高中物理第十章熱力學定律第1節(jié)功和內能課件新人教版選修3-

第十章熱力學定律〔情景切入〕地球上的能源很多，提供能量的形式各不相同。風、水、洋流和波浪等是以機械能的形式提供的，可以利用各種風力機械和水力機械轉化為動力或電力。煤、石油和天然氣等一般是通過燃燒把化學能轉化為內能，內能可以直接利用。一些熱力機械可以把內能轉化為動力帶動機械或交通工具工作，也可進行熱力發(fā)電。能量可以互相轉化，各種能量最終都轉化為內能。你是否知道能量間的轉化具有一定的規(guī)律呢？請你在本章的學習中得出答案吧?！仓R導航〕本章主要講述了改變物體內能的兩種方式：做功和熱傳遞，熱力學第一定律和能量守恒定律，以及熱力學第二定律和能量耗散。本章從焦耳的熱功當量實驗切入，從功是能量轉化的量度來認識內能，接著從內能改變的方式——熱傳遞說明熱與內能的關系，能的轉化和守恒定律是自然界普遍適用的規(guī)律。接著以熱力學定律來說明能量與熱量的區(qū)別及聯(lián)系，最后以新能源開發(fā)與應用來結束本章。本章教材共六節(jié)，整章內容可分四部分：第一部分即第一、二節(jié)，了解做功和熱傳遞與內能的關系；第二部分即第三節(jié)，學習熱力學第一定律及其微觀解釋；第四部分即第四、五、六節(jié)，了解熱力學第二定律及其微觀解釋、能源和可持續(xù)發(fā)展及開發(fā)新能源的意義。本章重點：改變物體內能的兩種方式——做功和熱傳遞，熱力學第一定律。本章難點：能量守恒定律，熱力學第二定律及微觀解釋。〔學法指導〕本章內容規(guī)律較多，且較抽象，初學者理解起來不太容易，給學習帶來一定難度，如何突破本章知識要點，把握重點，掌握方法是關鍵。要注意從實驗和模型來建立物理圖景，把抽象的事物形象化，更要注意利用科學的假說和模型來研究問題，把不能直接觀測的對象轉化為能夠直接觀測的對象。第一節(jié)功和內能【素養(yǎng)目標定位】※了解焦耳的熱功當量實驗，明確實驗原理※※理解內能的概念，并了解功是能量改變的量度【素養(yǎng)思維脈絡】1課前預習反饋2課內互動探究3核心素養(yǎng)提升4課堂鞏固達標5課時強化作業(yè)課前預習反饋知識點11．絕熱過程系統(tǒng)只通過對外界做功或____________做功而與外界__________能量，它不從外界________，也不向外界________。2．代表實驗(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．實驗結論在各種不同的絕熱過程中，系統(tǒng)狀態(tài)的改變與____________無關，僅與做功________有關。焦耳的實驗外界對它

不交換

吸熱

散熱

上升

熱效應

做功方式

數(shù)量

知識點21．內能任何一個熱力學系統(tǒng)都存在一個________________________的物理量，叫系統(tǒng)的內能。2．做功與內能的關系做功可以改變系統(tǒng)的內能，功是系統(tǒng)內能轉化的________，在國際單位制中，內能和功的單位都是焦耳(J)。功和內能只依賴于系統(tǒng)自身狀態(tài)

量度

3．內能變化與做功的關系(1)在絕熱過程中，外界對系統(tǒng)做功，系統(tǒng)的____________。內能的增量就等于外界________________，即ΔU＝U2－U1＝_____。(2)在絕熱過程中，系統(tǒng)對外界做功，系統(tǒng)的____________。內能的減少量就等于系統(tǒng)________________，即ΔU＝U2－U1＝_______。內能增加

