高中物理第十章热力学定律第1节功和内能课件新人教版选修3-.ppt

第十章热力学定律热力学定律情情 景景 切切 入入地地球球上上的的能能源源很很多多，提提供供能能量量的的形形式式各各不不相相同同。风风、水水、洋洋流流和和波波浪浪等等是是以以机机械械能能的的形形式式提提供供的的，可可以以利利用用各各种种风风力力机机械械和和水水力力机机械械转转化化为为动动力力或或电电力力。煤煤、石石油油和和天天然然气气等等一一般般是是通通过过燃燃烧烧把把化化学学能能转转化化为为内内能能，内内能能可可以以直直接接利利用用。一一些些热热力力机机械械可可以以把把内内能能转转化化为为动动力力带带动动机机械械或或交交通通工工具具工工作作，也也可可进进行行热热力力发发电电。能能量量可可以以互互相相转转化化，各各种种能能量量最最终终都都转转化化为为内内能能。你你是是否否知知道道能能量量间间的的转化具有一定的规律呢？请你在本章的学习中得出答案吧。转化具有一定的规律呢？请你在本章的学习中得出答案吧。知知 识识 导导 航航本本章章主主要要讲讲述述了了改改变变物物体体内内能能的的两两种种方方式式：做做功功和和热热传传递递，热热力力学学第第一一定定律和能量守恒定律，以及热力学第二定律和能量耗散。律和能量守恒定律，以及热力学第二定律和能量耗散。本本章章从从焦焦耳耳的的热热功功当当量量实实验验切切入入，从从功功是是能能量量转转化化的的量量度度来来认认识识内内能能，接接着着从从内内能能改改变变的的方方式式热热传传递递说说明明热热与与内内能能的的关关系系，能能的的转转化化和和守守恒恒定定律律是是自自然然界界普普遍遍适适用用的的规规律律。接接着着以以热热力力学学定定律律来来说说明明能能量量与与热热量量的的区区别别及及联联系系，最最后以新能源开发与应用来结束本章。后以新能源开发与应用来结束本章。本本章章教教材材共共六六节节，整整章章内内容容可可分分四四部部分分：第第一一部部分分即即第第一一、二二节节，了了解解做做功功和和热热传传递递与与内内能能的的关关系系；第第二二部部分分即即第第三三节节，学学习习热热力力学学第第一一定定律律及及其其微微观观解解释释；第第四四部部分分即即第第四四、五五、六六节节，了了解解热热力力学学第第二二定定律律及及其其微微观观解解释释、能能源源和可持续发展及开发新能源的意义。和可持续发展及开发新能源的意义。本章重点：本章重点：改变物体内能的两种方式改变物体内能的两种方式做功和热传递，热力学第一定律。做功和热传递，热力学第一定律。本章难点：本章难点：能量守恒定律，热力学第二定律及微观解释。能量守恒定律，热力学第二定律及微观解释。学学 法法 指指 导导本本章章内内容容规规律律较较多多，且且较较抽抽象象，初初学学者者理理解解起起来来不不太太容容易易，给给学学习习带带来来一一定定难难度度，如如何何突突破破本本章章知知识识要要点点，把把握握重重点点，掌掌握握方方法法是是关关键键。要要注注意意从从实实验验和和模模型型来来建建立立物物理理图图景景，把把抽抽象象的的事事物物形形象象化化，更更要要注注意意利利用用科科学学的的假假说说和和模模型来研究问题，把不能直接观测的对象转化为能够直接观测的对象。型来研究问题，把不能直接观测的对象转化为能够直接观测的对象。第一节功和内能第一节功和内能【素养目标定位素养目标定位】了解焦耳的了解焦耳的热热功当量功当量实验实验，明确，明确实验实验原理原理 理解内能的概念，并了解功是能量改理解内能的概念，并了解功是能量改变变的量度的量度【素养思维脉络素养思维脉络】1 1课课前前预预习习反反馈馈2 2课课内内互互动动探探究究3 3核核心心素素养养提提升升4 4课课堂堂巩巩固固达达标标5 5课课时时强强化化作作业业课前预习反馈课前预习反馈知识点知识点 11绝热过程绝热过程系系统统只只通通过过对对外外界界做做功功或或_做做功功而而与与外外界界_能能量量，它它不从外界不从外界_，也不向外界，也不向外界_。2代表实验代表实验(1)重物下落带动叶片搅拌容器中的水，引起水温重物下落带动叶片搅拌容器中的水，引起水温_。(2)通过电流的通过电流的_给水加热。给水加热。3实验结论实验结论在在各各种种不不同同的的绝绝热热过过程程中中，系系统统状状态态的的改改变变与与_无无关关，仅仅与与做做功功_有关。有关。焦耳的实验焦耳的实验外界对它外界对它 不交换不交换 吸热吸热 散热散热 上升上升 热效应热效应 做功方式做功方式 数量数量 知识点知识点 21内能内能任任何何一一个个热热力力学学系系统统都都存存在在一一个个_的的物物理理量量，叫叫系统的内能。系统的内能。