【物理】功、熱和內(nèi)能的改變（同步課件）-2023-2024學(xué)年高二人教版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)定律體目錄CONTENTS焦耳的實驗01熱與內(nèi)能的改變功與內(nèi)能的改變0302

在空氣壓縮引火儀底部放置少量的硝化棉，迅速壓下筒中的活塞，可以觀察到硝化棉燃燒的火苗。為什么筒底的硝化棉會被點燃呢？你能解釋這個現(xiàn)象嗎？觀察與思考：焦耳的實驗01一、焦耳的實驗

1840年開始，英國物理學(xué)家焦耳進行了多種多樣的實驗，以求精確測定外界對系統(tǒng)做功和傳熱對于系統(tǒng)狀態(tài)的影響，以及功與熱的相互關(guān)系。這項研究工作為熱力學(xué)第一定律和能量守恒定律的建立奠定了堅實的實驗基礎(chǔ)。焦耳（JamesPrescottJoule，1818—1889）一、焦耳的實驗實驗一：1.實驗裝置：用絕熱性能良好的材料制作容器，容器中安裝著葉片組成的攪拌器。一、焦耳的實驗2.實驗原理：重物下落時帶動葉片轉(zhuǎn)動，攪拌容器中的水，水由于摩擦而溫度上升。4.實驗結(jié)論：多次實驗測量表明，盡管各次懸掛重物的質(zhì)量不同，下落的高度也不一樣，但只要重力所做的功相同，容器內(nèi)水溫上升的數(shù)值都是相同的，即系統(tǒng)狀態(tài)的變化是相同的。3.絕熱過程：系統(tǒng)不從外界吸熱，也不向外界放熱，這樣的過程叫作絕熱過程。一、焦耳的實驗一、焦耳的實驗實驗二：2.實驗原理：讓正在下降的重物帶動發(fā)電機發(fā)電，電流通過浸在液體中的電阻絲，由電流的熱效應(yīng)給液體加熱，使液體溫度上升。1.實驗裝置：3.實驗結(jié)論：多次實驗結(jié)果表明，對于同一個系統(tǒng)，如果過程是絕熱的，那么不管通過電阻絲的電流或大或小、通電時間或長或短，只要所做的電功相等，則系統(tǒng)溫度上升的數(shù)值是相同的，即系統(tǒng)的狀態(tài)就發(fā)生了同樣的變化。一、焦耳的實驗

