高中物理人教版 (2019)選擇性必修 第三冊(cè)1 功、熱和內(nèi)能的改變教學(xué)演示ppt課件

這是一份高中物理人教版 (2019)選擇性必修 第三冊(cè)1 功、熱和內(nèi)能的改變教學(xué)演示ppt課件，共51頁。PPT課件主要包含了目標(biāo)體系構(gòu)建，思維脈絡(luò)，課前預(yù)習(xí)反饋，知識(shí)點(diǎn)1，功和內(nèi)能，熱效應(yīng)，ΔU＝W，知識(shí)點(diǎn)2，熱和內(nèi)能，ΔU＝Q等內(nèi)容，歡迎下載使用。
1．分子動(dòng)理論的基本內(nèi)容
【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1．了解焦耳的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的原理，認(rèn)識(shí)焦耳實(shí)驗(yàn)探究對(duì)建立熱力學(xué)規(guī)律的意義。2．知道做功和熱傳遞在改變系統(tǒng)內(nèi)能上的區(qū)別，并會(huì)區(qū)分熱量和內(nèi)能的概念。3．理解做功與內(nèi)能的改變和熱傳遞與內(nèi)能的改變的關(guān)系，會(huì)解釋相關(guān)現(xiàn)象。
1．焦耳的實(shí)驗(yàn)(1)絕熱過程：系統(tǒng)只由于外界對(duì)它做功而與外界交換________，它不從外界________，也不向外界________。(2)代表性實(shí)驗(yàn)①重物下落帶動(dòng)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(shí)驗(yàn)結(jié)論：要使系統(tǒng)狀態(tài)通過絕熱過程發(fā)生變化，做功的數(shù)量只由過程始末兩個(gè)狀態(tài)決定，而與做功的________無關(guān)。
2．功和內(nèi)能(1)內(nèi)能：任何一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)都必定存在一個(gè)只依賴于系統(tǒng)______ ______的物理量，這個(gè)物理量在兩個(gè)狀態(tài)間的差別與外界在________過程中對(duì)系統(tǒng)所做的功相聯(lián)系。鑒于功是能量________的量度，所以這個(gè)物理量必定是系統(tǒng)的一種能量，我們把它稱為系統(tǒng)的內(nèi)能。(2)功和內(nèi)能：在絕熱過程中，外界對(duì)系統(tǒng)做的功等于系統(tǒng)內(nèi)能的變化量，即____________。說明：在熱力學(xué)系統(tǒng)的絕熱過程中，外界對(duì)系統(tǒng)所做的功僅由過程的始末兩個(gè)狀態(tài)決定，不依賴于做功的具體過程和方式。
1．熱傳遞(1)條件：物體的________不同。(2)定義：兩個(gè)________不同的物體相互接觸時(shí)，溫度高的物體要降溫，溫度低的物體要升溫，________從高溫物體傳到了低溫物體。
2．熱和內(nèi)能(1)熱量：它是在單純的傳熱過程中系統(tǒng)________變化的量度。(2)表達(dá)式：____________。(3)熱傳遞與做功在改變系統(tǒng)內(nèi)能上的異同：①做功和熱傳遞都能引起系統(tǒng)________的改變。②做功時(shí)是內(nèi)能與其他形式能的________；熱傳遞只是不同物體(或一個(gè)物體的不同部分)之間______________。注意：我們不能說物體具有多少熱量，只能說某一過程中物體吸收或放出了多少熱量。
