2019-2020学年高中物理 第十章 热力学定律 1+2 热和内能课件 新人教版选修3-3

1功和内能2热和内能学习目标素养提炼1.知道焦耳的两个实验的原理，区别热量和内能．2．知道做功和热传递是改变内能的两种方式，能正确区分两者的不同．3．通过实验探究来类比、分析，理解内能与功、热量的关系.物理观念：功、热量和物体的内能．科学思维：做功和热传递的区别和联系．科学探究：探究做功和热传递与物体内能变化的关系.01课前自主梳理02课堂合作探究03课后巩固提升04课时跟踪训练一、焦耳的实验1．绝热过程：系统只通过外界对它________或对外界______而与外界交换能量，它不从外界__________，也不向外界________．2．代表性实验(1)重物下落带动叶片搅拌容器中的水，引起水温_______．(2)通过电流的________给水加热．3．实验结论：要使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________决定，而与____________无关．做功做功吸热放热上升热效应状态做功的方式二、功和内能1．内能：依赖于一个热力学系统__________的物理量，是热力学系统的一种能量．2．绝热过程中做功与内能变化的关系：__________.[判断辨析](1)做功可以改变物体的内能．()(2)做功改变内能的过程实际上是机械能转化为内能的过程．()(3)“钻木取火”是内能转化为机械能．()自身状态ΔU＝W√√×三、热和内能1．热传递：热量总是从________物体向________物体传递．2．热量和内能(1)关系描述：热量是在单纯的热传递过程中系统____________的量度．(2)公式表达：________.[判断辨析](1)温度高的物体含有的热量多．()(2)内能多的物体含有的热量多．()(3)热量一定从内能多的物体传递给内能少的物体．()(4)对绝热系统做功越多，系统内能增加量越多．()高温低温内能变化ΔU＝Q×××√要点一功与内能的关系[探究导入]如图所示，大口玻璃瓶内有一些水，水的上方有水蒸气，向瓶内打气，在瓶塞跳出的过程中，会观察到什么现象？这个过程是外界对系统做功还是系统对外界做功？该过程系统的内能如何变化？提示：当瓶塞跳出时，我们会发现瓶内的瓶口处有“白雾”产生．我们所选的研究对象是瓶内水面上方的水蒸气，在瓶塞跳出的过程中，是系统膨胀对外界做功，在这个过程中系统的内能减少，温度降低．瓶内和瓶口处的“白雾”实际上是瓶内的水蒸气遇冷液化形成的小液滴．[探究归纳]1．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．2．功与内能的区别(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，只有内能变化越大时，相应地做功才越多．[特别提醒](1)外界对某一系统做功时系统的内能不一定增加，还要看该系统有没有向外放热，以及向外放热的多少．(2)在绝热过程中，系统内能的增加量等于外界对系统所做的功．[典例1]在如图所示的柱形容器内封有一定质量的密闭气体，光滑活塞C(质量为m)与容器用良好的隔热材料制成．另有质量为M的物体从活塞上方的A点自由下落到活塞上，并随活塞一起到达最低点B而静止．在这一过程中，密闭气体内能的改变量ΔU、外界对密闭气体所做的功W与物体和活塞的重力势能的变化关系是()A．Mgh＋mgΔh＝ΔU＋WB．ΔU＝W，W＝Mgh＋mgΔhC．ΔU＝W，W＜Mgh＋mgΔhD．ΔU≠W，W＝Mgh＋mgΔh[思路点拨]物体下落到活塞上时，碰撞过程中有机械能损失，光滑活塞与容器用良好的隔热材料制成，说明这一过程气体不向外散失热量．[解析]因活塞和容器用良好的隔热材料制成，气体不向外散失热量，外界对气体做功W，等于气体增加的内能ΔU，即W＝ΔU，又由于碰撞有机械能损失，故W＜Mgh＋mgΔh，C正确．