新教材同步系列2024春高中物理第三章熱力學定律1功熱和內能的改變課件新人教版選擇性必修第三冊

第三章熱力學定律①物理觀念：對熱量、功、內能、熱力學第一、二定律的學習，進一步促進學生的物理觀念、運動與相互作用觀念、能量觀念這些物理學科核心素養的形成．②科學思維：能在特定情境中將氣體的變化過程抽象為絕熱過程、氣體不做功的等容過程；能運用能量守恒的觀點分析解決實際問題．③科學探究：具有一定發現問題的意識；通過對兩種改變物體內能方式的探究，運用多種方法，創設多種問題情境，引導學生探究并討論，讓學生廣泛了解熱力學定律對人類生活和社會發展的影響．④科學態度與責任：知道物理學研究的很多問題就在身邊，對自然界有好奇心，具有探索的興趣；注重運用熱力學定律分析和解決人們生產、生活中的一些問題．本章重點①分清內能、功、熱量、溫度四個物理量的區別和聯系；②理解能量守恒定律，知道能量守恒定律是自然界中普遍遵循的基本規律；③理解熱力學第二定律的兩種表述，并能用熱力學第二定律解釋第二類永動機不可能制成．本章難點①知道做功和熱傳遞是改變內能的兩種方式，且對改變系統內能是等效的；②運用熱力學第一定律解釋自然界中能量的轉化、轉移問題，理解第一類永動機是不可能制成的；③學會運用熱力學第二定律解決一些實際問題．1功、熱和內能的改變學習目標學法與考法1．掌握從熱力學角度認識內能的概念．了解焦耳的兩個實驗(重點)2．知道做功與內能改變的轉化關系，知道熱傳遞的熱量與內能變化的關系(重難點)3．知道做功和熱傳遞是改變內能的兩種方式，且對改變系統內能是等效的(難點)學法：①通過觀察、思考，知道物體的內能是系統的一個狀態量．②通過對改變內能的兩種方式的探究，培養實驗探究能力、提高科學思維水平考法：①對內能、功、熱量、溫度四個物理量的理解、區別和聯系的考查．②對改變物體內能兩種方式的考查知識導圖

課前?自主預習功和內能1．焦耳的實驗(1)絕熱過程：系統只由于外界對它做功而與外界交換______，它不從外界________，也不向外界________．(2)代表性實驗：熱功當量實驗和探究焦耳定律實驗．①重物下落帶動葉片攪拌容器中的水，引起水溫_______．②通過電流的__________給水加熱．(3)實驗結論：要使系統狀態通過絕熱過程發生變化，做功的數量只由過程始、末兩個狀態決定，而與做功的________無關．能量吸熱放熱上升熱效應方式2．功和內能(1)內能：任何一個熱力學系統都必定存在一個只依賴于系統____________的物理量，這個物理量在兩個狀態間的差別與外界在________過程中對系統所做的功相聯系．鑒于功是能量________的量度，所以這個物理量必定是系統的一種能量，我們把它稱為系統的內能．(2)功和內能：在絕熱過程中，外界對系統做的功等于系統內能的增加量，即__________．自身

狀態絕熱變化ΔU＝W

功就是能嗎？功和內能都是能量轉化的量度嗎？【答案】功和能是兩個不同的物理量，功是過程量，能是狀態量，不能認為功就是能．功是能量轉化的量度．

(多選)如圖所示，為焦耳實驗裝置圖，用絕熱性能良好的材料將容器包好，重物下落帶動葉片攪拌容器里的水，引起水溫升高．關于這個實驗，下列說法正確的是(

)A．這個裝置可測定熱功當量B．做功增加了水的熱量C．做功增加了水的內能D．功和熱量是完全等價的，無區別【答案】AC

【解析】將做功過程和吸熱過程在同等條件下比較，可測出熱功當量，故A正確；做功增加了水的內能，熱量只是熱傳遞過程中內能改變的量度，故B錯誤，C正確；做功和傳熱產生的效果相同，但功和熱量是不同的概念，D錯誤．熱和內能1．熱傳遞(1)條件：物體的________不同．(2)定義：兩個________不同的物體相互接觸時，溫度高的物體要降溫，溫度低的物體要升溫，________從高溫物體傳到了低溫物體．溫度溫度熱量2．熱和內能(1)熱量：它是在單純的傳熱過程中系統________變化的量度．(2)表達式：__________．(3)熱傳遞與做功在改變系統內能上的異同：①做功和熱傳遞都能引起系統______的改變．②做功是內能與其他形式能的________；熱傳遞只是不同物體(或一個物體的不同部分)之間______________．內能ΔU＝Q