『判一判』(1)某一系統(tǒng)經(jīng)歷絕熱過程時(shí)，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(huì)直接影響系統(tǒng)狀態(tài)變化的最終結(jié)果。(　　)
(3)在絕熱過程中，系統(tǒng)對(duì)外界做的功等于系統(tǒng)內(nèi)能的增加量。(　　)(4)熱量一定從內(nèi)能多的物體傳遞給內(nèi)能少的物體。(　　)(5)做功和熱傳遞都能改變物體的內(nèi)能。(　　)(6)熱傳遞改變內(nèi)能的實(shí)質(zhì)是能量的轉(zhuǎn)移。(　　)
『選一選』(多選)(2021·上海市金山區(qū)高二期末)下列過程中，主要通過熱傳遞方式改變物體內(nèi)能的是(　　　)A．濕衣服中的水蒸發(fā)B．水中的冰融化C．池水在陽光的照射下溫度升高D．錘子敲擊釘子后釘子變熱
解析：濕衣服中的水蒸發(fā)是因?yàn)闊醾鬟f，故A正確；水中的冰融化是因?yàn)闊醾鬟f，故B正確；池水在陽光的照射下溫度升高是熱量的傳遞，故C正確；錘子敲擊釘子后釘子變熱是因?yàn)殄N子對(duì)釘子做功轉(zhuǎn)化為熱量，故D錯(cuò)誤。
『想一想』打氣筒是日常生活中的一種工具，當(dāng)我們用打氣筒給自行車打氣的時(shí)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(zhuǎn)化的過程，做功使得系統(tǒng)的內(nèi)能增加了，所以溫度升高。
“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(nèi)能，“鉆木取火”就是通過外力做功，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。木材內(nèi)能增加，溫度達(dá)到著火點(diǎn)而燃燒。
1．內(nèi)能與內(nèi)能變化(1)物體的內(nèi)能是指物體內(nèi)所有分子熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能和分子勢(shì)能之和。(2)當(dāng)物體溫度變化時(shí)，分子平均動(dòng)能變化。物體體積變化時(shí)，分子勢(shì)能發(fā)生變化，即物體的內(nèi)能是由它的狀態(tài)決定的，且物體的內(nèi)能變化只由初、末狀態(tài)決定，與中間過程及方式無關(guān)。
2．做功與內(nèi)能變化的關(guān)系(1)做功改變物體內(nèi)能的過程是其他形式的能(如機(jī)械能)與內(nèi)能相互轉(zhuǎn)化的過程。(2)在絕熱過程中，外界對(duì)物體做多少功，就有多少其他形式的能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，物體的內(nèi)能就增加多少。
3．功和內(nèi)能的區(qū)別(1)功是過程量，內(nèi)能是狀態(tài)量。(2)在絕熱過程中，做功一定能引起內(nèi)能的變化。(3)物體的內(nèi)能大，并不意味著做功多。在絕熱過程中，只有內(nèi)能變化較大時(shí)，對(duì)應(yīng)著做功較多。
(1)外界對(duì)某一系統(tǒng)做功時(shí)，系統(tǒng)的內(nèi)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(nèi)能的增加量等于外界對(duì)系統(tǒng)所做的功。
