2019-2020學(xué)年高中物理 第十章 熱力學(xué)定律 1、2 功和內(nèi)能 熱和內(nèi)能課件 新人教版選修3-3.ppt

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第十章熱力學(xué)定律 1 2功和內(nèi)能熱和內(nèi)能 一 焦耳實(shí)驗(yàn)閱讀教材第50頁(yè) 焦耳的實(shí)驗(yàn) 部分 知道什么是絕熱過(guò)程 了解焦耳實(shí)驗(yàn)的代表性實(shí)驗(yàn)及實(shí)驗(yàn)結(jié)論 1 實(shí)驗(yàn)條件絕熱過(guò)程 系統(tǒng)只通過(guò)對(duì)外界做功或外界對(duì)它做功而與外界交換能量 它不從外界吸熱 也不向外界放熱 2 代表性實(shí)驗(yàn) 1 讓重物下落帶動(dòng)葉片攪拌容器中的水 引起水溫上升 2 通過(guò)電流的熱效應(yīng)給水加熱 3 實(shí)驗(yàn)結(jié)論在各種不同的絕熱過(guò)程中 如果使系統(tǒng)從狀態(tài)1變?yōu)闋顟B(tài)2 所需外界做功的數(shù)量是相同的 即要使系統(tǒng)狀態(tài)通過(guò)絕熱過(guò)程發(fā)生變化 做功的數(shù)量只由過(guò)程始末兩個(gè)狀態(tài)1 2決定 而與做功的方式無(wú)關(guān) 二 功和內(nèi)能1 系統(tǒng)的內(nèi)能 任何一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)都必定存在一個(gè)只依賴于系統(tǒng)自身狀態(tài)的物理量 這個(gè)物理量在兩個(gè)狀態(tài)間的差別與外界在絕熱過(guò)程中對(duì)系統(tǒng)做的功相聯(lián)系 是系統(tǒng)的一種能量 我們把它稱為系統(tǒng)的內(nèi)能 2 絕熱過(guò)程中做功與系統(tǒng)內(nèi)能變化的關(guān)系 當(dāng)系統(tǒng)從某一狀態(tài)經(jīng)過(guò)絕熱過(guò)程達(dá)到另一狀態(tài)時(shí) 內(nèi)能的增加量 U就等于外界對(duì)系統(tǒng)所做的功W 即 U W 三 熱和內(nèi)能1 熱傳遞 熱量從高溫物體傳到低溫物體的過(guò)程 2 實(shí)現(xiàn)熱傳遞的條件 兩物體間存在著溫度差 3 熱傳遞與系統(tǒng)內(nèi)能變化的關(guān)系 系統(tǒng)在單純的傳熱過(guò)程中內(nèi)能的增量 U等于外界向系統(tǒng)傳遞的熱量Q 即 U Q 4 對(duì)熱量的理解 熱量是用來(lái)衡量熱傳遞過(guò)程中內(nèi)能變化多少的一個(gè)物理量 是一個(gè)過(guò)程量 不能說(shuō)物體具有多少熱量 只能說(shuō)物體吸收或放出了多少熱量 四 熱和功的比較1 改變系統(tǒng)內(nèi)能的方式 做功和熱傳遞 2 做功和熱傳遞在改變物體內(nèi)能方面的區(qū)別 做功時(shí)內(nèi)能與其他形式的能發(fā)生轉(zhuǎn)化 而熱傳遞只是不同物體間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移 自我檢測(cè)1 判斷正誤 對(duì)的畫 錯(cuò)的畫 1 在絕熱過(guò)程中 系統(tǒng)對(duì)外界做的功等于系統(tǒng)內(nèi)能的增加量 解析 在絕熱過(guò)程中 外界對(duì)系統(tǒng)做的功等于系統(tǒng)內(nèi)能的增加量 系統(tǒng)對(duì)外界做的功等于系統(tǒng)內(nèi)能的減少量 答案 2 功和內(nèi)能都是能量轉(zhuǎn)化的量度 解析 功是能量轉(zhuǎn)化的量度 內(nèi)能不是能量轉(zhuǎn)化的量度 答案 3 溫度高的物體含有的熱量多 解析 熱量是個(gè)過(guò)程量 只有當(dāng)兩物體發(fā)生熱傳遞時(shí) 熱量才從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體 