【高中物理】功 熱和內(nèi)能的改變課件 2022-2023學(xué)年高二物理人教版（2019）選擇性必修第三冊

1功、熱和內(nèi)能的改變第三章熱力學(xué)定律什么是內(nèi)能？內(nèi)能大小的影響因素是什么？內(nèi)能：物體內(nèi)所有分子熱運動的動能和分子勢能的總和，叫做物體的內(nèi)能。與摩爾數(shù)有關(guān)與溫度有關(guān)與體積有關(guān)內(nèi)能與物體的摩爾數(shù)、溫度和體積有關(guān)前情回顧質(zhì)量、溫度相同的物體，內(nèi)能必定相等對嗎？不一定。比如0°C的冰和水演示：在有機玻璃筒底放置少量的易燃物,例如蓬松的棉花,迅速壓下筒中的活塞,觀察筒底物品的變化。這個實驗說明了什么？提示：做功使得物體（密閉氣體）溫度升高1818年12月24日生于英國曼徹斯特，起初研究電學(xué)和磁學(xué)。1840年在英國皇家學(xué)會上宣布了電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生熱量的定律，即焦耳定律.焦耳測量了熱與機械功之間的當(dāng)量關(guān)系——熱功當(dāng)量，為熱力學(xué)第一定律和能量守恒定律的建立奠定了實驗基礎(chǔ)。一焦耳的實驗實驗1.重物下落帶動葉片攪拌容器中的水(1)實驗裝置(2)實驗過程通過重物下落帶動葉片攪拌容器中的水，葉片與水之間的摩擦使水溫升高。(3)實驗條件整個系統(tǒng)處于絕熱過程，通過改變懸掛重物的質(zhì)量和下落高度，進(jìn)行多次實驗測量。(4)實驗結(jié)論只要重力所做的功相同，容器中水溫上升的數(shù)值就是相同的，即系統(tǒng)的狀態(tài)變化是相同的。由于實驗比較了重力做功與系統(tǒng)溫度變化的關(guān)系，所以該實驗也稱為熱功當(dāng)量實驗。實驗2.通過電流的熱效應(yīng)給水加熱(1)實驗裝置(2)實驗過程通過重物下落使發(fā)電機發(fā)電，讓電流通過電阻絲，對水加熱，使其溫度升高。(3)實驗條件整個系統(tǒng)處于絕熱過程，通過改變電流的大小或通電時間的長短，進(jìn)行多次實驗測量。(4)實驗結(jié)論只要所做的電功相等，系統(tǒng)溫度上升的數(shù)值就是相同的，即系統(tǒng)的狀態(tài)變化是相同的。絕熱過程：系統(tǒng)只由于外界對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，這樣的過程叫做絕熱過程。在各種不同的絕熱過程中，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。也就是說，在各種不同的絕熱過程中，要使系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生變化，做功的數(shù)量只由始末兩個狀態(tài)決定，與做功方式無關(guān)。焦耳的熱功當(dāng)量實驗和電流熱效應(yīng)給水加熱的實驗中做功的方式相同嗎？你能得出什么結(jié)論？在熱力學(xué)系統(tǒng)的絕熱過程中，外界對系統(tǒng)所做的功僅由過程的始末兩個狀態(tài)決定，不依賴于做功的具體過程和方式。類比思考：哪些力做功僅由物體的起點和終點兩個位置決定，與物體的運動路徑無關(guān)？重力電場力重力做功對應(yīng)重力勢能電場力做功對應(yīng)電勢能（電能）1.內(nèi)能與內(nèi)能變化(1)內(nèi)能：任何一個熱力學(xué)系統(tǒng)都必定存在一個只依賴于系統(tǒng)自身狀態(tài)的物理量，這個物理量在兩個狀態(tài)間的差別與外界在絕熱過程中對系統(tǒng)所做的功相聯(lián)系。我們把它稱為系統(tǒng)的內(nèi)能。(2)物體的內(nèi)能：物體內(nèi)所有分子的動能和勢能之和。因此，物體內(nèi)能是一個狀態(tài)量。(3)內(nèi)能的變化：當(dāng)物體溫度變化時，分子平均動能變化；物體體積變化時，分子勢能發(fā)生變化。因此，物體的內(nèi)能變化只由初、末狀態(tài)決定，與中間過程無關(guān)。2.內(nèi)能變化和做功的關(guān)系:絕熱過程中，內(nèi)能的變化等于外力對系統(tǒng)所做的功。?U=U2-U1=WW>0,U↑,?U>0W<0,U↓,?U<0三、熱與內(nèi)能的改變1.熱傳遞定義：兩個溫度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，即熱量從高溫物體傳到了低溫物體，這個過程就叫作熱傳遞。傳遞的方式：熱傳導(dǎo)、熱對流和熱輻射。熱傳遞的條件：存在溫度差。實質(zhì)：熱傳遞過程實質(zhì)是能量轉(zhuǎn)移的過程。2.熱和內(nèi)能(1)熱傳遞與內(nèi)能改變的關(guān)系①在單純熱傳遞中，系統(tǒng)從外界吸收多少熱量，系統(tǒng)的內(nèi)能就增加多少，即Q吸