2做功与内能的关系做功与内能的关系做做功功可可以以改改变变系系统统的的内内能能，功功是是系系统统内内能能转转化化的的_，在在国国际际单单位位制制中，内能和功的单位都是焦耳中，内能和功的单位都是焦耳(J)。功和内能功和内能只依赖于系统自身状态只依赖于系统自身状态 量度量度 3内能变化与做功的关系内能变化与做功的关系(1)在在绝绝热热过过程程中中，外外界界对对系系统统做做功功，系系统统的的_。内内能能的的增增量量就就等于外界等于外界_，即，即UU2U1_。(2)在在绝绝热热过过程程中中，系系统统对对外外界界做做功功，系系统统的的_。内内能能的的减减少少量量就等于系统就等于系统_，即，即UU2U1_。内能增加内能增加 对系统做的功对系统做的功 W 内能减少内能减少 对外界做的功对外界做的功 W 判一判判一判(1)某某一一系系统统经经历历绝绝热热过过程程时时，只只要要初初末末状状态态相相同同，则则做做功功数数量量也也一一定定相相同同。()(2)在绝热过程中，做功方式不同会直接影响系统状态变化的最终结果。在绝热过程中，做功方式不同会直接影响系统状态变化的最终结果。()(3)在绝热过程中，系统对外界做的功等于系统内能的增加量。在绝热过程中，系统对外界做的功等于系统内能的增加量。()(4)功和内能都是能量转化的量度。功和内能都是能量转化的量度。()(5)搓搓手会感到手暖和些，是通过做功改变了手的内能。搓搓手会感到手暖和些，是通过做功改变了手的内能。()(6)外界对物体做功多，就意味着物体的内能大。外界对物体做功多，就意味着物体的内能大。()辨析思考辨析思考选一选选一选(多多选选)一一定定质质量量的的气气体体封封闭闭在在绝绝热热的的气气缸缸内内，当当用用活活塞塞压压缩缩气气体体时时，一一定定增增大的物理量有大的物理量有(不计气体分子势能不计气体分子势能)()A气体体积气体体积 B气体分子密度气体分子密度C气体内能气体内能D气体分子的平均动能气体分子的平均动能解解析析：外外力力做做功功，气气体体体体积积减减小小，分分子子密密度度增增大大，内内能能增增加加，温温度度升升高高，分子的平均动能增加。分子的平均动能增加。BCD 想一想想一想打打气气筒筒是是日日常常生生活活中中的的一一种种工工具具，当当我我们们用用打打气气筒筒给给自自行行车车打打气气的的时时候候，就就是是在在克克服服气气体体压压力力和和摩摩擦擦力力做做功功。打打气气的的过过程程中中你你有有没没有有试试着着去去摸摸一一下下打打气气筒筒的的外外壳壳？有有什什么么感感觉觉？打打气气筒的温度升高了，这是怎么回事呢？筒的温度升高了，这是怎么回事呢？答答案案：做做功功的的过过程程是是能能量量转转化化的的过过程程，做做功功使使得得系系统统的的内内能增加了，所以温度升高。能增加了，所以温度升高。课内互动探究课内互动探究做功和内能变化的关系做功和内能变化的关系探究探究 思考讨论思考讨论“火火”不不但但可可以以用用来来取取暖暖，还还可可以以用用来来加加热热食食物物，“火火”把把人人类类带带入入了了文文明明的的殿殿堂堂。我我们们的的祖祖先先很很早早就就发发明明了了“钻钻木木取取火火”的的用用具具，使使人人们们不不再再仅仅仅仅依依靠靠自自然然的的“恩恩赐赐”而得到而得到“火火”。你知道你知道“钻钻木取火木取火”的道理的道理吗吗？提提示示：做做功功可可以以改改变变物物体体的的内内能能，“钻钻木木取取火火”就就是是通通过过外外力力做做功功，机机械械能能转转化化为为内能。木材内能增加，温度达到着火点而燃内能。木材内能增加，温度达到着火点而燃烧烧。归纳总结归纳总结1内能与内能变化内能与内能变化(1)物体的内能是指物体内所有分子热运动的动能和分子势能之和。物体的内能是指物体内所有分子热运动的动能和分子势能之和。(2)当当物物体体温温度度变变化化时时，分分子子平平均均动动能能变变化化。物物体体体体积积变变化化时时，分分子子势势能能发发生生变变化化，即即物物体体的的内内能能是是由由它它的的状状态态决决定定的的，且且物物体体的的内内能能变变化化只只由由初初、末末状状态决定，与中间过程及方式无关。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与内能变化的关系(1)做做功功改改变变物物体体内内能能的的过过程程是是其其他他形形式式的的能能(如如机机械械能能)与与内内能能相相互互转转化化的的过过程。程。(2)在在绝绝热热过过程程中中，外外界界对对物物体体做做多多少少功功，就就有有多多少少其其他他形形式式的的能能转转化化为为内内能，物体的内能就增加多少。能，物体的内能就增加多少。3功和内能的区别功和内能的区别(1)功是过程量，内能是状态量。