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

第三章熱力學(xué)定律①物理觀念：對(duì)熱量、功、內(nèi)能、熱力學(xué)第一、二定律的學(xué)習(xí)，進(jìn)一步促進(jìn)學(xué)生的物理觀念、運(yùn)動(dòng)與相互作用觀念、能量觀念這些物理學(xué)科核心素養(yǎng)的形成．②科學(xué)思維：能在特定情境中將氣體的變化過(guò)程抽象為絕熱過(guò)程、氣體不做功的等容過(guò)程；能運(yùn)用能量守恒的觀點(diǎn)分析解決實(shí)際問(wèn)題．③科學(xué)探究：具有一定發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的意識(shí)；通過(guò)對(duì)兩種改變物體內(nèi)能方式的探究，運(yùn)用多種方法，創(chuàng)設(shè)多種問(wèn)題情境，引導(dǎo)學(xué)生探究并討論，讓學(xué)生廣泛了解熱力學(xué)定律對(duì)人類(lèi)生活和社會(huì)發(fā)展的影響．④科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：知道物理學(xué)研究的很多問(wèn)題就在身邊，對(duì)自然界有好奇心，具有探索的興趣；注重運(yùn)用熱力學(xué)定律分析和解決人們生產(chǎn)、生活中的一些問(wèn)題．本章重點(diǎn)①分清內(nèi)能、功、熱量、溫度四個(gè)物理量的區(qū)別和聯(lián)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(guī)律；③理解熱力學(xué)第二定律的兩種表述，并能用熱力學(xué)第二定律解釋第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)不可能制成．本章難點(diǎn)①知道做功和熱傳遞是改變內(nèi)能的兩種方式，且對(duì)改變系統(tǒng)內(nèi)能是等效的；②運(yùn)用熱力學(xué)第一定律解釋自然界中能量的轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)移問(wèn)題，理解第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)是不可能制成的；③學(xué)會(huì)運(yùn)用熱力學(xué)第二定律解決一些實(shí)際問(wèn)題．1功、熱和內(nèi)能的改變學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)法與考法1．掌握從熱力學(xué)角度認(rèn)識(shí)內(nèi)能的概念．了解焦耳的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)(重點(diǎn))2．知道做功與內(nèi)能改變的轉(zhuǎn)化關(guān)系，知道熱傳遞的熱量與內(nèi)能變化的關(guān)系(重難點(diǎn))3．知道做功和熱傳遞是改變內(nèi)能的兩種方式，且對(duì)改變系統(tǒng)內(nèi)能是等效的(難點(diǎn))學(xué)法：①通過(guò)觀察、思考，知道物體的內(nèi)能是系統(tǒng)的一個(gè)狀態(tài)量．②通過(guò)對(duì)改變內(nèi)能的兩種方式的探究，培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)探究能力、提高科學(xué)思維水平考法：①對(duì)內(nèi)能、功、熱量、溫度四個(gè)物理量的理解、區(qū)別和聯(lián)系的考查．②對(duì)改變物體內(nèi)能兩種方式的考查知識(shí)導(dǎo)圖

課前?自主預(yù)習(xí)功和內(nèi)能1．焦耳的實(shí)驗(yàn)(1)絕熱過(guò)程：系統(tǒng)只由于外界對(duì)它做功而與外界交換______，它不從外界________，也不向外界________．(2)代表性實(shí)驗(yàn)：熱功當(dāng)量實(shí)驗(yàn)和探究焦耳定律實(shí)驗(yàn)．①重物下落帶動(dòng)葉片攪拌容器中的水，引起水溫_______．②通過(guò)電流的__________給水加熱．(3)實(shí)驗(yàn)結(jié)論：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)決定，而與做功的________無(wú)關(guān)．能量吸熱放熱上升熱效應(yīng)方式2．功和內(nèi)能(1)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(lài)于系統(tǒng)____________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________過(guò)程中對(duì)系統(tǒng)所做的功相聯(lián)系．鑒于功是能量________的量度，所以這個(gè)物理量必定是系統(tǒng)的一種能量，我們把它稱(chēng)為系統(tǒng)的內(nèi)能．(2)功和內(nèi)能：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，即__________．自身

狀態(tài)絕熱變化ΔU＝W

功就是能嗎？功和內(nèi)能都是能量轉(zhuǎn)化的量度嗎？【答案】功和能是兩個(gè)不同的物理量，功是過(guò)程量，能是狀態(tài)量，不能認(rèn)為功就是能．功是能量轉(zhuǎn)化的量度．

(多選)如圖所示，為焦耳實(shí)驗(yàn)裝置圖，用絕熱性能良好的材料將容器包好，重物下落帶動(dòng)葉片攪拌容器里的水，引起水溫升高．關(guān)于這個(gè)實(shí)驗(yàn)，下列說(shuō)法正確的是(

)A．這個(gè)裝置可測(cè)定熱功當(dāng)量B．做功增加了水的熱量C．做功增加了水的內(nèi)能D．功和熱量是完全等價(jià)的，無(wú)區(qū)別【答案】AC