答案 4 熱量一定從內(nèi)能多的物體傳遞給內(nèi)能少的物體 解析 熱傳遞的條件是兩物體存在溫度差 熱量是從溫度高的物體傳遞給溫度低的物體 答案 2 探究討論 1 教材第50頁(yè)演示實(shí)驗(yàn)圖10 1 1反映了怎樣的能量轉(zhuǎn)化過(guò)程 答案 做功可以改變物體的內(nèi)能 本實(shí)驗(yàn)就是通過(guò)外力做功 機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 筒底物品內(nèi)能增加 溫度達(dá)到著火點(diǎn)而燃燒 2 當(dāng)我們雙手靠近火源時(shí) 立即就會(huì)感受到手變熱了 冬天 當(dāng)天氣冷時(shí) 我們搓搓手就會(huì)感到手暖一些 這些各是利用什么方式改變內(nèi)能的 答案 靠近火源是利用熱傳遞讓手變熱 搓搓手是利用做功讓手變熱 3 兩個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)達(dá)到熱平衡后還發(fā)生熱傳遞嗎 它們的內(nèi)能相等嗎 答案 它們達(dá)到熱平衡時(shí)溫度相同 不再發(fā)生熱傳遞 其分子的平均動(dòng)能相等 但無(wú)法判斷內(nèi)能是否相等 4 鋸木頭時(shí) 鋸子發(fā)熱現(xiàn)象中能量是如何轉(zhuǎn)化的 鋸木頭時(shí)鋸子發(fā)熱答案 通過(guò)做功過(guò)程使機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 探究一 探究二 功和內(nèi)能問(wèn)題探究鉆木取火是人類最早使用火的方式 火獲得的能量是怎樣得到的 要想自己順利完成鉆木取火實(shí)驗(yàn) 你覺得需要從哪些方面做準(zhǔn)備 要點(diǎn)提示鉆木取火中的內(nèi)能增加是通過(guò)外力做功 使機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能來(lái)完成的 要想實(shí)驗(yàn)成功 需要尋找干燥的木材 適合的引火草絨等 探究一 探究二 知識(shí)歸納1 內(nèi)能與內(nèi)能的變化 1 物體的內(nèi)能是指物體內(nèi)所有分子的動(dòng)能和勢(shì)能之和 因此 物體的內(nèi)能是一個(gè)狀態(tài)量 2 當(dāng)物體溫度變化時(shí) 分子的平均動(dòng)能變化 物體的體積變化時(shí) 分子勢(shì)能發(fā)生變化 因此物體的內(nèi)能變化只由初末狀態(tài)決定 與中間過(guò)程及方式無(wú)關(guān) 2 做功與內(nèi)能變化的關(guān)系 1 做功改變物體內(nèi)能的過(guò)程是其他形式的能 如機(jī)械能 與內(nèi)能相互轉(zhuǎn)化的過(guò)程 2 在絕熱過(guò)程中 外界對(duì)物體做多少功 就有多少其他形式的能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 物體的內(nèi)能就增加多少 即 U W 探究一 探究二 3 功和內(nèi)能的區(qū)別 1 功是能量轉(zhuǎn)化的量度 是過(guò)程量 而內(nèi)能是狀態(tài)量 2 做功過(guò)程中 能量一定會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)化 而內(nèi)能不一定變化 只有在絕熱過(guò)程中 做功才一定能引起內(nèi)能的變化 3 物體的內(nèi)能大 并不意味著做功多 在絕熱過(guò)程中 只有內(nèi)能變化較大時(shí) 才對(duì)應(yīng)著做功較多 4 判斷絕熱過(guò)程中內(nèi)能變化的方法判斷氣體絕熱過(guò)程的內(nèi)能變化一般情況下只需看氣體體積變化就可決定 若體積增大 氣體對(duì)外界做功 W0 即 U 0 內(nèi)能增加 氣體自由膨脹時(shí) 氣體與外界相互不做功 因此這種情況下氣體體積增大沒有外界阻力 也就不需要對(duì)外界做功 探究一 探究二 典例剖析 