內能轉化內能的轉移熱量一定是從內能多的物體傳遞給內能少的物體嗎？【答案】熱量從高溫物體傳遞到低溫物體．

(多選)關于物體的內能和熱量，下列說法中不正確的有

(

)A．熱水的內能比冷水的內能多B．溫度高的物體其熱量必定多，內能必定大C．在熱傳遞過程中，內能大的物體其內能將減小，內能小的物體其內能將增大，直到兩物體的內能相等D．在熱傳遞過程中，熱量從高溫物體傳遞到低溫物體，直到兩物體的溫度相同為止【答案】ABC【解析】物體的內能由溫度、體積及物體的質量決定，不是只由溫度決定，故A、B錯誤；在熱傳遞過程中，熱量由高溫物體傳給低溫物體，而與物體的內能大小無關，所以完全有可能是內能大的物體內能繼續增大，內能小的物體內能繼續減小，故C錯誤，D正確．課堂?重難探究－對功和內能的理解1．內能：物體的內能是指物體內所有分子的平均動能和勢能之和．(1)在微觀上由分子數、分子熱運動的劇烈程度和相互作用力決定，宏觀上體現為物體的溫度和體積，因此物體的內能是一個狀態量．(2)在系統不吸熱也不放熱的絕熱過程中，內能發生變化的原因是做功，伴隨的能量轉化是外界的能量與系統自身的能量發生了轉化，系統自身的能量稱為內能．(3)造成系統內能變化的量與做功方式無關，與做功的數量有關．(4)內能是狀態量，由它的狀態、溫度、體積、質量決定．2．(1)做功與內能變化的關系：當系統從某一狀態經過絕熱過程達到另一狀態時，內能的增加量ΔU就等于外界對系統所做的功W，用式子表示為ΔU＝U2－U1＝W．(2)系統內能的改變量ΔU只與初、末狀態的內能U1和U2有關，與做功的過程、方式無關．(3)功和內能的區別：①功是過程量，內能是狀態量．②在絕熱過程中，做功一定能引起內能的變化．③物體的內能大，并不意味著外界對它做功多，在絕熱過程中，只有體積變化較大時，對應著做功多．對功和內能的理解例1如圖所示，一定質量的理想氣體密封在絕熱(即與外界不發生熱交換)容器中，容器內裝有一可以活動的絕熱活塞．當對活塞施加一豎直向下的壓力F，使活塞緩慢向下移動一段距離后，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，壓強增大，內能減少B．溫度降低，壓強增大，內能減少C．溫度升高，壓強增大，內能增加D．溫度降低，壓強減小，內能增加【答案】C變式1

(2023年上海期中)把浸有乙醚的一小塊棉花放在厚玻璃筒內底部，當很快向下壓活塞時，使浸有乙醚的棉花燃燒起來，此次做功直接增加了內能的是

(

)A．內部氣體 B．活塞C．乙醚 D．棉花【答案】A【解析】當用力壓活塞時，活塞壓縮玻璃筒內的空氣，對空氣做功，空氣的內能增加，溫度升高，當達到乙醚著火點時，筒內棉花就會燃燒起來，A正確．分析絕熱過程的方法1．在絕熱的情況下，若外界對系統做正功，系統內能增加，ΔU為正值；若系統對外界做正功，系統內能減少，ΔU為負值．此過程做功的多少為內能轉化的量度．2．在絕熱過程中，內能和其他形式的能一樣也是狀態量，在初、末狀態的內能確定了，內能的變化ΔU也確定了．而功是能量轉化的量度，所以ΔU＝W，即W為恒量，這也是判斷絕熱做功過程的一種方法．－對熱和內能的理解1．熱傳遞(1)熱量從高溫物體傳遞到低溫物體，或從物體的高溫部分傳遞到低溫部分，叫作熱傳遞．(2)熱傳遞的三種方式：熱傳導、熱對流和熱輻射．2．熱傳遞的實質熱傳遞實質上傳遞的是能量，結果是改變了系統的內能．傳遞能量的多少用熱量來計算．3．傳遞的熱量與內能改變的關系(1)在單純熱傳遞中，系統從外界吸收多少熱量，系統的內能就增加多少．即Q吸＝ΔU．(2)在單純熱傳遞中，系統向外界放出多少熱量，系統的內能就減少多少．即Q放＝－ΔU．4．改變內能的兩種方式的比較比較項目做功熱傳遞內能變化外界對物體做功，物體的內能增加；物體對外界做功，物體的內能減少物體吸收熱量，內能增加；物體放出熱量，內能減少物理實質其他形式的能與內能之間的轉化不同物體間或同一物體不同部分之間內能的轉移相互聯系做一定量的功或傳遞一定量的熱量在改變內能的效果上是相同的對熱和內能的理解例2如圖所示，太陽能熱水器是一種能夠將太陽的光能轉化為內能的裝置．這種裝置可以使裝置內的水溫度升高，這種改變水的內能的方式是(