　　　　　(多選)(2021·山東省濟(jì)寧市實(shí)驗(yàn)中學(xué)高二下學(xué)期檢測(cè))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(shí)，假設(shè)袋內(nèi)氣體與外界無熱交換，則袋內(nèi)氣體(　 　)A．體積減小，內(nèi)能增大B．體積減小，壓強(qiáng)減小C．對(duì)外界做負(fù)功，內(nèi)能增大D．對(duì)外界做正功，壓強(qiáng)減小
解題指導(dǎo)：(1)氣體體積減小，外界對(duì)氣體做正功。(2)應(yīng)用做功與內(nèi)能變化的關(guān)系判斷內(nèi)能的變化。
1．如圖所示，在紫銅管內(nèi)滴入乙醚，蓋緊管塞。用手拉住繩子兩端迅速往復(fù)拉動(dòng)，管塞會(huì)被沖開。管塞被沖開前(　　)A．外界對(duì)管內(nèi)氣體做功，氣體內(nèi)能增大B．管內(nèi)氣體對(duì)外界做功，氣體內(nèi)能減小C．管內(nèi)氣體內(nèi)能不變，壓強(qiáng)變大D．管內(nèi)氣體內(nèi)能增大，壓強(qiáng)變大
解析：克服繩與金屬管間的摩擦做功，使管壁內(nèi)能增大，溫度升高。通過熱傳遞，乙醚的內(nèi)能增大，溫度升高，直至沸騰，管塞會(huì)被沖開。管塞被沖開前管內(nèi)氣體內(nèi)能增大，壓強(qiáng)變大。選項(xiàng)D正確。
功、內(nèi)能、熱量和溫度的區(qū)別與聯(lián)系
(1)用鐵錘反復(fù)敲擊鐵棒，鐵棒的溫度會(huì)升高，把鐵棒放在火上燒，鐵棒的溫度也會(huì)升高，這說明了什么問題？提示：說明做功和熱傳遞都能改變物體的內(nèi)能。
(2)如圖所示是熱傳遞的三種方式——傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射，請(qǐng)?jiān)趫D片基礎(chǔ)上思考以下問題：
①這三種方式在傳遞能量時(shí)有什么共同點(diǎn)？②熱傳遞和做功都可以改變物體的內(nèi)能，這兩種方式在改變物體內(nèi)能時(shí)本質(zhì)上又有什么不同？提示：①熱量總是從溫度高的物體向溫度低的物體傳遞。②做功是其他形式的能與內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)化，熱傳遞是物體內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)移。
1．內(nèi)能與溫度從宏觀看，溫度表示的是物體的冷熱程度；從微觀看，溫度反映了分子熱運(yùn)動(dòng)的激烈程度，是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志。物體的溫度升高，其內(nèi)能一定增加。但向物體傳遞熱量，物體的內(nèi)能卻不一定增加(可能同時(shí)對(duì)外做功)。
2．熱量和內(nèi)能內(nèi)能是由系統(tǒng)狀態(tài)決定的，狀態(tài)確定，系統(tǒng)的內(nèi)能也隨之確定，要使系統(tǒng)的內(nèi)能發(fā)生變化，可以通過熱傳遞或做功兩種途徑來完成。而熱量是傳遞過程中的特征物理量，和功一樣，熱量只是反映物體在狀態(tài)變化過程中所遷移的能量，是用來衡量物體內(nèi)能變化的。有過程，才有變化，離開過程，毫無意義。就某一狀態(tài)而言，只有“內(nèi)能”，根本不存在什么“熱量”和“功”，因此，不能說一個(gè)系統(tǒng)中含有“多少熱量”或“多少功”。
3．熱量與溫度熱量是系統(tǒng)的內(nèi)能變化的量度，而溫度是系統(tǒng)內(nèi)大量分子做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)劇烈程度的標(biāo)志。熱傳遞的前提條件是兩個(gè)系統(tǒng)之間要有溫度差，傳遞的是熱量而不是溫度。
