体达到其燃点，则(　　)
B
A.迅速向外拉活塞 B.迅速向里推活塞
C.缓慢向里推活塞 D.缓慢向外拉活塞
解析　气体被压缩时，外界对气体做功使其内能增加，气体膨胀时，气体对外界做功，内能减少。将装有汽油与空气的混合气体的汽缸中的活塞迅速向里推，该汽缸内混合气体来不及与外界发生热交换，可以看作绝热过程，外界通过活塞对该气体做功，使该混合气体的内能增加，温度升高，从而达到汽油燃点，故B正确。
2.(热与内能的改变)(多选)一铜块和一铁块质量相等，铜块的温度T1比铁块的温度T2高，当它们接触时，如果不和外界交换能量，则(　　)
A.从两者开始接触到热平衡的整个过程中，铜块内能的减少量等于铁块内能的增加量
B.在两者达到热平衡以前的任意一段时间内，铜块内能的减少量不等于铁块内能的增加量
C.在两者达到热平衡以前的任意一段时间内，铜块内能的减少量都等于铁块内能的增加量
D.达到热平衡时，铜块的温度比铁块的温度低
解析　热平衡的条件是温度相同，传热的方向是从温度高的物体传向温度低的物体。在单纯传热过程中，高温物体放出的热量等于低温物体吸收的热量。因此A、C正确，B、D错误。
AC
3.(温度、热量、功和内能的关系)下列说法正确的是(　　)
A.热量和功是由过程决定的，而内能是由物体状态决定的
B.外界对物体做功，物体的内能一定增大
C.物体吸收热量，温度一定升高
D.热量总是由内能大的物体流向内能小的物体
解析　热量和功是过程量，内能是状态量，故A正确；引起物体内能变化的有做功和传热两种途径，单就一个方面不足以断定其内能的变化，故B错误；在晶体熔化和液体沸腾的过程中，物体要不断地吸收热量，但物体的温度不变，这时内能的增加主要表现在物体分子势能的增加，故C错误；两物体之间热量的流向只与它们的温度有关，与它们内能的大小无关，故D错误。
A
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[基础巩固练]
1.如图所示，太阳能热水器是一种能够将太阳的光能转化为内能的装置。这种装置可以使装置内的水温度升高，这种改变水的内能的方式是(　　)
B
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A.做功 B.传热
C.既有做功也有热传递 D.电流的热效应
解析　太阳能热水器是通过传热的方式将水加热，故选项B正确。
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2.以下所述现象中，属于通过传热改变了物体内能的是(　　)
A.将一段铁丝反复弯折，弯折处会发热
B.放在空气中的一杯热水会冷却
C.在转动的砂轮上磨车刀，车刀发热
D.电流通过电阻丝，电阻丝发热
解析　弯折铁丝是力对铁丝做功，在转动的砂轮上磨车刀是摩擦力对车刀做功，电阻丝发热是因为电流的热效应，故选项A、C、D错误；热水放在空气中，热水向外放热，而使自身的内能减少，温度下降，它是通过传热改变内能的，故选项B正确。
B
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3.景颇族祖先发明的点火器如图所示，用牛角做套筒，木制推杆前端粘着艾绒，猛推推杆，艾绒即可点燃。对筒内封闭的气体，在此压缩过程中(　　)
A.气体温度升高，压强不变
B.气体温度升高，压强变大
C.气体对外界做正功，气体内能增加
D.外界对气体做正功，气体内能减少
解析　压缩气体时，外界对气体做正功，气体内能增加，温度升高，压强增大，选项B正确。
B
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4.如图所示，活塞将汽缸分成甲、乙两气室，汽缸、活塞(连同拉杆)是绝热的，且不漏气，以E甲、E乙分别表示甲、乙两气室中气体的内能，则在将拉杆缓慢向左拉的过程中(　　)
D
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A.E甲不变，E乙减小
B.E甲不变，E乙增大
C.E甲增大，E乙不变
D.E甲增大，E乙减小
解析　绝热汽缸和活塞不与外界交换热量，对甲室内的气体，在拉杆缓慢向外拉的过程中，活塞左移，压缩气体，外界对甲室气体做功，其内能增大；对乙室内的气体，活塞左移，气体膨胀，气体对外界做功，内能减小，故选项D正确。
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5.(2025·河北卷)某同学将一充气皮球遗忘在操场上，找到时发现因太阳曝晒皮球温度升高，体积变大。在此过程中若皮球未漏气，则皮球内封闭气体(　　)
A.对外做功 B.向外界传递热量
C.分子的数密度增大 D.每个分子的速率都增大
解析　皮球体积变大，气体膨胀，对外界做功，故A正确；太阳暴晒使气体温度升高，是外界对气体传热(气体吸热)，而非气体向外界传递热量，故B错误；皮球未漏气，分子总数不变，体积变大，分子的数密度减小，故C错误；温度升高，分子的平均动能增大，但并非每个分子的速率都增大，只是“平均”情况，故D错误。
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6.关于温度、热量、功和内能，以下说法正确的是(　　)
A.同一物体温度高时，含有的热量多
B.物体的内能越大，含有的热量就越多，温度也越高
C.外界对系统做功，内能必定增加
D.两物体之间发生传热的条件是存在温度差
解析　热量是一个过程量，是物体间进行传热时内能的转移量，不能说物体含有多少热量，故A、B错误；由于做功和传热都可以引起系统内能的变化，只根据做功无法准确判断系统内能的变化，故C错误；物体间发生传热的条件是存在温度差，故D正确。
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7.如图是古人锻造铁器的过程，关于改变物体内能的方式，下列说法正确的是(　　)
A.加热和锻打属于传热，淬火属于做功 B.加热属于传热，锻打和淬火属于做功
C.加热和淬火属于传热，锻打属于做功 D.加热和淬火属于做功，锻打属于传热
