新教材同步系列2024春高中物理第三章热力学定律1功热和内能的改变课件新人教版选择性必修第三册

第三章热力学定律①物理观念：对热量、功、内能、热力学第一、二定律的学习，进一步促进学生的物理观念、运动与相互作用观念、能量观念这些物理学科核心素养的形成．②科学思维：能在特定情境中将气体的变化过程抽象为绝热过程、气体不做功的等容过程；能运用能量守恒的观点分析解决实际问题．③科学探究：具有一定发现问题的意识；通过对两种改变物体内能方式的探究，运用多种方法，创设多种问题情境，引导学生探究并讨论，让学生广泛了解热力学定律对人类生活和社会发展的影响．④科学态度与责任：知道物理学研究的很多问题就在身边，对自然界有好奇心，具有探索的兴趣；注重运用热力学定律分析和解决人们生产、生活中的一些问题．本章重点①分清内能、功、热量、温度四个物理量的区别和联系；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规律；③理解热力学第二定律的两种表述，并能用热力学第二定律解释第二类永动机不可能制成．本章难点①知道做功和热传递是改变内能的两种方式，且对改变系统内能是等效的；②运用热力学第一定律解释自然界中能量的转化、转移问题，理解第一类永动机是不可能制成的；③学会运用热力学第二定律解决一些实际问题．1功、热和内能的改变学习目标学法与考法1．掌握从热力学角度认识内能的概念．了解焦耳的两个实验(重点)2．知道做功与内能改变的转化关系，知道热传递的热量与内能变化的关系(重难点)3．知道做功和热传递是改变内能的两种方式，且对改变系统内能是等效的(难点)学法：①通过观察、思考，知道物体的内能是系统的一个状态量．②通过对改变内能的两种方式的探究，培养实验探究能力、提高科学思维水平考法：①对内能、功、热量、温度四个物理量的理解、区别和联系的考查．②对改变物体内能两种方式的考查知识导图

课前•自主预习功和内能1．焦耳的实验(1)绝热过程：系统只由于外界对它做功而与外界交换______，它不从外界________，也不向外界________．(2)代表性实验：热功当量实验和探究焦耳定律实验．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、末两个状态决定，而与做功的________无关．能量吸热放热上升热效应方式2．功和内能(1)内能：任何一个热力学系统都必定存在一个只依赖于系统____________的物理量，这个物理量在两个状态间的差别与外界在________过程中对系统所做的功相联系．鉴于功是能量________的量度，所以这个物理量必定是系统的一种能量，我们把它称为系统的内能．(2)功和内能：在绝热过程中，外界对系统做的功等于系统内能的增加量，即__________．自身

状态绝热变化ΔU＝W

功就是能吗？功和内能都是能量转化的量度吗？【答案】功和能是两个不同的物理量，功是过程量，能是状态量，不能认为功就是能．功是能量转化的量度．

(多选)如图所示，为焦耳实验装置图，用绝热性能良好的材料将容器包好，重物下落带动叶片搅拌容器里的水，引起水温升高．关于这个实验，下列说法正确的是(

)A．这个装置可测定热功当量B．做功增加了水的热量C．做功增加了水的内能D．功和热量是完全等价的，无区别【答案】AC

【解析】将做功过程和吸热过程在同等条件下比较，可测出热功当量，故A正确；做功增加了水的内能，热量只是热传递过程中内能改变的量度，故B错误，C正确；做功和传热产生的效果相同，但功和热量是不同的概念，D错误．热和内能1．热传递(1)条件：物体的________不同．(2)定义：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．温度温度热量2．热和内能(1)热量：它是在单纯的传热过程中系统________变化的量度．(2)表达式：__________．(3)热传递与做功在改变系统内能上的异同：①做功和热传递都能引起系统______的改变．②做功是内能与其他形式能的________；热传递只是不同物体(或一个物体的不同部分)之间______________．内能ΔU＝Q

内能转化内能的转移热量一定是从内能多的物体传递给内能少的物体吗？【答案】热量从高温物体传递到低温物体．

(多选)关于物体的内能和热量，下列说法中不正确的有

(

)A．热水的内能比冷水的内能多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．在热传递过程中，热量从高温物体传递到低温物体，直到两物体的温度相同为止【答案】ABC【解析】物体的内能由温度、体积及物体的质量决定，不是只由温度决定，故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，故C错误，D正确．课堂•重难探究－对功和内能的理解1．内能：物体的内能是指物体内所有分子的平均动能和势能之和．(1)在微观上由分子数、分子热运动的剧烈程度和相互作用力决定，宏观上体现为物体的温度和体积，因此物体的内能是一个状态量．(2)在系统不吸热也不放热的绝热过程中，内能发生变化的原因是做功，伴随的能量转化是外界的能量与系统自身的能量发生了转化，系统自身的能量称为内能．(3)造成系统内能变化的量与做功方式无关，与做功的数量有关．(4)内能是状态量，由它的状态、温度、体积、质量决定．2．(1)做功与内能变化的关系：当系统从某一状态经过绝热过程达到另一状态时，内能的增加量ΔU就等于外界对系统所做的功W，用式子表示为ΔU＝U2－U1＝W．(2)系统内能的改变量ΔU只与初、末状态的内能U1和U2有关，与做功的过程、方式无关．(3)功和内能的区别：①功是过程量，内能是状态量．②在绝热过程中，做功一定能引起内能的变化．③物体的内能大，并不意味着外界对它做功多，在绝热过程中，只有体积变化较大时，对应着做功多．对功和内能的理解例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．当对活塞施加一竖直向下的压力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【答案】C变式1

