高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册1 功、热和内能的改变多媒体教学ppt课件

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册1 功、热和内能的改变多媒体教学ppt课件，共48页。PPT课件主要包含了热效应，自身状态，焦耳的两个代表性实验，内能变化等内容，欢迎下载使用。
整体感知·自我新知初探
[学习任务]　任务1．了解焦耳的两个实验的原理，认识焦耳实验探究对建立热力学规律的意义。任务2．会用功、能关系构建内能的概念。任务3．知道做功与传热在改变系统内能上的区别，并会区分热量和内能的概念。任务4．理解做功与内能改变和传热与内能的改变的关系，会解释相关的现象。
[问题初探]　问题1．盛水的容器采用绝热材料做外皮，目的是什么？问题2．实验1和实验2中做功的方式相同吗？问题3．物体的内能和物体内能的改变一样吗？
探究重构·关键能力达成
[链接教材]　如图所示是焦耳的实验装置，想一想，焦耳的实验为什么要在绝热条件下完成？焦耳实验的重要意义是什么？
提示：因为吸热也可以使水温升高，所以绝热条件下才可以运用控制变量的思想方法。重要意义是通过实验研究做功与内能改变之间的关系。
1．绝热过程：系统不从外界____，也不向外界____的过程。2．代表性实验(1)重物下落时带动叶片转动，搅拌容器中的水，水由于摩擦而温度____。(2)通过电流的______给液体加热。3．实验结论：在热力学系统的绝热过程中，外界对系统做的功仅由过程的____两个状态决定，不依赖于做功的具体过程和方式。
4．内能：只依赖于热力学系统________的物理量。
如图所示，用绝热性良好的材料制作容器，容器中安装着叶片。砝码下落时带动叶片转动，搅拌容器中的水，水的温度上升。
问题1．如何求得该装置机械能的减少量？问题2．这个实验说明了什么问题？
提示：1．机械能的减少量可由砝码质量和下降的高度求得。2．做功可以改变物体的内能，只要重力所做的功相同，容器内水温上升的数值就相同，即系统状态的变化是相同的。
【典例1】　(对焦耳实验的理解)如图所示是焦耳在研究热与功之间关系的两个典型实验，那么从焦耳的这两个实验中可得出的结论是(　　)A．热量可由高温物体传给低温物体B．机械能守恒C．在各种不同的绝热过程中，系统状态的改变与做功方式无关，仅与做功数量有关D．在各种不同的绝热过程中，系统状态的改变不仅与做功方式有关，还与做功数量有关
C　[焦耳通过多次实验，最后得到的结论是，在各种不同的绝热过程中，系统状态的改变与做功方式无关，仅与做功数量有关，故选项C正确，D错误，其余选项不是焦耳实验的结论。故选C。]
【典例2】　(焦耳的实验)下列有关焦耳及焦耳的实验说法正确的是(　　)A．焦耳是法国物理学家，他的主要贡献是焦耳定律及测定热功当量B．焦耳的实验用到的容器可以用普通玻璃容器代替C．焦耳的实验研究对象是容器中的液体D．焦耳的实验中要使容器及其中的液体升高相同的温度，实验中悬挂重物的质量、下落的高度可以不相同，但所做的功必须相同
D　[焦耳是英国物理学家，A错误；焦耳的实验用到的容器要求是绝热的，普通玻璃容器达不到绝热要求，B错误；焦耳的实验研究对象是容器及其中的液体组成的系统，C错误；要使容器及其中的液体升高相同的温度，即内能增加相同，悬挂重物所做的功必须相同，D正确。]
[链接教材]　如图所示，在有机玻璃筒底放少量浸有乙醚的棉花，用力迅速地压下活塞，观察棉花的变化。
知识点二　功与内能的改变
(1)能看到什么现象？该实验现象说明了什么？(2)用力按下活塞时为什么一定要迅速？
提示：(1)可以看到棉花燃烧起来，该现象说明压缩空气做功，使空气内能增大，温度升高，达到乙醚的着火点后引起棉花燃烧。(2)迅速压下活塞是为了减少传热，尽量创造一个绝热条件。
1．功与内能的改变在热力学系统的绝热过程中，当系统从状态1经过绝热过程达到状态2时，内能的变化量ΔU＝U2－U1，等于外界对系统所做的功W，即ΔU＝__。2．理解(1)ΔU＝W的适用条件是____过程。(2)在绝热过程中，外界对系统做功，系统的内能____，则W__0；系统对外界做功，系统的内能____，则W__0。
打气筒是日常生活中的一种工具，当我们用打气筒给自行车打气时，就是在克服气体压力和摩擦力做功。
问题1．打气的过程中你试着去摸一下打气筒的外壳，有什么感觉？问题2．这是怎么回事呢？问题3．在绝热过程，外界对系统做功与系统内能的变化有什么关系？
