高中 物理 必修第三册 第三章 热力学定律《第1节 功、热和内能的改变》教学设计.docxVIP

第1节功、热和内能的改变

[学习目标]

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。

2．知道做功与内能改变的数量关系。知道传热的热量与内能变化的关系。

3．知道做功和传热是改变内能的两种方式，且对改变系统内能是等效的。

知识点1焦耳的实验

1．绝热过程：系统不从外界吸热，也不向外界放热的过程。

2．代表性实验

(1)重物下落时带动叶片搅拌容器中的水，引起水温上升；

(2)电流通过浸在液体中的电阻丝，由电流的热效应给液体加热。

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，而与做功的方式无关。

4．内能：任何一个热力学系统必定存在一个只依赖于系统自身状态的物理量，这个物理量在两个状态间的差别与外界在绝热过程中对系统所做的功相联系。鉴于功是能量变化的量度，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。

知识点2功与内能的改变

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＝W。

2．理解

(1)ΔU＝W的适用条件是绝热过程。

(2)在绝热过程中：外界对系统做功，系统的内能增加；系统对外做功，系统的内能减少。

[判一判]

1．(1)系统只从外界吸热，而不向外界放热的过程就是绝热过程。()

(2)在绝热过程中，外界对系统做多少功，内能就能增加多少。()

(3)功和内能都是能量转化的量度。()

提示：(1)×(2)√(3)×

知识点3热与内能的改变

1．传热

(1)条件：物体的温度不同。

(2)定义：两个温度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，热从高温物体传到了低温物体。

2．热和内能的改变

(1)热量是在单纯的传热过程中系统内能变化的量度。

(2)表达式：ΔU＝Q。

(3)传热和做功在改变系统内能上的异同：①做功和传热都能引起系统内能的改变。②做功是内能与其他形式的能发生转化；传热只是不同物体(或一个物体的不同部分)之间内能的转移。

[判一判]

2．(1)做功和传热都可改变物体的内能，从效果上是等效的。()

(2)热量一定从内能多的物体传递给内能少的物体。()

(3)传热只能发生在两个物体间，同一物体不能发生传热。()

提示：(1)√(2)×(3)×

1．(做功与内能变化的关系)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20J

B．气体内能增加必定小于20J

C．气体内能增加可能小于20J

D．气体内能可能不变

解析：选A。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，所以A正确。

2．(传热)关于热传递，下列说法正确的是()

A．热传递的实质是温度的传递

B．物体间存在温度差，才能发生热传递

C．热量总是从热量多的物体传到热量少的物体

D．热量总是从内能多的物体传到内能少的物体

答案：B

3．(做功、热量和内能的关系)(多选)下列关于热量、功和内能的说法正确的是()

A．热量、功、内能三者的物理意义等同

B．热量、功都可以作为物体内能的量度

C．热量、功都可以作为物体内能变化的量度

D．热量、功、内能的单位相同

解析：选CD。物体的内能是指物体内所有分子动能和分子势能的总和，而要改变物体的内能可以通过做功和传热两种途径，这三者的物理意义不同，A错误；热量是表示在传热过程中物体内能变化了多少，而功也是用做功的方式量度物体内能变化了多少，B错误，C正确；三者的单位都是焦耳，D正确。

4.(做功、热量和内能的关系)对于热量、功和内能三个物理量，下列说法正确的是()

A．热量和功与过程有关，而内能与状态有关

B．热量、功和内能的物理意义相同

C．热量和功都可以作为内能的量度

D．内能大的物体具有的热量多

答案：A

探究一做功与内能变化的关系

【问题导引】

1.

如图，在有机玻璃筒底放少量浸有乙醚的棉花，压下活塞，观察棉花的变化。

(1)你能看到什么现象？实验现象说明了什么问题？

(2)图中用力按压活塞时为什么一定要迅速？

2．在焦耳的许多实验中，有两个最具有代表性：一个实验是让重物下落带动叶片搅拌容器中的水，引起水温上升；另一个实验是通过电流的热效应给水加热。焦耳的这两个实验说明了什么问题？

提示：1.(1)可以看到棉花燃烧。实验现象说明压缩空气做功，使空气内能增大，达到棉花的燃点后引起棉花燃烧。

(2)迅速按下活塞是为了减少传热，创造一个绝热条件。

2．做功和传热对改变物体的内能是等效的。

1．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。

(2)当物体温度变化时，分子平均动能变化；物