高中物理第三章热力学第一定律第一节内能功热量课件粤教版选修

热力学是热学理论的一个方面，热力学主要是从能量转化的观点来研究物质的热性质，它揭示了能量从一种形式转换为另一种形式时遵从的宏观规律。具有高度的可靠性和普遍性。能量守恒是自然界的普遍规律，而功是能量转化的量度，在热力学系统中，做功、热传递都能改变物体的内能，它们存在什么关系？涉及热现象的宏观过程又遵从什么规律？这些热学规律在科学研究中有什么指导意义？人们在认识自然、改造自然的过程中对环境产生了什么影响？能源在使用过程中有什么特点？人类应该如何使用能源？本章将一一为你阐述。第一节内能功热量1．从宏观上看，物体的内能与物体的和都有关系。从微观看，升高，分子平均动能增加，因而物体的内能，变化时，分子势能变化，因而物体的内能。2．做功可以改变物体的，若物体与外界无热量交换，外界对物体做功，物体内能，物体对外界做功，物体内能，且做功的多少物体内能的变化。温度体积温度增加体积发生变化内能增加减少等于3．热传递也可以改变物体的内能。物体总是自发地把它的内能传递给物体，若热传递过程中没有做功过程，低温物体吸收的热量它内能的增加，物体放出的热量它内能的减少。4．做功和热传递在改变物体内能上是的，但它们的实质不同，做功对应的是其他形式的能与内能的相互，热传递是物体间内能的。5．焦耳通过实验测定了机械功与所产生的热量之间的关系，称为，它等于J·cal－1。高温低温等于高温等于等效转化转移热功当量4.18功和内能1．实验探究(1)实验一：如图1所示，迅速压下活塞可以使厚壁玻璃筒内浸有乙醚的棉花燃烧。图1(2)实验二：如图2所示，厚壁容器的一端通过胶塞插进一支灵敏温度计和一根气针，另一端有个用卡子卡住的可移动胶塞。用打气筒慢慢向容器内打气，使容器内的压强增大到一定程度，这时读出温度计示数，打开卡子，胶塞冲出容器口后，温度计示数明显变小。图2(3)实验结论：压缩气体对气体做功，气体温度升高，内能增加；气体对外做功，气体温度降低，内能减小。气体被压缩或膨胀做功，气体的内能发生变化。2．对功和内能关系的理解(1)内能与内能变化的关系：①物体的内能是指物体内所有分子的平均动能和势能之和。因此物体的内能是一个状态量。②当物体温度变化时，分子平均动能变化。物体体积变化时，分子势能发生变化，因此物体的内能变化只由初、末状态决定，与中间过程及方式无关。(2)做功与内能变化的关系：①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。②在绝热过程中，外界对物体做多少功，就有多少其他形式的能转化为内能，物体的内能就增加多少。(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)设初态内能为U1，末态内能为U2，内能的变化量为ΔU，ΔU＝U2－U1，ΔU0，内能增加；ΔU0，内能减少。(2)在绝热过程中ΔU＝W。解析：搓手时克服摩擦力做功，机械能转化为内能；汽缸压缩气体，对气体做功；车刀切削钢件，克服摩擦力做功，机械能转化为内能，使切下的铁屑温度升高，都是通过做功使物体的内能发生改变。物体在阳光下被晒热，不属于做功的方式。1．[多选]改变物体的内能的下列方式中，属于做功的方式的是()A．搓搓手会感到手暖和些B．汽油机汽缸内被压缩的气体C．车刀切下的炽热铁屑D．物体在阳光下被晒热答案：ABC热和内能1．热传递(1)定义：高温物体总是自发地把它的内能传递给低温物体，这种没有做功而使物体内能改变的现象称为热传递。(2)方式：热传导、热对流、热辐射。(3)条件：存在温度差。2．热量(Q)是热传递过程中物体内能变化的量度。3．热传递改变物体内能的实质内能从一个物体转移到另一个物体或者从一个物体的高温部分转移到低温部分，在这个没有做功的过程中，吸收热量的物体内能增加，放出热量的物体内能减少，内能的变化由热量来量度，即ΔU＝Q。4．温度、内能、热量和功的比较概念含义区别和联系温度表示物体冷热程度的物理量，是物体分子平均动能的标志，是大量分子热运动的集体表现，对个别分子来说，温度没有意义(1)温度和内能是状态量，热量和功是过程量，就某一状态而言只有内能，而无“热量”和“功”(2)热传递的前提条件是存在温差，传递的是热量而不是温度，其实质是内能的转移(3)可以利用做功和热传递来改变物体的内能内能物体内所有分子的动能和势能的总和，是由大量分子的热运动和分子的相对位置所决定的能热量热量是热传递过程中内能的改变量，用来量度热传递过程中内能转移的多少功做功过程是机械能或其他形式的能和内能之间的转化过程(1)做功和热传递均能改变物体的内能，仅从内能的改变上无法知道系统用的做功还是热传递方式使其内能发生变化的，因此，做功和热传递在改变物体内能上是等效的。(2)热传递改变物体内能的过程是物体间内能的转移，做功对应的是其他形式的能与内能的转化过程。2．下列关于内能与热量的说法中，正确的是()A．马铃薯所含热量高B．内能越大的物体热量也越多C．热量总是从内能大的物体流向内能小的物体D．热量总是从温度高的物体流向温度低的物体解析：选项A是一种很常见的说法，在日常生活中似无须计较，但从物理学的角度来看，却有不妥，热量是过程量，不是状态量，不能像内能那样蕴含在物体中，选项A错；说法B与说法A存在相同的错误，此外，物体的内能与热量之间，在数量上没有必然联系，选项B错；两物体之间热量的流向只与它们的温度有关，与它们的内能无关，选项C错。答案：D做功和内能的变化[例1]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。现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，压强减小，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[解析]由于F对密闭的气体做功，容器及活塞绝热，所以Q＝0，由功和内能的关系知理想气体内能增大，T升高，再根据pVT＝C，V减小，p增大，选项C正确。[答案]C借题发挥解决这类问题，应把握以下两点：(1)改变内能的决定因素，内能是宏观物理量，属于整个物体(2)做功与内能改变的关系。对内能、功和热量的理解[例2]物体的内能增加了20J，下列说法中正确的是()A．一定是外界对物体做了20J的功B．一定是物体吸收了20J的热量C．一定是物体分子动能增加了20JD．物体分子的平均动能可能不变[解析]做功和热传递都可以改变物体内能，物体内能改变20J，其方式是不确定的，因此A、B错误；物体内能包括所有分子的平均动能和分子势能，内能由分子数、分子平均动能、分子势能三者决定，故C错误。[答案]D借题发挥(1)温度、热量、功、内能是热学中的重要概念，是高考考查的重点，正确理解这几个概念间的区别与联系，是解决这类问题的关键。(2)理解概念时要特别注意：①温度不能“传”，热量不能“含”②吸热不一定升温(如：晶体的熔化、水的沸腾)。③升温不一定吸热(也可以通过做功实现)。④引起内能的变化可能是做功、可能是热传递也可能是两个方面共同引起。