焦耳的這些實驗最終表明：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，要使系統(tǒng)狀態(tài)通過絕熱過程發(fā)生變化，做功的數(shù)量只由過程始末兩個狀態(tài)1、2決定，而與做功的方式無關(guān)。一、焦耳的實驗思考與討論：在你學(xué)習(xí)過的哪些力做功僅由物體的起點和終點兩個位置決定，而與物體的運動路徑無關(guān)？它們都與哪些能量有關(guān)？一、焦耳的實驗內(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。我們把這個物理量稱為系統(tǒng)的內(nèi)能。功與內(nèi)能的改變021.在熱力學(xué)系統(tǒng)的絕熱過程中，當(dāng)系統(tǒng)從狀態(tài)1經(jīng)過絕熱過程達到狀態(tài)2時二、功與內(nèi)能的改變ΔU=U2-U1=W2.在絕熱過程中，外界對系統(tǒng)做功，系統(tǒng)的內(nèi)能增加；系統(tǒng)對外做功，系統(tǒng)的內(nèi)能減少。二、功與內(nèi)能的改變功轉(zhuǎn)內(nèi)能的實驗：熱與內(nèi)能的改變03三、熱與內(nèi)能的改變燒水的過程燒烤的過程三、熱與內(nèi)能的改變1.當(dāng)對系統(tǒng)單純傳熱過程中，熱量是系統(tǒng)內(nèi)能變化的量度。當(dāng)系統(tǒng)從狀態(tài)1經(jīng)過單純的傳熱達到狀態(tài)2時：ΔU=U2-U1=Q2.改變內(nèi)能的三種熱傳遞方式：熱傳導(dǎo)、熱對流、熱輻射。改變內(nèi)能的兩種方式做功熱傳遞對內(nèi)對外（外界對物體做功）（物體對外界做功）（物體從外界吸熱）（物體對外界放熱）吸熱放熱內(nèi)能減少內(nèi)能增加內(nèi)能減少內(nèi)能增加總結(jié)：總結(jié)：做功和熱傳遞改變內(nèi)能的區(qū)別1.量度的方式不同：(1)做功使物體內(nèi)能發(fā)生改變，內(nèi)能的改變就用做功的數(shù)值來量度。(2)熱傳遞使物體的內(nèi)能發(fā)生改變，內(nèi)能的改變用熱量來量度。2.內(nèi)能改變的本質(zhì)不同：(1)做功時，內(nèi)能與其他形式的能發(fā)生轉(zhuǎn)化。(2)熱傳遞時，內(nèi)能只是不同物體（或一個物體的不同部分）之間的轉(zhuǎn)移。課堂練習(xí)041．下列生活實例中通過熱傳遞改變物體內(nèi)能的是（）A．野外生存中利用鉆木取火B(yǎng)．暖手寶可以使手變得暖和C．搓搓手可以讓手變得暖和D．鐵釘被錘子敲打后會升溫B【答案】B【詳解】A．野外生存中利用鉆木取火是做功改變內(nèi)能，選項A錯誤；B．暖手寶可以使手變得暖和是熱傳遞改變內(nèi)能，選項B正確；C．搓搓手可以讓手變得暖和是做功改變內(nèi)能，選項C錯誤；D．鐵釘被錘子敲打后會升溫是做功改變內(nèi)能，選項D錯誤；故選B。2．金屬制成的汽缸中放入浸了少許乙醚的脫脂棉，有可能使其達到燃點而燃燒的過程是（）A．迅速向里推活塞 B．迅速向外拉活塞C．緩慢向里推活塞 D．緩慢向外拉活塞A【答案】A【詳解】浸了乙醚的脫脂棉較容易燃燒，但在常溫或稍高于常溫的情況下也不會自燃，因此，想使其達到燃點而燃燒必須使其溫度升高足夠高，即使其內(nèi)能有足夠的增加。若向外拉活塞，無論是緩慢拉還是迅速拉，都會因為氣體膨脹對外做功而導(dǎo)致汽缸內(nèi)氣體內(nèi)能減少（溫度降低）；當(dāng)緩慢向里推活塞時，盡管外界對缸內(nèi)氣體做功而使氣體溫度升高，但由于氣體同時要向外散熱，此過程氣體溫度升高不多，也不能達到乙醚燃點；而當(dāng)迅速向里推活塞時，外界對氣體做功的功率很大，由于氣體來不及向外散熱，因此，氣溫急劇上升，這樣就可以使缸內(nèi)氣體溫度達到乙醚燃點而使之燃燒，故A正確，BCD錯誤。故選A。3．關(guān)于做功、傳熱與內(nèi)能變化的說法，正確的是（

）A．不通過做功的過程，物體的內(nèi)能也可以改變B．不對物體做功，物體的內(nèi)能會保持不變C．外力對物體做2J的功，物體就一定增加2J的內(nèi)能D．物體吸收熱量，內(nèi)能一定增加A【答案】A【詳解】AB．做功和傳熱都可以改變物體的內(nèi)能，故A正確B錯誤；C．外力對物體做2J的功，若物體與外界沒有熱交換，則內(nèi)能一定增加2J，故C錯誤；D．物體吸收熱量時，如果對外做功，內(nèi)能不一定增加故D錯誤。故選A。4．我們用手不斷反復(fù)彎折鉛絲，鉛絲被折斷的同時溫度也升高了，這一事實說明（

）A．鉛絲不吸收熱量，溫度也能升高B．對物體做功，能使物體內(nèi)能增加C．做功和熱傳遞對物體內(nèi)能的改變是等效的D．機械功可以轉(zhuǎn)化成熱量，鉛絲吸收了熱量，溫度升高BC【答案】BC【詳解】改變物體內(nèi)能有兩種方式：做功和熱傳遞。拿一段鐵絲反復(fù)彎折多