提示：1．外壳发热。2．做功的过程是能量转化的过程，做功使得系统的内能增加了，所以温度升高。3．在绝热过程，外界对系统做多少功，系统内能就增加多少，即ΔU＝W。
1．做功与内能的变化的关系(1)做功改变物体内能的过程是其他形式的能(如机械能)与内能相互转化的过程。(2)在绝热过程中，外界对物体做多少功，就有多少其他形式的能转化为内能，物体的内能就增加多少；物体对外界做多少功，就有多少内能转化为其他形式的能，物体的内能就减少多少。用公式表示为ΔU＝U2－U1＝W。
2．功与内能的区别(1)功是过程量，内能是状态量。(2)物体的内能大，并不意味着外界对它做功多。只有在绝热过程中，内能变化越大时，相应的做功才越多。
[特别提醒]　外界对某一系统做功时系统的内能不一定增加，还要看该系统有没有向外放热，以及向外放热的多少。
【典例3】　(功与内能的关系)如图所示，厚壁容器的一端通过胶塞插进一支灵敏温度计和一根气针，另一端有个用卡子卡住的可移动胶塞。用打气筒慢慢向容器内打气，使容器内的压强增大到一定程度，这时读出温度计示数。打开卡子，胶塞冲出容器口后(　　)A．温度计示数变大，实验表明气体对外界做功，内能减少B．温度计示数变大，实验表明外界对气体做功，内能增加C．温度计示数变小，实验表明气体对外界做功，内能减少D．温度计示数变小，实验表明外界对气体做功，内能增加
C　[胶塞冲出容器口，气体膨胀，对外做功。由于没来得及发生热交换，由W＝ΔU可知，内能减少，温度降低，A、B、D错误，C正确。]
【典例4】　(功与内能的关系)如图所示为某种椅子与其升降部分的结构示意图，M、N两筒间密闭了一定质量的气体，M可沿N的内壁上下滑动，设筒内气体不与外界发生热交换，在M向下滑动的过程中(　　)A．外界对气体做功，气体内能增大B．外界对气体做功，气体内能减小C．气体对外界做功，气体内能增大D．气体对外界做功，气体内能减小
A　[筒内气体不与外界发生热交换，当气体体积变小时，则外界对气体做功，外界对气体做功使气体的内能增大，A正确。]
【教用·备选例题】　(功与内能的关系)如图所示，一定质量的理想气体密封在绝热(即与外界不发生热交换)容器中，容器内装有一可以活动的绝热活塞。今对活塞施以一竖直向下的压力F，使活塞缓慢向下移动一段距离后，气体的体积减小。若忽略活塞与容器壁间的摩擦，则被密封的气体(　　)A．温度升高，压强增大，内能减少B．温度降低，压强增大，内能减少C．温度升高，压强增大，内能增加D．温度降低，压强减小，内能增加
1．传热两个____不同的物体相互接触时，温度高的物体要降温，温度低的物体要升温，__从高温物体传到了低温物体。2．热与内能(1)热量：它是在单纯的传热过程中系统________的量度。(2)表达式：ΔU＝__。
知识点三　热与内能的改变
[微提醒]　热量是过程量，不是状态量，不能说系统含有多少热量。
3．做功和传热在改变系统内能上的区别：做功和传热都能引起系统内能的改变。做功时，内能与其他形式的能发生____，而传热只是不同物体(或一个物体的不同部分)之间内能的____。
“围炉夜话”是中国古代文人认为非常有生活情趣的一种生活方式。在“围炉”的过程中，人的身体并没有和炉子本身发生接触。问题1．为什么还能够感到温暖？问题2．现代取暖的方式主要是暖气，暖气和炉子在能量传递方面有什么相同点？问题3．传热的实质是什么？问题4．在单纯的传热过程中，怎样计算内能的增加量？
提示：1．炉子和人身体没有发生接触也可以感到温暖，是因为热量可以通过热传递向外扩散。2．散热方式是相同的。3．传热的实质是物体内能的转移。4．当系统从状态1经过单纯的传热到达状态2时，内能的增加量ΔU等于外界对系统传递的热量Q，即ΔU＝Q。
1．传热(1)传热的三种方式：热传导、热对流和热辐射。(2)实质：传热实质上传递的是能量，结果是改变了系统的内能。传递能量的多少用热量来量度。
(3)传热具有方向性①热量可以自发地从高温物体传递到低温物体，或从物体的高温部分传递到低温部分，不会自发地从低温物体传递到高温物体或从物体的低温部分传递到高温部分。②只要存在温度差，传热过程就会进行，与原来物体内能的多少大小无关。
2．传递的热量与内能改变的关系(1)在单纯传热中，系统从外界吸收多少热量，系统的内能就增加多少。即Q吸＝ΔU。(2)在单纯传热时，系统向外界放出多少热量，系统的内能就减少多少。即Q放＝－ΔU。3．传热与做功在改变系统内能上的异同(1)相同点：做功和传热都能引起系统内能的改变，对改变系统的内能是等效的。(2)不同点：做功是内能与其他形式的能之间的转化；传热只是不同物体(或同一物体的不同部分)之间内能的转移。
