高考物理 101.2 功和内能 热和内能课件 新人教版选修33.ppt

1 2功和内能热和内能 1 了解焦耳的两个实验原理 知道做功和热传递的实质 2 知道做功和热传递是改变内能的两种方式 理解做功和热传递对改变系统内能是等效的 明确两种方式的区别 3 明确内能 功 热量 温度四个物理量的区别和联系 4 通过焦耳实验的探究 培养学生的科学探索精神 重点 1 理解内能的概念 2 改变内能的两种方式的实质和区别 难点 内能 功 热量 温度四个物理量的区别和联系 一 焦耳的实验1 绝热过程 系统只通过外界对它 或对外界 而与外界交换能量 它不从外界 也不向外界 2 代表性实验 1 重物下落带动叶片搅拌容器中的水 引起水温 2 通过电流的 给水加热 3 实验结论 要使系统状态通过绝热过程发生变化 做功的数量只由过程始末两个 决定而与 无关 做功 做功 吸热 放热 上升 热效应 状态 做功的方式 想一想 焦耳的热功当量实验和电流热效应给水加热的实验中做功的方式相同吗 你能得出什么结论 提示 不同 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 仅与做功多少有关 二 功和内能1 内能 依赖于一个热力学系统 的物理量 是热力学系统的一种能量 2 绝热过程中做功与内能的变化关系 自身状态 u w 想一想 用锤子反复敲打一铁块 铁块会发生怎样的变化 为什么 提示 铁块的温度升高 同时会发生形变 在敲打铁块的过程中 锤头对铁块做功 使铁块的内能增加 温度升高 铁块由于受到力的作用 会发生形变 三 热和内能1 热传递 热量总是从 物体向 物体传递 2 热量和内能 1 关系描述 热量是在单纯的热传递过程中 变化的量度 2 公式表达 高温 低温 系统内能 u q 判一判 1 温度高的物体含有的热量多 2 内能多的物体含有的热量多 3 热量一定从内能多的物体传递给内能少的物体 提示 1 热量是个过程量 只有当两物体发生热传递时 热量才从一个物体转移到另一个物体 1 错 2 热量是个过程量 不能说内能多的物体含有的热量就多 2 错 3 热传递的条件是两物体存在温差 热量是从温度高的物体传递给温度低的物体 3 错 焦耳两个实验比较及功和能的关系 探究导引 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的时候 你有没有思考过以下问题呢 1 打气的过程中是越来越省力还是越来越费力 2 刚打完气时 用手去摸一下打气筒的外壳 会有什么感觉 3 打气筒的温度升高了 这是怎么回事呢 要点整合 1 焦耳的两个实验的比较 通过重物下落带动叶片搅水 靠叶片与水摩擦使水温升高 通过机械功实现能量转化 通过重物下落使发电机发电 电流通过电阻丝做功使水温升高 通过电功实现能量转化 两个实验 容器及其中的水组成的系统与外界绝热 外界对系统做功数值上相同 系统温度上升数值相同 内能改变相同 两个实验 2 功和内能的关系 1 内能与内能变化的关系 物体的内能是指物体内所有分子的动能和势能之和 因此物体的内能是一个状态量 当物体温度变化时 分子平均动能变化 物体体积变化时 分子势能发生变化 因此物体的内能变化只由初 末状态决定 与中间过程及方式无关 2 做功与内能变化的关系 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 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 3 功和内能的区别 功是过程量 内能是状态量 在绝热过程中 做功一定能引起内能的变化 物体的内能大 并不意味着做功多 在绝热过程中 只有内能变化越大时 相应地做功才越多 特别提醒 在绝热过程中 外界对系统做功 系统的内能增加 外界对系统做多少功 系统的内能就增加多少 系统对外界做功 系统的内能减少 系统对外界做多少功 系统的内能就减少多少 典例1 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 思路点拨 明确研究对象是密闭的气体 由功和内能的关系得出温度的变化 再利用理想气体状态方程求解 规范解答 选c 由f对密闭的气体做正功 容器及活塞绝热 则q 0 由功和内能的关系知 理想气体内能增大 温度升高 再根据pv t c v减小 p增大 故选c 总结提升 分析绝热过程的方法 1 在绝热的情况下 若外界对系统做正功 系统内能增加 u为正值 若系统对外界做正功 系统内能减少 u为负值 此过程做功的多少为内能转化多少的量度 2 在绝热过程中 内能和其他形式的能一样也是状态量 气体的初 末状态确定了 即在初 末状态的内能也相应地确定了 内能的变化 u也确定了 而功是能量转化的量度 所以 u w 即w为恒量 这也是判断绝热过程的一种方法 变式训练 如图所示 活塞将汽缸分成甲 乙两气室 汽缸 活塞 连同拉杆 是绝热的 且不漏气 以e甲 e乙分别表示甲 乙两气室中气体的内能 