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。在绝热过程中，做功一定能引起内能的变化。(3)物物体体的的内内能能大大，并并不不意意味味着着做做功功多多。在在绝绝热热过过程程中中，只只有有内内能能变变化化较较大大时，对应着做功较多。时，对应着做功较多。特别提醒特别提醒(1)外外界界对对某某一一系系统统做做功功时时，系系统统的的内内能能不不一一定定增增加加，还还要要看看该该系系统统有有没没有有向外放热，以及向外放热的多少。向外放热，以及向外放热的多少。(2)在绝热过程中，系统内能的增加量等于外界对系统所做的功。在绝热过程中，系统内能的增加量等于外界对系统所做的功。特别提醒特别提醒(1)外外界界对对某某一一系系统统做做功功时时，系系统统的的内内能能不不一一定定增增加加，还还要要看看该该系系统统有有没没有有向外放热，以及向外放热的多少。向外放热，以及向外放热的多少。(2)在绝热过程中，系统内能的增加量等于外界对系统所做的功。在绝热过程中，系统内能的增加量等于外界对系统所做的功。典例剖析典例剖析(多多选选)(2020山山东东省省济济宁宁市市实实验验中中学学高高二二下下学学期期检检测测)用用密密封封性性好好、充充满满气气体体的的塑塑料料袋袋包包裹裹易易碎碎品品，如如图图所所示示。充充气气袋袋四四周周被被挤挤压压时时，假假设设袋袋内内气气体与外界无热交换，则袋内气体体与外界无热交换，则袋内气体()A体积减小，内能增大体积减小，内能增大B体积减小，压强减小体积减小，压强减小C对外界做负功，内能增大对外界做负功，内能增大D对外界做正功，压强减小对外界做正功，压强减小AC 典典 例例解题指导：解题指导：(1)气体体积减小，外界对气体做正功。气体体积减小，外界对气体做正功。(2)应用做功与内能变化的关系判断内能的变化。应用做功与内能变化的关系判断内能的变化。对点训练对点训练如如图图所所示示，在在紫紫铜铜管管内内滴滴入入乙乙醚醚，盖盖紧紧管管塞塞。用用手手拉拉住住绳绳子子两两端端迅迅速速往往复复拉动，管塞会被冲开。管塞被冲开前拉动，管塞会被冲开。管塞被冲开前()A外界对管内气体做功，气体内能增大外界对管内气体做功，气体内能增大B管内气体对外界做功，气体内能减小管内气体对外界做功，气体内能减小C管内气体内能不变，压强变大管内气体内能不变，压强变大D管内气体内能增大，压强变大管内气体内能增大，压强变大解解析析：克克服服绳绳与与金金属属管管间间的的摩摩擦擦做做功功，使使管管壁壁内内能能增增大大，温温度度升升高高。通通过过热热传传递递，乙乙醚醚的的内内能能增增大大，温温度度升升高高，直直至至沸沸腾腾，管管塞塞会会被被冲冲开开。管管塞塞被被冲冲开开前管内气体内能增大，压强变大。选项前管内气体内能增大，压强变大。选项D正确。正确。D 核心素养提升核心素养提升焦耳的两个代表性实验焦耳的两个代表性实验 两个两个实验实验实验实验一一实验实验二二做功方式做功方式通通过过重重物物下下落落带带动动叶叶片片搅搅水水，靠靠叶叶片片与与水水摩摩擦擦使使水水温温升升高高，通通过过机械功机械功实现实现能量能量转转化化通通过过重重物物下下落落使使发发电电机机发发电电，电电流流通通过过电电阻阻丝丝做做功功使使水水温温升升高高，通通过电过电功功实现实现能量能量转转化化实验实验条件条件 容器及其中的水容器及其中的水组组成的系成的系统统与外界与外界绝热绝热共性共性外外界界对对系系统统做做功功数数值值上上相相同同，系系统统温温度度上上升升数数值值相相同同，内内能能改改变变相相同同(多多选选)如如图图为为焦焦耳耳实实验验装装置置图图，用用绝绝热热性性能能良良好好的的材材料料将将容容器器包包好好，重重物物下下落落带带动动叶叶片片搅搅拌拌容容器器里里的的水水，引引起起水水温温升升高高，关关于于这这个个实实验验，下下列列说法正确的是说法正确的是()A这个装置可测定热功当量这个装置可测定热功当量B做功增加了水的热量做功增加了水的热量C做功增加了水的内能做功增加了水的内能D功和热量是完全等价的，无区别功和热量是完全等价的，无区别案案 例例AC 解解析析：该该实实验验测测定定做做功功和和内内能能变变化化的的关关系系。可可以以测测定定热热功功当当量量，A正正确确；该该实实验验是是绝绝热热过过程程，没没有有热热传传递递，内内能能的的改改变变是是由由于于做做功功，C正正确确；做做功功表表示示能能量量的转化，而热量表示热传递中内能的转移，二者有区别，的转化，而热量表示热传递中内能的转移，二者有区别，B、D错误。错误。谢谢观赏勤能补拙，学有成就！2024/4/6 周六30