例題1 如圖所示 一定質(zhì)量的理想氣體密封在絕熱 即與外界不發(fā)生熱交換 容器中 容器內(nèi)裝有一可以活動(dòng)的絕熱活塞 今對(duì)活塞施以一豎直向下的壓力F 使活塞緩慢向下移動(dòng)一段距離后 氣體的體積減小 若忽略活塞與容器壁間的摩擦 則被密封的氣體 A 溫度升高 壓強(qiáng)增大 內(nèi)能減少B 溫度降低 壓強(qiáng)增大 內(nèi)能減少C 溫度升高 壓強(qiáng)增大 內(nèi)能增加D 溫度降低 壓強(qiáng)減小 內(nèi)能增加 探究一 探究二 思考問(wèn)題 1 絕熱容器 是什么意思 提示系統(tǒng)既不向外界傳熱 又不從外界吸熱 2 活塞緩慢向下移動(dòng)一段距離時(shí)做功情況怎樣 提示外界對(duì)理想氣體做了功 解析 由F對(duì)密閉的理想氣體做正功 容器及活塞絕熱 知Q 0 由功和內(nèi)能的關(guān)系知理想氣體內(nèi)能增大 溫度T升高 再根據(jù) 體積V減小 壓強(qiáng)p增大 故選C 答案 C 探究一 探究二 分析絕熱過(guò)程的方法 1 在絕熱的情況下 若外界對(duì)系統(tǒng)做正功 系統(tǒng)內(nèi)能增加 若系統(tǒng)對(duì)外界做正功 系統(tǒng)內(nèi)能減少 此過(guò)程做功的多少為轉(zhuǎn)化為內(nèi)能多少的量度 2 在絕熱過(guò)程中 內(nèi)能和其他形式的能一樣也是狀態(tài)量 氣體的初 末狀態(tài)確定了 即在初 末狀態(tài)的內(nèi)能也相應(yīng)地確定了 內(nèi)能的變化 U也確定了 而功是能量轉(zhuǎn)化的量度 所以 U W 即W也確定了 這也是判斷絕熱過(guò)程的一種方法 探究一 探究二 變式訓(xùn)練1 多選 一物體獲得一定初速度后 沿著一粗糙斜面上滑 在上滑過(guò)程中 物體和斜面組成的系統(tǒng) A 機(jī)械能守恒B 總能量守恒C 機(jī)械能和內(nèi)能增加D 機(jī)械能減少 內(nèi)能增加解析 物體沿斜面上滑過(guò)程中 有摩擦力對(duì)物體做負(fù)功 所以物體的機(jī)械能減少 由能量守恒定律知 內(nèi)能應(yīng)增加 能量總量不變 答案 BD 探究一 探究二 熱和內(nèi)能問(wèn)題探究 圍爐夜話 是古代中國(guó)文人認(rèn)為最有生活情趣的一種生活方式 在 圍爐 的過(guò)程中 人的身體并沒有和爐子本身發(fā)生接觸 為什么還能夠感到溫暖 現(xiàn)代取暖的方式主要是暖氣 暖氣和爐子在能量傳遞方面有什么相同點(diǎn) 要點(diǎn)提示爐子和人身體沒有發(fā)生接觸也可以感到溫暖是因?yàn)闊崃靠梢酝ㄟ^(guò)熱傳導(dǎo)的方法向外擴(kuò)散 這和暖氣的散熱方式是相同的 探究一 探究二 知識(shí)歸納溫度 內(nèi)能和熱量的區(qū)別與聯(lián)系 探究一 探究二 典例剖析 例題2 多選 A B兩物體之間接觸 但沒有發(fā)生熱傳遞 則 A 兩物體所含有的熱量相等B 兩物體的內(nèi)能相等C 兩物體的溫度相同D 兩物體的內(nèi)能不一定相等 思考問(wèn)題 1 熱傳遞發(fā)生的條件是什么 提示物體之間存在著溫度差 高溫物體放出熱量 低溫物體吸收熱量 若兩物體溫度相同 它們之間便不會(huì)發(fā)生熱傳遞 2 物體的溫度相等時(shí) 內(nèi)能相等嗎 提示不一定相等 探究一 探究二 解析 處于熱平衡的兩物體溫度相等 不發(fā)生熱傳遞 物體的內(nèi)能取決于物體的物質(zhì)的量 溫度和體積 溫度相等 內(nèi)能不一定相等 所以選項(xiàng)C D正確 答案 CD熱傳遞的過(guò)程分析熱量是熱傳遞過(guò)程中物體內(nèi)能變化的量度 在只有熱傳遞的過(guò)程中 沒有做功 物體吸收多少熱量 它的內(nèi)能就增加多少 反之 物體的內(nèi)能減少多少 物體就放出多少熱量 探究一 探究二 變式訓(xùn)練2關(guān)于物體的內(nèi)能和熱量 下列說(shuō)法中正確的是 A 熱水的內(nèi)能比冷水的內(nèi)能多B 溫度高的物體其熱量必定多 內(nèi)能必定大C 