【解析】將做功過(guò)程和吸熱過(guò)程在同等條件下比較，可測(cè)出熱功當(dāng)量，故A正確；做功增加了水的內(nèi)能，熱量只是熱傳遞過(guò)程中內(nèi)能改變的量度，故B錯(cuò)誤，C正確；做功和傳熱產(chǎn)生的效果相同，但功和熱量是不同的概念，D錯(cuò)誤．熱和內(nèi)能1．熱傳遞(1)條件：物體的________不同．(2)定義：兩個(gè)________不同的物體相互接觸時(shí)，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(nèi)能(1)熱量：它是在單純的傳熱過(guò)程中系統(tǒng)________變化的量度．(2)表達(dá)式：__________．(3)熱傳遞與做功在改變系統(tǒng)內(nèi)能上的異同：①做功和熱傳遞都能引起系統(tǒng)______的改變．②做功是內(nèi)能與其他形式能的________；熱傳遞只是不同物體(或一個(gè)物體的不同部分)之間______________．內(nèi)能ΔU＝Q

內(nèi)能轉(zhuǎn)化內(nèi)能的轉(zhuǎn)移熱量一定是從內(nèi)能多的物體傳遞給內(nèi)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(guān)于物體的內(nèi)能和熱量，下列說(shuō)法中不正確的有

(

)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．在熱傳遞過(guò)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(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)誤；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錯(cuò)誤，D正確．課堂?重難探究－對(duì)功和內(nèi)能的理解1．內(nèi)能：物體的內(nèi)能是指物體內(nèi)所有分子的平均動(dòng)能和勢(shì)能之和．(1)在微觀上由分子數(shù)、分子熱運(yùn)動(dòng)的劇烈程度和相互作用力決定，宏觀上體現(xiàn)為物體的溫度和體積，因此物體的內(nèi)能是一個(gè)狀態(tài)量．(2)在系統(tǒng)不吸熱也不放熱的絕熱過(guò)程中，內(nèi)能發(fā)生變化的原因是做功，伴隨的能量轉(zhuǎn)化是外界的能量與系統(tǒng)自身的能量發(fā)生了轉(zhuǎn)化，系統(tǒng)自身的能量稱(chēng)為內(nèi)能．(3)造成系統(tǒng)內(nèi)能變化的量與做功方式無(wú)關(guān)，與做功的數(shù)量有關(guān)．(4)內(nèi)能是狀態(tài)量，由它的狀態(tài)、溫度、體積、質(zhì)量決定．2．(1)做功與內(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ΔU就等于外界對(duì)系統(tǒng)所做的功W，用式子表示為ΔU＝U2－U1＝W．(2)系統(tǒng)內(nèi)能的改變量ΔU只與初、末狀態(tài)的內(nèi)能U1和U2有關(guān)，與做功的過(guò)程、方式無(wú)關(guān)．(3)功和內(nèi)能的區(qū)別：①功是過(guò)程量，內(nèi)能是狀態(tài)量．②在絕熱過(guò)程中，做功一定能引起內(nèi)能的變化．③物體的內(nèi)能大，并不意味著外界對(duì)它做功多，在絕熱過(guò)程中，只有體積變化較大時(shí)，對(duì)應(yīng)著做功多．對(duì)功和內(nèi)能的理解例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．當(dāng)對(duì)活塞施加一豎直向下的壓力F，使活塞緩慢向下移動(dòng)一段距離后，氣體的體積減?。艉雎曰钊c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【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(nèi)底部，當(dāng)很快向下壓活塞時(shí)，使浸有乙醚的棉花燃燒起來(lái)，此次做功直接增加了內(nèi)能的是

(

)A．內(nèi)部氣體 B．活塞C．乙醚 D．棉花【答案】A【解析】當(dāng)用力壓活塞時(shí)，活塞壓縮玻璃筒內(nèi)的空氣，對(duì)空氣做功，空氣的內(nèi)能增加，溫度升高，當(dāng)達(dá)到乙醚著火點(diǎn)時(shí)，筒內(nèi)棉花就會(huì)燃燒起來(lái)，A正確．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，ΔU為正值；若系統(tǒng)對(duì)外界做正功，系統(tǒng)內(nèi)能減少，ΔU為負(fù)值．此過(guò)程做功的多少為內(nèi)能轉(zhuǎn)化的量度．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，在初、末狀態(tài)的內(nèi)能確定了，內(nèi)能的變化ΔU也確定了．而功是能量轉(zhuǎn)化的量度，所以ΔU＝W，即W為恒量，這也是判斷絕熱做功過(guò)程的一種方法．－對(duì)熱和內(nèi)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(dǎo)、熱對(duì)流和熱輻射．2．熱傳遞的實(shí)質(zhì)熱傳遞實(shí)質(zhì)上傳遞的是能量，結(jié)果是改變了系統(tǒng)的內(nèi)能．傳遞能量的多少用熱量來(lái)計(jì)算．3．傳遞的熱量與內(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．4．改變內(nèi)能的兩種方式的比較比較項(xiàng)目做功熱傳遞內(nèi)能變化外界對(duì)物體做功，物體的內(nèi)能增加；物體對(duì)外界做功，物體的內(nèi)能減少物體吸收熱量，內(nèi)能增加；物體放出熱量，內(nèi)能減少物理實(shí)質(zhì)其他形式的能與內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)化不同物體間或同一物體不同部分之間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移相互聯(lián)系做一定量的功或傳遞一定量的熱量在改變內(nèi)能的效果上是相同的對(duì)熱和內(nèi)能的理解例2如圖所示，太陽(yáng)能熱水器是一種能夠?qū)⑻?yáng)的光能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的裝置．這種裝置可以使裝置內(nèi)的水溫度升高，這種改變水的內(nèi)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(yīng)【答案】B【解析】太陽(yáng)能熱水器是通過(guò)熱傳遞的方式將水加熱，B正確．變式2

