2019年高中物理 3.1 功、热和内能的改变课件 新人教版选择性必修第三册

功、热和内能的改变一、焦耳的实验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。焦耳（JamesPrescottJoule，1818—1889）一、焦耳的实验实验一结论：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。重物下落带动轮叶旋转，通过搅拌对绝热容器内的液体做功，使液体升温，即状态发生变化。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，这样的过程叫做绝热过程。一、焦耳的实验实验二结论：对同一系统，在绝热过程中只要所做的电功相同，系统温度上升的数值就相同，即系统的状态变化相同。电流通过电热丝使绝热容器内的液体温度升高。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，这样的过程叫做绝热过程。一、焦耳的实验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，这样的过程叫做绝热过程。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。也就是说，在各种不同的绝热过程中，要使系统状态发生变化，做功的数量只由始末两个状态决定，与做功方式无关。二、功与内能的改变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物理量，这个物理量在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。当系统从状态1经过绝热过程达到状态2时，内能的增加量△𝑈=𝑈2−𝑈1就等于外界对系统所做的功𝑊，即△𝑈=𝑊。2.功与内能的改变二、功与内能的改变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物理量，这个物理量在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。2.功与内能的改变做功可以改变系统的内能。功是系统内能转化的量度。（2）系统对外界做功，系统的内能减少。在绝热过程中，系统对外界做多少功，内能就减少多少，即𝑊＝Δ𝑈。（1）外界对系统做功，系统的内能增加。在绝热过程中，内能的增量就等于外界对系统做的功。即Δ𝑈＝𝑈2－𝑈1＝𝑊。例题1：下图为某种椅子与其升降部分的结构示意图，M、N两筒间密闭了一定质量的气体，M可沿N的内壁上下滑动，设筒内气体不与外界发生热交换，在M向下滑动的过程中（）A．外界对气体做功，气体内能增大B．外界对气体做功，气体内能减小C．气体对外界做功，气体内能增大D．气体对外界做功，气体内能减小A例题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三、热与内能的改变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。2.热传递的三种方式：三、热与内能的改变热传导：热沿着物体传递的热传递方式，不同物质传到热的能力各不相同，容易传到热的物体称之为热的良导体，所有金属都是热的良导体，不容易传导热的物体称之为热的不良导体，如空气、橡胶、绒毛、棉纱、木头、水、油等。热对流：靠液体或气体的流动来传递热的方式，热对流是液体和气体所特有的热传递方式。热辐射：热从高温物体向周围以电磁波的形式沿直线射出去的方式，热辐射不依赖媒介质，可在真空中进行，温差越大，表面颜色越深，物体向外的热辐射能力越强。三、热与内能的改变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。2.热传递的三种方式：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。例题3：关于热传递，下列说法正确的是（）A．热传递的实质是温度的传递B．物体间存在温度差，才能发生热传递C．热传递可以在任何情况下进行D．物体内能发生改变，一定是吸收或放出了热量B三、热与内能的改变4.热与内能的改变外界没有对系统（水）做功，只对系统传热，同样能改变系统的状态。结论：热量是在单纯的传热过程中系统内能变化的量度。当系统从状态1经过单纯的传热达到状态2，内能的增量△𝑈=𝑈2−𝑈1就等于外界向系统传递的热量𝑄，即△𝑈=𝑄。（1）像做功一样，热量的概念也只有在涉及能量的传递时才有意义。所以不能说物体具有多少热量，只能说物体吸收或放出了多少热量。（2）做功和热传递都可以改变物体的内能，且效果是相同的。三、热与内能的改变5.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。做功和热传递的区别1.做功使物体内能发生改变的时候，内能的改变就用功数值来量度。外界对物体做多少功，物体的内能就增加多少；物体对外界做多少功，物体的内能就减少多少。热传递使物体的内能发生改变的时候，内能的改变用热量来量度的。物体吸收多少热量，物体的内能就增加多少；物体放出多少热量，物体的内能就减少多少。2.做功和热传递在本质上是不同的：做功使物体的内能改变，是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）。热传递使物体的内能改变，是物体间内能的转移（同种形式能量的转移）。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。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力，则被密封的气体（）A．温度传感器B．压力传感器C．磁传感器D．光传感器C2．如图所示，绝热容器中间用隔板隔开，左侧装有气体，右侧为真空。现将隔板抽掉，使左侧气体自由膨胀直至达到平衡，则在此过程中（不计气体的分子势能）（）A．气体对外界做功，温度降低，内能减少B．气体对外界做功，温度不变，内能减少C．气体不做功，温度不变，内能不变D．气体不做功，温度不变，内能减少C3．下列说法正确的是（）A．分子的动能与分子的势能的和叫做这个分子的内能B．物体的分子势能由物体的温度和体积决定C．物体的速度增大时，物体的内能增大D．物体的内能减小时，物体的温度可能增加D4．一个铁块沿斜面匀速滑下，关于物体的机械能和内能的变化，下列判断中正确的是（）A．物体的机械能和内能都不变B．物体的机械能减少，内能不变C．物体的机械能增加，内能增加D．物体的机械能减少，内能增加D5．如图所示，绝热具有一定质量的活塞，活塞的上部封闭着气体，下部为真空，活塞与器壁的摩擦忽略不计，置于真空中的轻弹簧的一端固定于理想气体容器的底部。另一端固定在活塞上，弹簧被压缩后用绳扎紧，此时弹簧的弹性势能为EP（弹簧处于自然长度时的弹性势能为零），现绳突然断开，弹簧推动活塞向上运动，经过多次往复运动后活塞静止，气体达到平衡态，经过此过程（）A．EP全部转换为气体的内能B．EP一部分转换成活塞的重力势能，其余部分仍为弹簧的弹性势能C．EP全部转换成活塞的重力势能和气体的内能D．EP一部分转换成活塞的重力势能，一部分转换为气体的内能，其余部分仍为弹簧的弹性势能D6．一定质量的气体经历一缓慢的绝热膨胀过程。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加B．外界对气体做功，气体分子的平均动能减少C．气体对外界做功，气体分子的平均动能增加D．气体对外界做功，气体分子的平均动能减少D7．在下述现象中没有通过做功而使物体内能改变的是（）A．电流通过电炉而使温度升高B．在阳光照射下，水的温度升高C．铁锤打铁块，使铁块温度升高D．夏天在室内放几块冰，室内会变凉快BD8．对于热量、功、内能三个量，下列说法中正确的是（）A．热量、功、内能三个量的物理意义是等同的B．热量和功二者可作为物体内能大小的量度C．热量、功和内能的国际单位都相同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CD