=ΔU。②在單純熱傳遞中，系統(tǒng)向外界放出多少熱量，系統(tǒng)的內(nèi)能就減少多少，即Q放

=－ΔU。

(2)熱量熱量是在單純的熱傳遞過程中系統(tǒng)內(nèi)能變化的量度。4.做功和熱傳遞的區(qū)別(1)內(nèi)能改變多少的度量方式不同(2)改變內(nèi)能的本質(zhì)不同。(3)改變內(nèi)能的效果是等效的。例1

如圖2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)裝有一可以活動的絕熱活塞.今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力，則被密封的氣體A.溫度升高，壓強增大，內(nèi)能減少B.溫度降低，壓強增大，內(nèi)能減少C.溫度升高，壓強增大，內(nèi)能增加D.溫度降低，壓強減小，內(nèi)能增加√圖2例2

(多選)一銅塊和一鐵塊，質(zhì)量相等，銅塊的溫度T1比鐵塊的溫度T2高，當(dāng)它們接觸在一起時，如果不和外界交換能量，則A.從兩者開始接觸到熱平衡的整個過程中，銅塊內(nèi)能的減少量等于鐵塊

內(nèi)能的增加量B.在兩者達(dá)到熱平衡以前的任意一段時間內(nèi)，銅塊內(nèi)能的減少量不等于

鐵塊內(nèi)能的增加量C.在兩者達(dá)到熱平衡以前的任意一段時間內(nèi)，銅塊內(nèi)能的減少量都等于

鐵塊內(nèi)能的增加量D.達(dá)到熱平衡時，銅塊的溫度比鐵塊的低√√例3

在以下事例中，通過傳熱的方式來改變物體內(nèi)能的是A.兩小球碰撞后粘合起來，同時溫度升高B.冬天暖氣為房間供暖C.點燃的爆竹在空中爆炸D.汽車的車輪與地面相互摩擦發(fā)熱√例4

關(guān)于溫度、熱量、功和內(nèi)能，以下說法正確的是A.同一物體溫度高時，含有的熱量多B.物體的內(nèi)能越大，含有的熱量就越多，溫度也越高C.外界對系統(tǒng)做功W，內(nèi)能必定增加D.兩物體之間發(fā)生傳熱的條件是存在溫度差√4.(功與內(nèi)能的改變)如圖5所示，一個質(zhì)量為20kg的絕熱汽缸豎直放置，絕熱活塞的質(zhì)量為5kg，面積為0.1m2，處于靜止?fàn)顟B(tài)時被封閉氣體的高度為50cm，現(xiàn)在活塞上方加一15kg的物體，待穩(wěn)定后，被封閉氣體的高度變?yōu)?0cm.求在這一過程中氣體的內(nèi)能增加了多少？(p0＝1.01×105Pa，g取10m/s2)返回1234答案1030J圖5解析由