)A．做功

B．熱傳遞C．既有做功也有熱傳遞

D．電流的熱效應【答案】B【解析】太陽能熱水器是通過熱傳遞的方式將水加熱，B正確．變式2

下列現象中，通過傳熱的方法來改變物體內能的是

(

)A．打開電燈開關，燈絲的溫度升高，內能增加B．太陽能熱水器在陽光照射下，水的溫度逐漸升高C．用磨刀石磨刀時，刀片的溫度升高，內能增加D．打擊鐵釘，鐵釘的溫度升高，內能增加【答案】B【解析】打開電燈開關，燈絲的溫度升高，是通過電流做功的方法來改變物體內能的，A錯誤；太陽能熱水器中水的內能增加是以傳熱方式進行的，B正確；用磨刀石磨刀時，刀片溫度升高，是通過摩擦力做功的方法來改變物體內能的，C錯誤；打擊鐵釘，鐵釘溫度升高，是通過做功的方法來改變物體內能的，D錯誤．熱量和內能的理解1．熱量的概念只有在涉及能量傳遞時才有意義，因此不能說物體具有多少熱量，只能說物體吸收或放出了多少熱量．2．在系統與外界只發生熱傳遞時，系統吸收多少熱量，系統內能就增加多少；系統放出多少熱量，系統內能就減少多少．小練?隨堂鞏固1．下列屬于內能發生轉移的過程是 (

)A．摩擦生熱 B．電流做功產生電熱C．安培力做功 D．熱傳遞【答案】D【解析】摩擦生熱屬于做功的方式實現機械能變成內能，A錯誤；電流做功產生電熱屬于做功的方式改變內能，B錯誤；安培力做功屬于做功的方式改變內能，C錯誤；熱傳遞屬于熱量在物體間傳遞，D正確．2．在絕熱過程中，外界壓縮氣體做功20J，下列說法正確的是

(

)A．氣體內能一定增加20JB．氣體內能增加必定小于20JC．氣體內能增加可能小于20JD．氣體內能可能不變【答案】A【解析】做功的過程是能量轉化的過程，在絕熱過程中，做多少功，內能就增加多少，A正確．3．下列關于做功和傳熱的說法中，正確的是 (

)A．做功和傳熱都能引起系統的內能改變B．只要外界對物體做功，物體的內能就一定改變C．傳熱的條件是物體間存在內能差D．做功和傳熱改變物體內能的實質是一樣的【答案】A【解析】做功和傳熱都能引起系統的內能改變，效果相同，但它們的實質不同，做功是其他形式的能和內能之間的轉化，而傳熱是不同物體或一個物體的不同部分間內能的轉移，A正確，D錯誤；因為熱量交換情況未知，所以外界對物體做功，物體的內能不一定改變，B錯誤；傳熱的條件是物體間存在溫度差，而不是存在內能差，C錯誤．4．下列各事例中通過熱傳遞改變物體內能的是 (

)A．車床上車刀切削工件后發熱B．擦火柴時火柴頭溫度升高C．用肥皂水淋車刀后車刀降溫D．搓搓手就會覺得手發熱【答案】C【解析】車床上車刀切削工件后發熱，擦火柴時火柴頭溫度升高，搓搓手就會覺得手發熱都是通過做功改變物體內能；用肥皂水淋車刀后車刀降溫是通過熱傳遞改變物體內能的，C正確．5．(多選)對于熱量、功和內能三者的理解，下列說法中正確的是

(

)A．三者單位相同，物理意義相同B．熱量和功是內能的量度C．熱量和功由過程決定，而內能由物體狀態決定D．系統內能增加了100J，可能是外界采用絕熱方式對系統做功100J，也可能是外界單一地向系統傳遞熱量100J【答案】CD【解析】熱量、功和內能三者盡管單位相同，但物理意義有本質區別，A錯誤；熱量和功由過程決定，內能由物體狀態決定，熱量和功是內能變化的量度，C正確，B錯誤；對一個絕熱過程ΔU＝W＝100