[答案]C分析绝热过程的方法(1)在绝热的情况下，若外界对系统做正功，系统内能增加，ΔU为正值；若系统对外界做正功，系统内能减少，ΔU为负值．此过程做功的多少为内能转化的量度．(2)在绝热过程中，内能和其他形式的能一样也是状态量，气体的初、末状态确定了，即在初、末状态的内能也相应地确定了，内能的变化量ΔU也确定了．而功是能量转化的量度，所以ΔU＝W，即W为恒量，这也是判断绝热过程的一种方法．1.A、B两装置均由一支一端封闭、一端开口且带有玻璃泡的管状容器和水银槽组成，除玻璃泡在管上的位置不同外，其他条件都相同．将两管抽成真空后，开口向下竖直插入水银槽中(插入过程没有空气进入管内)，水银柱上升至图示位置停止．假设这一过程水银与外界没有热交换，则下列说法正确的是()A．A中水银的内能增量大于B中水银的内能增量B．B中水银的内能增量大于A中水银的内能增量C．A和B中水银体积保持不变，故内能增量相同D．A和B中水银温度始终相同，故内能增量相同解析：一个大气压支持的水银柱的高度是相同的，所以两管中水银同高．大气压对水银槽内的水银做相同的功，因为玻璃管内吸进的水银一样多，所以水银槽内的液面下降相同的高度，A管重心高于B管，A管内水银重力势能大于B管内水银重力势能，根据能量守恒可知A管中水银的内能增加得少，B管中水银的内能增加得多．B选项正确．答案：B2.(多选)某汽车后备箱内安装有撑起箱盖的装置，它主要由汽缸和活塞组成．开箱时，密闭于汽缸内的压缩气体膨胀，将箱盖顶起，如图所示．在此过程中，若缸内气体与外界无热交换，忽略气体分子间相互作用，则缸内气体()A．对外做正功，分子的平均动能减小B．对外做正功，内能增大C．对外做负功，分子的平均动能增大D．对外做正功，内能减小解析：若缸内气体与外界无热交换，由于气体膨胀将箱盖顶起过程中气体对活塞的作用力方向与活塞的运动方向一致，气体对外做正功，故缸内气体的内能一定减小；由于忽略气体分子间的相互作用，故气体分子的平均动能一定减小．综上可知，选项A、D正确，选项B、C错误．答案：AD要点二热和内能[探究导入]用铁锤反复敲击铁棒，铁棒的温度会升高，把铁棒放在炭火上烧，铁棒的温度也会升高，这说明了什么问题？提示：说明做功和热传递都可以改变物体的内能．[探究归纳]1．在单纯传热中，系统从外界吸收多少热量，系统的内能就增加多少；系统向外界放出多少热量，系统的内能就减少多少．即ΔU＝U2－U1＝Q.2．传热改变物体内能的过程是不同物体之间(或同一物体不同部分之间)内能转移的过程．3．热量与功：热量和功都是系统内能变化的量度，都是过程量，一定量的热量与一定量的功相当，热量可以通过系统转化为功，功也可以通过系统转化为热量，但它们之间有着本质的区别．4．改变内能的两种方式的比较比较项目做功热传递内能变化外界对物体做功，物体的内能增加；物体对外界做功，物体的内能减少物体吸收热量，内能增加；物体放出热量，内能减少物理实质其他形式的能与内能之间的转化不同物体间或同一物体不同部分之间内能的转移相互联系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[典例2]关于热量、功和内能三个物理量，下列说法正确的是()A．热量、功和内能三者的物理意义相同，只是说法不同B．热量、功都可以作为物体内能变化的量度C．热量、功和内能的单位不同D．功由过程决定，而热量和内能由物体的状态决定[思路点拨]分析该题应注意以下三点：(1)明确功、热量、内能的意义．(2)明确功、热量、内能是过程量还是状态量．(3)明确三者的单位．[解析]选项诊断结论A物体的内能是指物体内所有分子的动能和分子势能的总和，而要改变物体的内能可以通过做功和热传递两种途径，这三者的物理意义不同×B热量是表示在热传递的过程中物体内能变化多少的物理量，而功也是用做功的方式来量度改变物体内能的多少的物理量√C三者的单位都是焦耳×D热量和功都是过程量，内能是状态量×[答案]B解决此类问题一定要明确功、热量、内能分别是过程量还是状态量．