只要存在溫度差，熱傳遞過程就會(huì)進(jìn)行，與原來物體內(nèi)能的多少大小無關(guān)。熱傳遞過程能量可以由內(nèi)能大的物體傳到內(nèi)能小的物體上，也可以由內(nèi)能小的物體傳到內(nèi)能大的物體上。
　　　　　對(duì)于熱量、功、內(nèi)能三個(gè)物理量，下列各種說法中正確的是(　　)A．熱量、功、內(nèi)能的物理意義等同B．熱量、功都可以作為物體內(nèi)能的量度C．熱量、功、內(nèi)能的單位不相同D．熱量和功是由過程決定的，而內(nèi)能是由物體狀態(tài)決定的解題指導(dǎo)：求解此題應(yīng)把握以下三點(diǎn)：(1)明確功、熱量、內(nèi)能的物理意義；(2)明確功、熱量、內(nèi)能分別是過程量還是狀態(tài)量；(3)功、熱量、內(nèi)能的單位相同。
解析：物體的內(nèi)能是物體的所有分子動(dòng)能和分子勢(shì)能的總和，而要改變物體的內(nèi)能，可以通過做功和熱傳遞兩種方式，這三者的物理意義不同，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤；熱量是熱傳遞過程中，物體內(nèi)能的變化量，而不是內(nèi)能的量度，故選項(xiàng)B錯(cuò)誤；熱量、功、內(nèi)能三者的單位一樣，都是焦耳(J)，故C項(xiàng)錯(cuò)誤；熱量和功是量度物體內(nèi)能的轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化的，而物體的內(nèi)能是由物體本身所處的狀態(tài)，即溫度、體積、摩爾數(shù)決定的，故選項(xiàng)D正確。
2．(2021·蘇州市高新區(qū)第一中學(xué)高二下學(xué)期期中)下列說法中正確的是(　　)A．做功和熱傳遞是改變物體內(nèi)能的兩種不同的物理過程B．做功和熱傳遞在改變物體內(nèi)能上是等效的，因此對(duì)物體做功就是對(duì)物體傳熱C．熱量是熱傳遞過程中，內(nèi)能大的物體向內(nèi)能小的物體或物體內(nèi)能大的部分向內(nèi)能小的部分轉(zhuǎn)移的內(nèi)能大小的量度D．高溫物體具有的熱量多，低溫物體具有的熱量少
解析：做功和熱傳遞是改變物體內(nèi)能的兩種不同的物理過程，故A正確；做功和熱傳遞在改變物體內(nèi)能上是等效的，但是對(duì)物體做功與對(duì)物體傳熱的本質(zhì)是不同的，故B錯(cuò)誤；熱量是熱傳遞過程中，溫度高的物體向溫度低的物體或物體溫度高的部分向溫度低的部分轉(zhuǎn)移的內(nèi)能大小的量度，故C錯(cuò)誤；熱量是熱傳遞過程中，內(nèi)能變化的量度，是過量程，故D錯(cuò)誤。
做功和熱傳遞在改變物體內(nèi)能上的關(guān)系
改變內(nèi)能的兩種方式的比較：
　　　　(多選)器壁透熱的氣缸固定在恒溫環(huán)境中，如圖所示。氣缸內(nèi)封閉著一定量的氣體，氣體分子間相互作用的分子力可以忽略不計(jì)，當(dāng)緩慢推動(dòng)活塞Q向左運(yùn)動(dòng)的過程中，下列說法正確的是(　 　)A．活塞對(duì)氣體做功，氣體的內(nèi)能增加B．活塞對(duì)氣體做功，氣體的平均動(dòng)能不變C．氣體的單位分子數(shù)增大，壓強(qiáng)增大D．氣體向外散熱，內(nèi)能減少
解析：解決本題的關(guān)鍵是理解緩慢推動(dòng)活塞Q的物理含義，推動(dòng)活塞Q使活塞對(duì)氣體做功，本來氣體的溫度應(yīng)升高，但是由于緩慢推動(dòng)活塞，所以使氣體增加的內(nèi)能又以熱量的形式釋放到周圍環(huán)境中，由于環(huán)境溫度恒定，所以氣缸內(nèi)氣體的溫度不變，內(nèi)能不變，氣體的平均動(dòng)能不變，A、D錯(cuò)誤，B正確；由于氣體被壓縮，氣體單位體積內(nèi)的分子數(shù)增大，所以單位面積上，氣缸受到氣體分子的碰撞次數(shù)增多，因此氣體的壓強(qiáng)增大，C正確。