對系統(tǒng)做的功

W

內能減少

對外界做的功

－W

『判一判』(1)某一系統(tǒng)經歷絕熱過程時，只要初末狀態(tài)相同，則做功數(shù)量也一定相同。 (

)(2)在絕熱過程中，做功方式不同會直接影響系統(tǒng)狀態(tài)變化的最終結果。

(

)(3)在絕熱過程中，系統(tǒng)對外界做的功等于系統(tǒng)內能的增加量。 (

)(4)功和內能都是能量轉化的量度。 (

)(5)搓搓手會感到手暖和些，是通過做功改變了手的內能。 (

)(6)外界對物體做功多，就意味著物體的內能大。 (

)√×××√×辨析思考『選一選』(多選)一定質量的氣體封閉在絕熱的氣缸內，當用活塞壓縮氣體時，一定增大的物理量有(不計氣體分子勢能)(

)A．氣體體積 B．氣體分子密度C．氣體內能 D．氣體分子的平均動能解析：外力做功，氣體體積減小，分子密度增大，內能增加，溫度升高，分子的平均動能增加。BCD

『想一想』打氣筒是日常生活中的一種工具，當我們用打氣筒給自行車打氣的時候，就是在克服氣體壓力和摩擦力做功。打氣的過程中你有沒有試著去摸一下打氣筒的外殼？有什么感覺？打氣筒的溫度升高了，這是怎么回事呢？答案：做功的過程是能量轉化的過程，做功使得系統(tǒng)的內能增加了，所以溫度升高。課內互動探究做功和內能變化的關系探究思考討論“火”不但可以用來取暖，還可以用來加熱食物，“火”把人類帶入了文明的殿堂。我們的祖先很早就發(fā)明了“鉆木取火”的用具，使人們不再僅僅依靠自然的“恩賜”而得到“火”。你知道“鉆木取火”的道理嗎？提示：做功可以改變物體的內能，“鉆木取火”就是通過外力做功，機械能轉化為內能。木材內能增加，溫度達到著火點而燃燒。歸納總結1．內能與內能變化(1)物體的內能是指物體內所有分子熱運動的動能和分子勢能之和。(2)當物體溫度變化時，分子平均動能變化。物體體積變化時，分子勢能發(fā)生變化，即物體的內能是由它的狀態(tài)決定的，且物體的內能變化只由初、末狀態(tài)決定，與中間過程及方式無關。2．做功與內能變化的關系(1)做功改變物體內能的過程是其他形式的能(如機械能)與內能相互轉化的過程。(2)在絕熱過程中，外界對物體做多少功，就有多少其他形式的能轉化為內能，物體的內能就增加多少。3．功和內能的區(qū)別(1)功是過程量，內能是狀態(tài)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，并不意味著做功多。在絕熱過程中，只有內能變化較大時，對應著做功較多。特別提醒(1)外界對某一系統(tǒng)做功時，系統(tǒng)的內能不一定增加，還要看該系統(tǒng)有沒有向外放熱，以及向外放熱的多少。(2)在絕熱過程中，系統(tǒng)內能的增加量等于外界對系統(tǒng)所做的功。特別提醒(1)外界對某一系統(tǒng)做功時，系統(tǒng)的內能不一定增加，還要看該系統(tǒng)有沒有向外放熱，以及向外放熱的多少。(2)在絕熱過程中，系統(tǒng)內能的增加量等于外界對系統(tǒng)所做的功。典例剖析 (多選)(2020·山東省濟寧市實驗中學高二下學期檢測)用密封性好、充滿氣體的塑料袋包裹易碎品，如圖所示。充氣袋四周被擠壓時，假設袋內氣體與外界無熱交換，則袋內氣體(

)A．體積減小，內能增大B．體積減小，壓強減小C．對外界做負功，內能增大D．對外界做正功，壓強減小AC

典例解題指導：(1)氣體體積減小，外界對氣體做正功。(2)應用做功與內能變化的關系判斷內能的變化。對點訓練如圖所示，在紫銅管內滴入乙醚，蓋緊管塞。用手拉住繩子兩端迅速往復拉動，管塞會被沖開。管塞被沖開前(

)A．外界對管內氣體做功，氣體內能增大B．管內氣體對外界做功，氣體內能減小C．管內氣體內能不變，壓強變大D．管內氣體內能增大，壓強變大解析：克服繩與金屬管間的摩擦做功，使管壁內能增大，溫度升高。通過熱傳遞，乙醚的內能增大，溫度升高，直至沸騰，管塞會被沖開。管塞被沖開前管內氣體內能增大，壓強變大。選項D正確。D

核心素養(yǎng)提升焦耳的兩個代表性實驗兩個實驗實驗一實驗二做功方式通過重物下落帶動葉片攪水，靠葉片與水摩擦使水溫升高，通過機械功實現(xiàn)能量轉化通過重物下落使發(fā)電機發(fā)電，電流通過電阻絲做功使水溫升高，通過電功實現(xiàn)能量轉化實驗條件容器及其中的水組成的系統(tǒng)與外界絕熱共性外界對系統(tǒng)做功數(shù)值上相同，系統(tǒng)溫度上升數(shù)值相同，內能改變相同 (多選)如圖為焦耳實驗裝置圖，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