3．(多选)关于热传递，下列说法正确的是()A．热传递中，热量一定从含热量多的物体传向含热量少的物体B．两个物体间发生热传递的条件是它们之间有温度差C．在热传递中热量一定从内能多的物体传向内能少的物体D．内能相等的两个物体相互接触时，也可能发生热传递解析：热量的概念只有在涉及热传递时才有意义，所以不能说物体含有多少热量，A错误；物体间发生热传递的条件是物体间存在温度差，B正确；在热传递中，热量一定从温度高的物体传向温度低的物体，温度高的物体内能不一定多，故C错误，D正确．答案：BD4．如图所示，A、B是两个完全相同的球，分别浸没在水和水银的同一深度处，当温度稍微上升时，球的体积会明显变大．如果开始水和水银的温度相同，且两液体温度同时缓慢升高同一值，两球膨胀后，体积相等，则()A．A球吸收的热量较多B．B球吸收的热量较多C．两球吸收的热量一样多D．A球内能增加的较多解析：两球初、末状态温度相同，初、末状态体积也相同，所以内能增量相同；但水银中的B球膨胀时对外做功多，所以吸收热量较多，故选B.答案：B[要点分析]温度、内能和热量的比较温度、内能和热量的区别和联系概念区别联系温度表示物体的冷热程度，其实质是反映了物体内部大量分子无规则运动的激烈程度温度是衡量内能多少的因素之一；热量是用来衡量热传递过程中内能变化多少的物理量内能物体内部所有分子的动能和分子势能的总和．一切物体都具有内能概念区别联系热量在热传递过程中，传递内能的多少，与物质的种类(比热容)、质量和温度的变化量有关温度是衡量内能多少的因素之一；热量是用来衡量热传递过程中内能变化多少的物理量注意：温度不能“传”，热量不能“含”吸热不一定升温(如：晶体的熔化、水的沸腾)升温不一定吸热(也可以通过做功实现)5．关于温度、热量、内能，以下说法正确的是()A．一个铁块的温度升高，其内能增大B．物体吸收热量，其温度一定升高C．温度高的物体比温度低的物体含有的热量多D．温度总是从物体热的部分传递至冷的部分解析：B选项中，物体吸收热量，温度不一定就升高，例如晶体熔化、液体沸腾这些过程．C选项中热量是在热传递过程中传递能量的多少，是过程量，因此不能说物体含有热量．D选项中，在热传递的过程中，传递的是能量，不是温度，温度变化是能量变化的表象．答案：A1．(改变内能的两种方式)(多选)通过做功改变物体内能的是()A．古人钻木取火B．用火炉把水烧开C．用打气筒打气，筒壁变热D．瓶内的高压气体将瓶塞冲开，瓶内气体的温度降低解析：用火炉把水烧开是通过热传递改变物体的内能，A、C、D三项都是做功改变物体的内能，故A、C、D正确．答案：ACD2．(功、温度、热量和内能的意义)(多选)下列关于热量的说法正确的是()A．温度高的物体含有的热量多B．内能多的物体含有的热量多C．热量、功和内能的单位相同D．热量和功都是过程量，而内能是一个状态量解析：热量和功都是过程量，而内能是一个状态量，所以不能说温度高的物体含有的热量多，内能多的物体含有的热量多；热量、功和内能的单位相同，都是焦耳．答案：CD3．(功和内能的关系)如图所示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，气体内能减小解析：M向下滑动，气体体积减小，外界对气体做功，又因为与外界没有热交换，所以内能增加，故选项A正确．答案：A4．(功和内能的关系)汽车内胎放完气后，气门的温度可达到0℃以下，请你解释一下原因．解析：以内胎中的气体为系统，气体推动周围大气做功(对外界气体做功)，大气的内能增加，内胎中的气体内能减少，温度降低．如果在较短时间内做较多的功，气门来不及吸热，气门温度就可达到0℃以下．答案：见解析