【典例5】　(对内能与热量的理解)关于物体的内能和热量，下列说法正确的是(　　)A．热水的内能比冷水的内能大B．温度高的物体其热量必定多，内能必定大C．在热传递过程中，内能大的物体其内能将减小，内能小的物体其内能将增大，直到两物体的内能相等D．内能相等的两个物体相互接触时，也可能发生热传递
D　[物体的内能由温度、体积、物质的量及物态决定，不是只由温度决定，A、B错误；在热传递过程中，热量由高温物体传给低温物体，而与物体的内能大小无关，所以完全有可能是内能大的物体内能继续增大，内能小的物体内能继续减小，也可以在内能相等的两物体之间进行热传递，C错误，D正确。]
【典例6】　(传热与内能的改变)(1)某同学做了一个小实验：先把空的烧瓶放入冰箱冷冻，一小时后取出烧瓶，并迅速把一个气球紧密地套在瓶颈上，然后将烧瓶放进盛满热水的烧杯里，气球逐渐膨胀起来，如图所示。这是因为烧瓶里的气体吸收了水的________，温度________，体积________。(2)若只对一定质量的理想气体做1 500 J的功，可使其温度升高5 K。若改成只用传热的方式，使气体温度同样升高5 K，那么气体吸收________J的热量。
[解析]　(1)依题意，气球逐渐膨胀起来是因为烧瓶内的气体要从热水中吸收热量，从而温度升高，体积增大。(2)做功和传热都可以改变物体的内能，且是等效的。若改成只用传热的方式，使气体温度同样升高5 K，那么气体需要吸收1 500 J的热量。
应用迁移·随堂评估自测
1．(多选)下列关于热传递的说法正确的是(　　)A．热量是从含热量较多的物体传到含热量较少的物体B．热量是从温度较高的物体传到温度较低的物体C．热量是从内能较大的物体传到内能较小的物体D．热量是热传递过程中物体内能变化的量度
BD　[热量不是状态量，不能说含有或者具有多少热量，故选项A错误；在热传递的过程中热量总是由温度高的物体传递给温度低的物体，故选项B正确，C错误；热量是热传递过程中物体内能变化的量度，故选项D正确。]
2．(多选)下列关于做功和热传递的说法正确的是(　　)A．做功和热传递的实质是相同的B．做功和热传递可以同时发生C．做功和热传递在改变物体内能上是等效的D．做功和热传递是对同一过程的两种说法
BC　[做功和热传递在改变物体内能上是等效的，但有着本质区别。做功是内能和其他形式能量间的相互转化，外界对物体做功，其他形式的能量转化为物体的内能，物体对外界做功，物体的内能转化为其他形式的能量；而热传递是将高温物体的内能传递给低温物体，或是将同一物体高温部分的内能传递给低温部分。做功和热传递互不影响，所以二者可以同时进行。故B、C正确，A、D错误。]
3．如图所示是古人锻造铁器的过程，关于改变物体内能的方式，下列说法正确的是(　　)A．加热和锻打属于传热，淬火属于做功B．加热属于传热，锻打和淬火属于做功C．加热和淬火属于传热，锻打属于做功D．加热和淬火属于做功，锻打属于传热
C　[用铁锤锻打铁器，铁器会发热，属于用做功的方式改变物体内能；用火对铁器加热，铁器从火中吸收热量，把铁器放在水中淬火，铁器向水中放出热量，所以加热和淬火属于用传热的方式改变物体内能，故选项C正确。]
4．(多选)早些年小孩子常用废圆珠笔芯做一种玩具，铁丝的一端缠绕棉花，用水打湿后从一端塞入笔芯内，将笔芯的另一端用力在马铃薯上戳一下拔出来，然后用力推铁丝，马铃薯小块高速飞出，能打出十几米远。下列说法正确的是 (　　)A．在推铁丝而马铃薯小块未飞出的过程中，笔芯内密封的气体的温度升高B．在推铁丝而马铃薯小块未飞出的过程中，气体对外做功C．马铃薯小块高速飞出的动能来自气体内能D．马铃薯小块高速飞出时外界对笔芯内气体做功
AC　[在快速推铁丝而马铃薯小块未飞出的过程中，外界对笔芯内封闭气体做功，内能增加，气体的温度升高，故A正确，B错误；马铃薯小块高速飞出时，笔芯内气体对马铃薯小块做功，气体内能减小，即马铃薯小块高速飞出的动能来自气体的内能，故C正确，D错误。]
回归本节知识，完成以下问题：1．在绝热过程中，做功与内能变化的关系是什么？
提示：外界对系统做的功等于系统内能的变化量。
2．在单纯的传热过程，热量和内能的改变是什么关系？
提示：在单独的热传递过程中，热量是系统内能变化的量度。