在熱傳遞過(guò)程中 內(nèi)能大的物體其內(nèi)能將減小 內(nèi)能小的物體其內(nèi)能將增大 直到兩物體的內(nèi)能相等D 熱量是熱傳遞過(guò)程中內(nèi)能轉(zhuǎn)移的量度解析 物體的內(nèi)能由溫度 體積及物體的質(zhì)量決定 不是只由溫度決定 故A B錯(cuò) 在熱傳遞過(guò)程中 熱量由高溫物體傳給低溫物體 而與物體的內(nèi)能大小無(wú)關(guān) 所以完全有可能是內(nèi)能大的物體內(nèi)能繼續(xù)增大 內(nèi)能小的物體內(nèi)能繼續(xù)減小 故C項(xiàng)錯(cuò) 關(guān)于熱量的論述 D項(xiàng)是正確的 答案 D 1 2 3 4 5 1 多選 在一個(gè)絕熱汽缸里 若因氣體膨脹 活塞把重物逐漸舉高 則在這個(gè)過(guò)程中 汽缸中的氣體 可視為理想氣體 A 溫度升高B 溫度降低C 內(nèi)能增加D 內(nèi)能減少解析 汽缸絕熱 封閉氣體膨脹對(duì)活塞做功 氣體的內(nèi)能減少 理想氣體的內(nèi)能只與氣體的溫度有關(guān) 可知?dú)怏w內(nèi)能減少 溫度降低 故B D兩項(xiàng)正確 答案 BD 1 2 3 4 5 2 關(guān)于熱傳遞 下列說(shuō)法正確的是 A 熱傳遞是高溫物體的溫度傳給低溫物體B 并不接觸的物體之間不會(huì)發(fā)生熱傳遞C 比熱容相同的物體之間不會(huì)發(fā)生熱傳遞D 溫度相同的物體之間不會(huì)發(fā)生熱傳遞解析 熱傳遞實(shí)質(zhì)是內(nèi)能從高溫物體轉(zhuǎn)移到低溫物體 傳遞的不是溫度 傳遞的是熱量 A項(xiàng)錯(cuò)誤 不接觸的物體之間可以通過(guò)熱輻射的方式進(jìn)行熱傳遞 B項(xiàng)錯(cuò)誤 熱量總是從溫度高的物體傳遞給溫度低的物體 和物體的比熱容沒有關(guān)系 C項(xiàng)錯(cuò)誤 溫度相同的物體之間不存在溫度差 不會(huì)發(fā)生熱傳遞 D項(xiàng)正確 答案 D 1 2 3 4 5 3 關(guān)于溫度 熱量 內(nèi)能 以下說(shuō)法正確的是 A 一個(gè)鐵塊的溫度升高 其內(nèi)能增大B 物體吸收熱量 其溫度一定升高C 溫度高的物體比溫度低的物體含有的熱量多D 溫度總是從物體熱的部分傳遞至冷的部分解析 選項(xiàng)B中 物體吸收熱量 溫度不一定就升高 例如晶體熔化 液體沸騰這些過(guò)程 選項(xiàng)C中熱量是在熱傳遞過(guò)程中傳遞能量的多少 是過(guò)程量 因此不能說(shuō)物體含有熱量 選項(xiàng)D中 在熱傳遞的過(guò)程中 傳遞的是能量 不是溫度 溫度變化是能量變化的表象 答案 A 1 2 3 4 5 4 下列各事例通過(guò)熱傳遞改變物體內(nèi)能的是 A 車床上車刀切削工件后發(fā)熱B 擦火柴時(shí)火柴頭溫度升高C 用肥皂水淋車刀后車刀降溫D 搓搓手就會(huì)覺得手發(fā)熱解析 車床上車刀切削工件后發(fā)熱 擦火柴時(shí)火柴頭溫度升高 搓搓手就會(huì)覺得手發(fā)熱都是通過(guò)做功改變物體內(nèi)能 用肥皂水淋車刀后車刀降溫是通過(guò)熱傳遞改變物體內(nèi)能的 選項(xiàng)C正確 答案 C 1 2 3 4 5 5 如圖所示 瓶?jī)?nèi)裝有少量的水 瓶口已塞緊 水上方空氣中有水蒸氣 用打氣筒向瓶?jī)?nèi)打氣 當(dāng)塞子從瓶口跳出時(shí) 瓶?jī)?nèi)出現(xiàn) 白霧 這一現(xiàn)象產(chǎn)生的原因可以用下面三句話解釋 甲 水蒸氣凝結(jié)成小水珠 乙 瓶?jī)?nèi)氣體推動(dòng)瓶塞做功 內(nèi)能減小 丙 溫度降低 三句話正確的順序是 A 甲 乙 丙B 乙 丙 甲C 丙 甲 乙D 乙 甲 丙解析 根據(jù)題意因果順序的進(jìn)程為 空氣推動(dòng)瓶塞做功 空氣內(nèi)能減小 瓶?jī)?nèi)空氣溫度降低 瓶?jī)?nèi)水蒸氣液化成小水珠即 白霧 而瓶塞跳起的原因是用打氣筒往瓶?jī)?nèi)打氣使氣體壓強(qiáng)增大所致 答案 B