解析　用铁锤锻打铁器，铁器会发热，属于做功改变物体的内能；用火对铁器加热，铁器从火中吸收热量，把铁器放在水中淬火，铁器向水中放热，所以加热和淬火属于传热改变物体的内能，故选项C正确。
C
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8.(多选)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，这是通过传热的方式改变物体内能的
B.传热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，内能减少
解析　晒太阳使温度较低的水升温，是通过传热的方式改变物体的内能，故选项A正确；物体吸收热量，内能增加，放出热量，内能减少，所以传热可以改变物体的内能，故选项B正确；物体对外做功，物体的内能减少，外界对物体做功，物体的内能增加，所以做功可以改变物体的内能，故选项C正确；冰熔化成水，吸收热量，内能增加，故选项D错误。
ABC
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[能力提升练]
9.如图所示，在大口的玻璃瓶内装一些水，水的上方有水蒸气。然后用一与打气筒相连的活塞密闭瓶口，并给瓶内打气，当打到某一状态时，瓶塞会跳起来。当瓶塞跳起时，我们会看到瓶内出现了“白雾”。对于“白雾”的形成，下列说法正确的是(　　)
D
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A.这些“白雾”是当瓶塞跳起后外界的水蒸气在瓶口遇冷形成的小水珠
B.这是打气筒向瓶内打进去的水蒸气
C.这是瓶内的水向外膨胀形成的水雾
D.瓶内空气推动瓶塞做功，空气的内能减少，温度降低，使水蒸气液化形成小水滴
解析　当用打气筒向瓶内打气时，外界对系统做功，使系统的内能增加，温度升高，压强增大，使瓶塞从瓶口中喷出。形成“白雾”的原因是，在塞子突然跳起时，气体绝热膨胀对外做功，内能减少，温度下降，水蒸气有一部分被液化成小水滴，故选项D正确。
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10.(多选)如图所示，在固定的真空容器A内部固定着一个绝热汽缸B，用质量为m的绝热活塞P将一部分理想气体封闭在汽缸内。撤去阀门K，不计摩擦阻力，活塞将向右运动，该过程(　　)
A.气体膨胀时对外不做功
B.气体膨胀时对外做功
C.气体膨胀时是否对外做功无法确定
D.活塞做加速运动，缸内气体温度降低
解析　虽然A内为真空，但气体膨胀时会推动活塞使其向右做加速运动，即气体对外做了功，所以选项A、C错误，B正确；缸内气体对外做功，内能减少，则温度降低，选项D正确。
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11.(多选)小明用废圆珠笔芯做一种玩具：铁丝的一端缠绕棉花，用水打湿后从一端塞入笔芯内，将笔芯的另一端用力在马铃薯上戳一下拔出来，然后用力推铁丝，马铃薯小块高速飞出，能打出几米远。下列说法正确的是(　　)
AC
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A.在推铁丝而马铃薯小块未飞出的过程中，笔芯内密封气体的温度升高
B.在推铁丝而马铃薯小块未飞出的过程中，气体对外做功
C.马铃薯小块高速飞出的动能来自气体内能
D.马铃薯小块高速飞出时外界对笔芯内气体做功
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解析　在快速推铁丝而马铃薯小块未飞出的过程中，外界对笔芯内封闭气体做功，内能增加，气体的温度升高，故A正确，B错误；马铃薯小块高速飞出时，笔芯内气体对马铃薯小块做功，气体内能减少，即马铃薯小块高速飞出的动能来自气体的内能，故C正确，D错误。
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12.如图所示，带有活塞的汽缸中封闭着一定质量的气体(不考虑分子势能)。将一个热敏电阻(电阻值随温度升高而减小)置于汽缸中，热敏电阻与汽缸外的电阻表连接，汽缸和活塞均具有良好的绝热性能。下列说法正确的是(　　)
D
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A.若拉动活塞使汽缸内气体体积增大，需加一定的拉力，说明气体分子间有引力
B.若拉动活塞使汽缸内气体体积增大，则电阻表读数将变小
C.若发现电阻表读数变大，则汽缸内气体内能一定增加
D.若发现电阻表读数变大，则汽缸内气体内能一定减少
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解析　气体分子间的距离已经超过分子间的作用力所研究的范围，所以不能说明分子间有引力，故A错误；若拉动活塞使汽缸内气体体积增大，则气体对外做功，内能减少，温度降低，电阻增大，则电阻表示数将变大，故B错误；发现电阻表读数变大，即热敏电阻变大，说明温度降低，则气体内能减少，故C错误，D正确。
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[拓展培优练]
13.(多选)夏季，充足气的车胎经过正午阳光的暴晒容易爆胎。若车胎内的气体可视为理想气体，爆胎前车胎内气体体积及质量均不变，爆胎过程时间极短。关于车胎内的气体，下列说法正确的是(　　)
A.爆胎前随着气温的升高，车胎内气体压强增大
B.爆胎前随着气温的升高，车胎内气体吸收热量，内能增加
C.爆胎过程中，车胎内气体对外做功，内能减少
D.爆胎过程中，车胎内气体分子平均动能不变
解析　爆胎前气体体积不变，温度升高时，压强增大，内能增加，故A、B正确；爆胎过程时间极短，气体来不及与外界热交换，其体积膨胀对外做功，则气体内能减少，温度降低，气体分子平均动能减小，故C正确，D错误。
ABC
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