则在将拉杆缓慢向左拉的过程中 a e甲不变 e乙减小b e甲不变 e乙增大c e甲增大 e乙不变d e甲增大 e乙减小 解析 选d 接触面是绝热面 拉动拉杆 对乙部分气体来讲 气体推动活塞对活塞做功 内能减小 温度降低 对甲部分气体来讲 活塞压缩气体做功 内能增大 故选d 变式备选 用绝热活塞把绝热容器隔成容积相同的左右两部分 先把活塞锁住 将质量和温度都相同的氢气和氧气分别充入容器的左右两部分 然后提起销子s 使活塞可以无摩擦地滑动 当活塞平衡时 a 氧气的温度不变b 氢气的压强增大c 氢气的体积增大d 氧气的温度升高 解析 选c d 质量相同 则氢气的分子数多 温度相同 表明两气体分子平均动能相同 则氢气压强大 释放后 活塞右移 氢气体积变大 压强减小 同时对氧气做功 氧气的温度升高 内能变大 故选c d 温度 内能和热量的区别与联系 探究导引 到了冬天人们要采取很多方式取暖 如图为一款常见的电暖器 结合图片思考下面几个问题 1 热传递有哪几种方式 电暖器是采用哪种方式供暖的 2 能不能说电暖器具有多少热量 3 做功和热传递改变物体内能的实质是什么 要点整合 1 内能与温度从宏观上看 温度表示的是物体的冷热程度 从微观上看 温度反映了分子热运动的激烈程度 是分子平均动能的标志 物体的温度升高 其内能一定增加 但向物体传递热量 物体的内能却不一定增加 可能同时对外做功 2 热量和内能内能是由系统的状态决定的 状态确定 系统的内能也随之确定 要使系统的内能发生变化 可以通过热传递或做功两种方式来完成 而热量是热传递过程中的特征物理量 和功一样 热量只是反映物体在状态变化过程中所迁移的能量 是用来衡量物体内能变化的 有过程 才有变化 离开过程 毫无意义 就某一状态而言 只有 内能 根本不存在什么 热量 和 功 因此 不能说一个系统中含有 多少热量 或 多少功 3 改变内能的两种方式的比较 外界对物体做功 物体的内能增加 物体对外界做功 物体的内能减少 物体吸收热量 内能增加 物体放出热量 内能减少 其他形式的能与内能之间的转化 不同物体间或同一物体不同部分之间内能的转移 做一定量的功或传递一定量的热在改变内能的效果上是相同的 特别提醒 热传递改变物体内能的过程是物体间内能转移的过程 通过热传递使物体的内能发生变化时 内能改变的多少可用热量来量度 物体吸收了多少热量 物体的内能就增加多少 物体放出了多少热量 物体的内能就减少多少 典例2 对于热量 功和内能三者的关系 下列说法中正确的是 a 三者单位相同 物理意义相同b 热量和功是内能的量度c 热量和功由过程决定 而内能由物体状态决定d 系统内能增加了100j 可能是外界采用绝热方式对系统做功100j 也可能是外界单纯地对系统传热100j 思路点拨 正确认识热量 功和内能三者的关系 热传递和做功均可引起内能的变化 而且是等效的 规范解答 选c d 热量 功和内能三者尽管单位相同 但物理意义有本质区别 a错 热量和功由过程决定 内能由物体状态决定 热量和功是内能变化的量度 c对 b错 对一个绝热过程 u w 100j 对一个单纯的传热过程 u q 100j 都可以使系统内能增加100j d对 变式训练 绝热过程中 外界压缩气体做功20j 下列说法中正确的是 a 气体内能一定增加20jb 气体内能增加必定小于20jc 气体内能增加可能小于20jd 气体内能可能不变 解析 选a 绝热过程中 做功的过程是能量转化的过程 做了多少功 就有多少内能发生变化 温馨提示 关于改变内能的两种方式及内能变化的考查 在近几年的高考选做题中会经常涉及 考查形式以选择题为主 难度适中 主要考查基础知识 典例 如图所示 厚壁容器的一端通过胶塞插进一个灵敏温度计和一根气针 另一端有个用卡子卡住的可移动的胶塞 用打气筒慢慢向容器内打气 使容器内的压强增加到一定程度 这时读出温度计示数 打开卡子 胶塞冲出容器后 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 思路点拨 本题中打开卡子 气体迅速膨胀 这样的过程可以看做绝热过程 再根据功是能量转化的量度来解题 规范解答 选c 气体膨胀对外界做功 内能减少 温度降低 温度 热量 功和内能的辨析功 热量 内能的单位都是焦耳 但它们的物理意义是完全不同的 1 功和热量是过程量 温度和内能是状态量 2 热量是在热传递过程中内能转移的量度 能发生热传递的条件是两物体之间存在温度差 3 做功是能量转化的量度 在热现象中 做功的过程是其他形式的能与内能发生转化 4 一个物体的内能是无法测量的 但内能的变化可以通过做功或热传递来求出 案例展示 关于温度 热量 功和内能 以下说法正确的是 a 同一物体温度高时 含有的热量多b 物体的内能越大 含有的热量就越多 温度也越高c 外界对系统做功w 内能必定增加d 发生热传递的条件是两物体之间存在温度差 规范解答 选d 热量是物体间进行热传递时内能的转移 不能说物体含有多少热量 故a错 物体的吸热或放热对应物体的内能