(2023年上海期中)把浸有乙醚的一小块棉花放在厚玻璃筒内底部，当很快向下压活塞时，使浸有乙醚的棉花燃烧起来，此次做功直接增加了内能的是

(

)A．内部气体 B．活塞C．乙醚 D．棉花【答案】A【解析】当用力压活塞时，活塞压缩玻璃筒内的空气，对空气做功，空气的内能增加，温度升高，当达到乙醚着火点时，筒内棉花就会燃烧起来，A正确．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，ΔU为正值；若系统对外界做正功，系统内能减少，ΔU为负值．此过程做功的多少为内能转化的量度．2．在绝热过程中，内能和其他形式的能一样也是状态量，在初、末状态的内能确定了，内能的变化ΔU也确定了．而功是能量转化的量度，所以ΔU＝W，即W为恒量，这也是判断绝热做功过程的一种方法．－对热和内能的理解1．热传递(1)热量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，叫作热传递．(2)热传递的三种方式：热传导、热对流和热辐射．2．热传递的实质热传递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计算．3．传递的热量与内能改变的关系(1)在单纯热传递中，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)在单纯热传递中，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．4．改变内能的两种方式的比较比较项目做功热传递内能变化外界对物体做功，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，内能减少物理实质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相互联系做一定量的功或传递一定量的热量在改变内能的效果上是相同的对热和内能的理解例2如图所示，太阳能热水器是一种能够将太阳的光能转化为内能的装置．这种装置可以使装置内的水温度升高，这种改变水的内能的方式是(

)A．做功

B．热传递C．既有做功也有热传递

D．电流的热效应【答案】B【解析】太阳能热水器是通过热传递的方式将水加热，B正确．变式2

下列现象中，通过传热的方法来改变物体内能的是

(

)A．打开电灯开关，灯丝的温度升高，内能增加B．太阳能热水器在阳光照射下，水的温度逐渐升高C．用磨刀石磨刀时，刀片的温度升高，内能增加D．打击铁钉，铁钉的温度升高，内能增加【答案】B【解析】打开电灯开关，灯丝的温度升高，是通过电流做功的方法来改变物体内能的，A错误；太阳能热水器中水的内能增加是以传热方式进行的，B正确；用磨刀石磨刀时，刀片温度升高，是通过摩擦力做功的方法来改变物体内能的，C错误；打击铁钉，铁钉温度升高，是通过做功的方法来改变物体内能的，D错误．热量和内能的理解1．热量的概念只有在涉及能量传递时才有意义，因此不能说物体具有多少热量，只能说物体吸收或放出了多少热量．2．在系统与外界只发生热传递时，系统吸收多少热量，系统内能就增加多少；系统放出多少热量，系统内能就减少多少．小练•随堂巩固1．下列属于内能发生转移的过程是 (

)A．摩擦生热 B．电流做功产生电热C．安培力做功 D．热传递【答案】D【解析】摩擦生热属于做功的方式实现机械能变成内能，A错误；电流做功产生电热属于做功的方式改变内能，B错误；安培力做功属于做功的方式改变内能，C错误；热传递属于热量在物体间传递，D正确．2．在绝热过程中，外界压缩气体做功20J，下列说法正确的是

(

)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【答案】A【解析】做功的过程是能量转化的过程，在绝热过程中，做多少功，内能就增加多少，A正确．3．下列关于做功和传热的说法中，正确的是 (

)A．做功和传热都能引起系统的内能改变B．只要外界对物体做功，物体的内能就一定改变C．传热的条件是物体间存在内能差D．做功和传热改变物体内能的实质是一样的【答案】A【解析】做功和传热都能引起系统的内能改变，效果相同，但它们的实质不同，做功是其他形式的能和内能之间的转化，而传热是不同物体或一个物体的不同部分间内能的转移，A正确，D错误；因为热量交换情况未知，所以外界对物体做功，物体的内能不一定改变，B错误；传热的条件是物体间存在温度差，而不是存在内能差，C错误．4．下列各事例中通过热传递改变物体内能的是 (

)A．车床上车刀切削工件后发热B．擦火柴时火柴头温度升高C．用肥皂水淋车刀后车刀降温D．搓搓手就会觉得手发热【答案】C【解析】车床上车刀切削工件后发热，擦火柴时火柴头温度升高，搓搓手就会觉得手发热都是通过做功改变物体内能；用肥皂水淋车刀后车刀降温是通过热传递改变物体内能的，C正确．5．(多选)对于热量、功和内能三者的理解，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，也可能是外界单一地向系统传递热量100J【答案】CD【解析】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错误；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正确，B错误；对一个绝热过程ΔU＝W＝100