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\n1．分子动理论的基本内容\n课前预习反馈课内互动探究课堂达标检测目标体系构建核心素养提升\n目标体系构建\n【学习目标】1．了解焦耳的两个实验的原理，认识焦耳实验探究对建立热力学规律的意义。2．知道做功和热传递在改变系统内能上的区别，并会区分热量和内能的概念。3．理解做功与内能的改变和热传递与内能的改变的关系，会解释相关现象。\n【思维脉络】\n课前预习反馈\n1．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。能量知识点1功和内能吸热放热上升热效应方式\n2．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变化量，即____________。说明：在热力学系统的绝热过程中，外界对系统所做的功仅由过程的始末两个状态决定，不依赖于做功的具体过程和方式。自身状态绝热变化ΔU＝W\n1．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。温度知识点2热和内能温度热量\n2．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做功时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______________。注意：我们不能说物体具有多少热量，只能说某一过程中物体吸收或放出了多少热量。内能ΔU＝Q内能转化内能的转移\n思考辨析『判一判』(1)某一系统经历绝热过程时，只要初末状态相同，则做功数量也一定相同。()(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。()√×\n(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。()(4)热量一定从内能多的物体传递给内能少的物体。()(5)做功和热传递都能改变物体的内能。()(6)热传递改变内能的实质是能量的转移。()××√√\n『选一选』(多选)(2021·上海市金山区高二期末)下列过程中，主要通过热传递方式改变物体内能的是()A．湿衣服中的水蒸发B．水中的冰融化C．池水在阳光的照射下温度升高D．锤子敲击钉子后钉子变热ABC\n解析：湿衣服中的水蒸发是因为热传递，故A正确；水中的冰融化是因为热传递，故B正确；池水在阳光的照射下温度升高是热量的传递，故C正确；锤子敲击钉子后钉子变热是因为锤子对钉子做功转化为热量，故D错误。\n『想一想』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，就是在克服气体压力和摩擦力做功。打气的过程中你有没有试着去摸一下打气筒的外壳？有什么感觉？打气筒的温度升高了，这是怎么回事呢？答案：做功的过程是能量转化的过程，做功使得系统的内能增加了，所以温度升高。\n课内互动探究\n探究功和内能情景导入“火”不但可以用来取暖，还可以用来加热食物，“火”把人类带入了文明的殿堂。我们的祖先很早就发明了“钻木取火”的用具，使人们不再仅仅依靠自然的“恩赐”而得到“火”。你知道“钻木取火”的道理吗？提示：做功可以改变物体的内能，“钻木取火”就是通过外力做功，机械能转化为内能。木材内能增加，温度达到着火点而燃烧。\n1．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。物体体积变化时，分子势能发生变化，即物体的内能是由它的状态决定的，且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。要点提炼\n2．做功与内能变化的关系(1)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。(2)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。\n3．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，并不意味着做功多。在绝热过程中，只有内能变化较大时，对应着做功较多。\n(1)外界对某一系统做功时，系统的内能不一定增加，还要看该系统有没有向外放热，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。特别提醒\n(多选)(2021·山东省济宁市实验中学高二下学期检测)用密封性好、充满气体的塑料袋包裹易碎品，如图所示。充气袋四周被挤压时，假设袋内气体与外界无热交换，则袋内气体()A．体积减小，内能增大B．体积减小，压强减小C．对外界做负功，内能增大D．对外界做正功，压强减小典例1典例剖析AC\n解题指导：(1)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。\n1．如图所示，在紫铜管内滴入乙醚，盖紧管塞。用手拉住绳子两端迅速往复拉动，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B．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D．管内气体内能增大，压强变大对点训练D\n解析：克服绳与金属管间的摩擦做功，使管壁内能增大，温度升高。通过热传递，乙醚的内能增大，温度升高，直至沸腾，管塞会被冲开。管塞被冲开前管内气体内能增大，压强变大。选项D正确。\n探究功、内能、热量和温度的区别与联系情景导入(1)用铁锤反复敲击铁棒，铁棒的温度会升高，把铁棒放在火上烧，铁棒的温度也会升高，这说明了什么问题？提示：说明做功和热传递都能改变物体的内能。\n(2)如图所示是热传递的三种方式——传导、对流和辐射，请在图片基础上思考以下问题：\n①这三种方式在传递能量时有什么共同点？②热传递和做功都可以改变物体的内能，这两种方式在改变物体内能时本质上又有什么不同？提示：①热量总是从温度高的物体向温度低的物体传递。②做功是其他形式的能与内能之间的转化，热传递是物体内能之间的转移。\n1．内能与温度从宏观看，温度表示的是物体的冷热程度；从微观看，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)。