1．(2021·江蘇省啟東中學(xué)高二下學(xué)期期末)如圖所示，瓶?jī)?nèi)裝有少量的水，瓶口已塞緊，水上方空氣中有水蒸氣，用打氣筒向瓶?jī)?nèi)打氣，當(dāng)塞子從瓶口跳出時(shí)，瓶?jī)?nèi)出現(xiàn)“白霧”，這一現(xiàn)象產(chǎn)生的原因可以用下面三句話解釋：甲，水蒸氣凝結(jié)成小水珠；乙，瓶?jī)?nèi)氣體推動(dòng)瓶塞做功，內(nèi)能減小；丙，溫度降低。三句話正確的順序是(　　)A．甲、乙、丙B．乙、丙、甲C．丙、甲、乙D．乙、甲、丙
解析：根據(jù)題意因果順序的進(jìn)程為：空氣推動(dòng)瓶塞做功——空氣內(nèi)能減小——瓶?jī)?nèi)空氣溫度降低——瓶?jī)?nèi)水蒸氣液化成小水珠即“白霧”，而瓶塞跳起的原因是用打氣筒往瓶?jī)?nèi)打氣使氣體壓強(qiáng)增大所致。
2．(2021·江西省南昌二中高二下學(xué)期檢測(cè))如圖所示，帶有活塞的氣缸中封閉著一定質(zhì)量的氣體(不考慮分子勢(shì)能)。將一個(gè)熱敏電阻(電阻值隨溫度升高而減小)置于氣缸中，熱敏電阻與氣缸外的歐姆表連接，氣缸和活塞均具有良好的絕熱性能。
下列說法正確的是(　　)A．若拉動(dòng)活塞使氣缸內(nèi)氣體體積增大，需加一定的拉力，說明氣體分子間有引力B．若拉動(dòng)活塞使氣缸內(nèi)氣體體積增大，則歐姆表讀數(shù)將變小C．若發(fā)現(xiàn)歐姆表讀數(shù)變大，則氣缸內(nèi)氣體內(nèi)能一定增大D．若發(fā)現(xiàn)歐姆表讀數(shù)變大，則氣缸內(nèi)氣體內(nèi)能一定減小
解析：氣體分子間的距離已經(jīng)超過分子間作用力所研究的范圍，所以不能說明分子間有引力，故A錯(cuò)誤；若拉動(dòng)活塞使氣缸內(nèi)氣體體積增大，氣體對(duì)外做功，內(nèi)能減小，溫度降低，電阻增大，則歐姆表示數(shù)將變大，故B錯(cuò)誤；發(fā)現(xiàn)歐姆表讀數(shù)變大時(shí)，熱敏電阻變大，說明溫度降低，則氣體內(nèi)能減小，故C錯(cuò)誤，D正確。
3．(2021·海南省三亞吉陽區(qū)校級(jí)月考)關(guān)于熱傳遞，下列說法中正確的是(　　)A．熱傳遞的實(shí)質(zhì)是溫度的傳遞B．物體間存在著溫度差，才能發(fā)生熱傳遞C．熱傳遞可以在任何情況下進(jìn)行D．物體內(nèi)能發(fā)生改變，一定是吸收或放出了熱量解析：熱傳遞的實(shí)質(zhì)是能量的傳遞。故A錯(cuò)誤；物體間存在著溫度差，才能發(fā)生熱傳遞。故B正確；熱傳遞必須在有溫度差的情況下進(jìn)行。故C錯(cuò)誤；物體的內(nèi)能發(fā)生了改變，可能是由于發(fā)生了熱傳遞，也可能是由于做功導(dǎo)致的。故D錯(cuò)誤。
4．(多選)(2021·山東省濟(jì)南市部分重點(diǎn)中學(xué)高二檢測(cè))如圖所示，絕熱的容器內(nèi)密閉一定質(zhì)量的理想氣體(不考慮分子間的作用力)，用電阻絲緩慢對(duì)其加熱時(shí)，絕熱活塞無摩擦地上升，下列說法正確的是　 　 　 　 　 　 (　 　)A．單位時(shí)間內(nèi)氣體分子對(duì)活塞碰撞的次數(shù)減少B．電流對(duì)氣體做功，氣體對(duì)外做功，氣體內(nèi)能可能減少C．電流對(duì)氣體做功，氣體又對(duì)外做功，其內(nèi)能可能不變D．電流對(duì)氣體做的功一定大于氣體對(duì)外做的功