下列現(xiàn)象中，通過(guò)傳熱的方法來(lái)改變物體內(nèi)能的是

(

)A．打開(kāi)電燈開(kāi)關(guān)，燈絲的溫度升高，內(nèi)能增加B．太陽(yáng)能熱水器在陽(yáng)光照射下，水的溫度逐漸升高C．用磨刀石磨刀時(shí)，刀片的溫度升高，內(nèi)能增加D．打擊鐵釘，鐵釘?shù)臏囟壬?，?nèi)能增加【答案】B【解析】打開(kāi)電燈開(kāi)關(guān)，燈絲的溫度升高，是通過(guò)電流做功的方法來(lái)改變物體內(nèi)能的，A錯(cuò)誤；太陽(yáng)能熱水器中水的內(nèi)能增加是以傳熱方式進(jìn)行的，B正確；用磨刀石磨刀時(shí)，刀片溫度升高，是通過(guò)摩擦力做功的方法來(lái)改變物體內(nèi)能的，C錯(cuò)誤；打擊鐵釘，鐵釘溫度升高，是通過(guò)做功的方法來(lái)改變物體內(nèi)能的，D錯(cuò)誤．熱量和內(nèi)能的理解1．熱量的概念只有在涉及能量傳遞時(shí)才有意義，因此不能說(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．2．在系統(tǒng)與外界只發(fā)生熱傳遞時(shí)，系統(tǒng)吸收多少熱量，系統(tǒng)內(nèi)能就增加多少；系統(tǒng)放出多少熱量，系統(tǒng)內(nèi)能就減少多少．小練?隨堂鞏固1．下列屬于內(nèi)能發(fā)生轉(zhuǎn)移的過(guò)程是 (

)A．摩擦生熱 B．電流做功產(chǎn)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(shí)現(xiàn)機(jī)械能變成內(nèi)能，A錯(cuò)誤；電流做功產(chǎn)生電熱屬于做功的方式改變內(nèi)能，B錯(cuò)誤；安培力做功屬于做功的方式改變內(nèi)能，C錯(cuò)誤；熱傳遞屬于熱量在物體間傳遞，D正確．2．在絕熱過(guò)程中，外界壓縮氣體做功20J，下列說(shuō)法正確的是

(

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

)A．做功和傳熱都能引起系統(tǒng)的內(nèi)能改變B．只要外界對(duì)物體做功，物體的內(nèi)能就一定改變C．傳熱的條件是物體間存在內(nèi)能差D．做功和傳熱改變物體內(nèi)能的實(shí)質(zhì)是一樣的【答案】A【解析】做功和傳熱都能引起系統(tǒng)的內(nèi)能改變，效果相同，但它們的實(shí)質(zhì)不同，做功是其他形式的能和內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)化，而傳熱是不同物體或一個(gè)物體的不同部分間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移，A正確，D錯(cuò)誤；因?yàn)闊崃拷粨Q情況未知，所以外界對(duì)物體做功，物體的內(nèi)能不一定改變，B錯(cuò)誤；傳熱的條件是物體間存在溫度差，而不是存在內(nèi)能差，C錯(cuò)誤．4．下列各事例中通過(guò)熱傳遞改變物體內(nèi)能的是 (

)A．車(chē)床上車(chē)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(chē)刀后車(chē)刀降溫D．搓搓手就會(huì)覺(jué)得手發(fā)熱【答案】C【解析】車(chē)床上車(chē)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(jué)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(chē)刀后車(chē)刀降溫是通過(guò)熱傳遞改變物體內(nèi)能的，C正確．5．(多選)對(duì)于熱量、功和內(nèi)能三者的理解，下列說(shuō)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(nèi)能的量度C．熱量和功由過(guò)程決定，而內(nèi)能由物體狀態(tài)決定D．系統(tǒng)內(nèi)能增加了100J，可能是外界采用絕熱方式對(duì)系統(tǒng)做功100J，也可能是外界單一地向系統(tǒng)傳遞熱量100J【答案】CD【解析】熱量、功和內(nèi)能三者盡管單位相同，但物理意義有本質(zhì)區(qū)別，A錯(cuò)誤；熱量和功由過(guò)程決定，內(nèi)能由物體狀態(tài)決定，熱量和功是內(nèi)能變化的量度，C正確，B錯(cuò)誤；對(duì)一個(gè)絕熱過(guò)程ΔU＝W＝100