要点提炼\n2．热量和内能内能是由系统状态决定的，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途径来完成。而热量是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”。\n3．热量与温度热量是系统的内能变化的量度，而温度是系统内大量分子做无规则运动剧烈程度的标志。热传递的前提条件是两个系统之间要有温度差，传递的是热量而不是温度。\n只要存在温度差，热传递过程就会进行，与原来物体内能的多少大小无关。热传递过程能量可以由内能大的物体传到内能小的物体上，也可以由内能小的物体传到内能大的物体上。特别提醒\n对于热量、功、内能三个物理量，下列各种说法中正确的是()A．热量、功、内能的物理意义等同B．热量、功都可以作为物体内能的量度C．热量、功、内能的单位不相同D．热量和功是由过程决定的，而内能是由物体状态决定的解题指导：求解此题应把握以下三点：(1)明确功、热量、内能的物理意义；(2)明确功、热量、内能分别是过程量还是状态量；(3)功、热量、内能的单位相同。典例2典例剖析D\n解析：物体的内能是物体的所有分子动能和分子势能的总和，而要改变物体的内能，可以通过做功和热传递两种方式，这三者的物理意义不同，故选项A错误；热量是热传递过程中，物体内能的变化量，而不是内能的量度，故选项B错误；热量、功、内能三者的单位一样，都是焦耳(J)，故C项错误；热量和功是量度物体内能的转移或转化的，而物体的内能是由物体本身所处的状态，即温度、体积、摩尔数决定的，故选项D正确。\n2．(2021·苏州市高新区第一中学高二下学期期中)下列说法中正确的是()A．做功和热传递是改变物体内能的两种不同的物理过程B．做功和热传递在改变物体内能上是等效的，因此对物体做功就是对物体传热C．热量是热传递过程中，内能大的物体向内能小的物体或物体内能大的部分向内能小的部分转移的内能大小的量度D．高温物体具有的热量多，低温物体具有的热量少对点训练A\n解析：做功和热传递是改变物体内能的两种不同的物理过程，故A正确；做功和热传递在改变物体内能上是等效的，但是对物体做功与对物体传热的本质是不同的，故B错误；热量是热传递过程中，温度高的物体向温度低的物体或物体温度高的部分向温度低的部分转移的内能大小的量度，故C错误；热量是热传递过程中，内能变化的量度，是过量程，故D错误。\n核心素养提升\n做功和热传递在改变物体内能上的关系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\n比较项目做功热传递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\n(多选)器壁透热的气缸固定在恒温环境中，如图所示。气缸内封闭着一定量的气体，气体分子间相互作用的分子力可以忽略不计，当缓慢推动活塞Q向左运动的过程中，下列说法正确的是()A．活塞对气体做功，气体的内能增加B．活塞对气体做功，气体的平均动能不变C．气体的单位分子数增大，压强增大D．气体向外散热，内能减少案例BC\n解析：解决本题的关键是理解缓慢推动活塞Q的物理含义，推动活塞Q使活塞对气体做功，本来气体的温度应升高，但是由于缓慢推动活塞，所以使气体增加的内能又以热量的形式释放到周围环境中，由于环境温度恒定，所以气缸内气体的温度不变，内能不变，气体的平均动能不变，A、D错误，B正确；由于气体被压缩，气体单位体积内的分子数增大，所以单位面积上，气缸受到气体分子的碰撞次数增多，因此气体的压强增大，C正确。\n课堂达标检测\n1．(2021·江苏省启东中学高二下学期期末)如图所示，瓶内装有少量的水，瓶口已塞紧，水上方空气中有水蒸气，用打气筒向瓶内打气，当塞子从瓶口跳出时，瓶内出现“白雾”，这一现象产生的原因可以用下面三句话解释：甲，水蒸气凝结成小水珠；乙，瓶内气体推动瓶塞做功，内能减小；丙，温度降低。三句话正确的顺序是()A．甲、乙、丙B．乙、丙、甲C．丙、甲、乙D．乙、甲、丙B\n解析：根据题意因果顺序的进程为：空气推动瓶塞做功——空气内能减小——瓶内空气温度降低——瓶内水蒸气液化成小水珠即“白雾”，而瓶塞跳起的原因是用打气筒往瓶内打气使气体压强增大所致。\n2．(2021·江西省南昌二中高二下学期检测)如图所示，带有活塞的气缸中封闭着一定质量的气体(不考虑分子势能)。将一个热敏电阻(电阻值随温度升高而减小)置于气缸中，热敏电阻与气缸外的欧姆表连接，气缸和活塞均具有良好的绝热性能。\n下列说法正确的是()A．若拉动活塞使气缸内气体体积增大，需加一定的拉力，说明气体分子间有引力B．若拉动活塞使气缸内气体体积增大，则欧姆表读数将变小C．若发现欧姆表读数变大，则气缸内气体内能一定增大D．若发现欧姆表读数变大，则气缸内气体内能一定减小D\n解析：气体分子间的距离已经超过分子间作用力所研究的范围，所以不能说明分子间有引力，故A错误；若拉动活塞使气缸内气体体积增大，气体对外做功，内能减小，温度降低，电阻增大，则欧姆表示数将变大，故B错误；发现欧姆表读数变大时，热敏电阻变大，说明温度降低，则气体内能减小，故C错误，D正确。\n3．(2021·海南省三亚吉阳区校级月考)关于热传递，下列说法中正确的是()A．热传递的实质是温度的传递B．物体间存在着温度差，才能发生热传递C．热传递可以在任何情况下进行D．物体内能发生改变，一定是吸收或放出了热量解析：热传递的实质是能量的传递。故A错误；物体间存在着温度差，才能发生热传递。故B正确；热传递必须在有温度差的情况下进行。故C错误；物体的内能发生了改变，可能是由于发生了热传递，也可能是由于做功导致的。故D错误。B\n4．(多选)(2021·山东省济南市部分重点中学高二检测)如图所示，绝热的容器内密闭一定质量的理想气体(不考虑分子间的作用力)，用电阻丝缓慢对其加热时，绝热活塞无摩擦地上升，下列说法正确的是()A．单位时间内气体分子对活塞碰撞的次数减少B．电流对气体做功，气体对外做功，气体内能可能减少C．电流对气体做功，气体又对外做功，其内能可能不变D．电流对气体做的功一定大于气体对外做的功AD\n解析：由题意知，气体压强不变，活塞上升，体积增大，由理想气体状态方程知，气体温度升高，内能一定增加，电流对气体做的功一定大于气体对外做的功，BC错误，D正确；由气体压强的微观解释知，温度升高，气体分子对活塞的冲力增大，而压强不变，因此单位时间内气体分子对活塞的碰撞次数减少，A正确。