《功和內(nèi)能　熱和內(nèi)能》素養(yǎng)課件

第十章熱力學(xué)定律

1功和內(nèi)能

2熱和內(nèi)能

【思考】問(wèn)題:如何求得該裝置機(jī)械能的減少量?提示:機(jī)械能的減少由水的質(zhì)量和升高的溫度以及水的比熱容求得。一、焦耳的實(shí)驗(yàn)1.絕熱過(guò)程:系統(tǒng)只通過(guò)外界對(duì)它_____或?qū)ν饨鏮____而與外界交換能量,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(guò)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(guò)絕熱過(guò)程發(fā)生變化,做功的數(shù)量只由過(guò)程始末兩個(gè)_____決定,而與___________無(wú)關(guān)。做功做功吸熱放熱上升熱效應(yīng)狀態(tài)做功的方式1.內(nèi)能:依賴于一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)_________的物理量,是熱力學(xué)系統(tǒng)的一種能量。2.絕熱過(guò)程中做功與內(nèi)能變化的關(guān)系:______。自身狀態(tài)ΔU=W二、功和內(nèi)能三、熱和內(nèi)能1.熱傳遞:熱量總是從_____物體向_____物體傳遞。2.熱量和內(nèi)能:(1)關(guān)系描述:熱量是在單純的熱傳遞過(guò)程中系統(tǒng)__________的量度。(2)公式表達(dá):______。高溫低溫內(nèi)能變化ΔU=Q1.做功與內(nèi)能變化的關(guān)系:(1)做功改變物體內(nèi)能的過(guò)程是其他形式的能(如機(jī)械能)與內(nèi)能相互轉(zhuǎn)化的過(guò)程。(2)在絕熱過(guò)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。知識(shí)點(diǎn)一做功與內(nèi)能變化的關(guān)系2.功與內(nèi)能的區(qū)別:(1)功是過(guò)程量,內(nèi)能是狀態(tài)量。(2)在絕熱過(guò)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(guò)程中,只有內(nèi)能變化越大時(shí),相應(yīng)地做功才越多?！咎貏e提醒】(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(méi)有向外放熱,以及向外放熱的多少。(2)在絕熱過(guò)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。【思考·討論】幼兒園里一般都有滑梯,小朋友沿滑梯下滑時(shí)屁股通常會(huì)感到發(fā)熱,這是為什么? (物理觀念)提示:小朋友沿滑梯下滑時(shí)克服摩擦力做功,內(nèi)能增加。【典例示范】擁有私家車的人們?cè)絹?lái)越多,說(shuō)明人們生活水平不斷提高。某汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸內(nèi)裝有汽油與空氣的混合氣體,如圖所示,要使該混合氣體達(dá)到其燃點(diǎn),則(

)考查角度1做功與內(nèi)能的改變A.迅速向外拉活塞

B.迅速向里推活塞C.緩慢向里推活塞 D.緩慢向外拉活塞【解析】選B。氣體壓縮時(shí)外界對(duì)氣體做功內(nèi)能增大,氣體膨脹時(shí)氣體對(duì)外做功內(nèi)能減少。將裝有汽油與空氣的混合氣體的汽缸中的活塞迅速向里推,該汽缸內(nèi)混合氣體來(lái)不及與外界發(fā)生熱交換,可以看作絕熱過(guò)程,同時(shí)由于外界通過(guò)活塞對(duì)該氣體做功,使該混合氣體的內(nèi)能增加,溫度升高,從而達(dá)到汽油燃點(diǎn),故B對(duì)?！镜淅痉丁?2019·珠海高二檢測(cè))對(duì)于一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng),下列關(guān)于改變系統(tǒng)內(nèi)能方式的說(shuō)法正確的是(

)考查角度2改變物體內(nèi)能方式的判斷A.如果外界對(duì)它傳遞熱量則系統(tǒng)內(nèi)能一定增加B.如果外界對(duì)它做功則系統(tǒng)內(nèi)能一定增加C.如果系統(tǒng)的溫度不變則內(nèi)能一定不變D.系統(tǒng)的內(nèi)能增量等于外界向它傳遞的熱量與外界對(duì)它做功的和【解析】選D。系統(tǒng)吸收熱量,可能同時(shí)對(duì)外做功,內(nèi)能不一定增加,故選項(xiàng)A錯(cuò)誤;外界對(duì)系統(tǒng)做功,系統(tǒng)可能同時(shí)放熱,系統(tǒng)的內(nèi)能不一定增加,故選項(xiàng)B錯(cuò)誤;如果系統(tǒng)的溫度不變,物態(tài)發(fā)生變化,則內(nèi)能一定變化,故選項(xiàng)C錯(cuò)誤;系統(tǒng)的內(nèi)能增量等于外界向它傳遞的熱量與外界對(duì)它做功的和,故選項(xiàng)D正確。【規(guī)律方法】分析絕熱過(guò)程的方法(1)在絕熱的情況下,若外界對(duì)系統(tǒng)做正功,系統(tǒng)內(nèi)能增加,ΔU為正值;若系統(tǒng)對(duì)外界做正功,系統(tǒng)內(nèi)能減少,ΔU為負(fù)值。此過(guò)程做功的多少為內(nèi)能轉(zhuǎn)化的量度。(2)在絕熱過(guò)程中,內(nèi)能和其他形式的能一樣也是狀態(tài)量,氣體的初、末狀態(tài)確定了,即在初、末狀態(tài)的內(nèi)能也相應(yīng)地確定了,內(nèi)能的變化ΔU也確定了。而功是能量轉(zhuǎn)化的量度,所以ΔU=W,即W為恒量,這也是判斷絕熱過(guò)程的一種方法?！径ㄏ蛴?xùn)練】1.一定質(zhì)量的理想氣體,由狀態(tài)A通過(guò)如圖所示的箭頭方向變化到狀態(tài)C。則氣體由狀態(tài)A到狀態(tài)B的過(guò)程中,氣體的內(nèi)能_____

(選填“增大”“減小”或“不變”);氣體由狀態(tài)B到狀態(tài)C的過(guò)程中,氣體與外界總的熱交換情況是_______

(選填“吸熱”“放熱”或“無(wú)法確定”)。

【解析】理想氣體從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B,斜率k=pV保持不變,所以做等溫變化,故氣體的內(nèi)能不變;理想氣體從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B,氣體體積減小,外界對(duì)氣體做功,B到C,體積不變,壓強(qiáng)減小,所以溫度降低,內(nèi)能減小,氣體由狀態(tài)B到狀態(tài)C的過(guò)程中,氣體放熱。答案:不變

放熱2.如圖所示,一個(gè)質(zhì)量為20kg的絕熱汽缸豎直放置,絕熱活塞的質(zhì)量為5kg,面積為0.1m2,處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)被封閉氣體的高度為50cm,現(xiàn)在活塞上方加一15kg的物體,待穩(wěn)定后,被封閉氣體的高度變?yōu)?0cm。求在這一過(guò)程中氣體的內(nèi)能增加了多少?(p0=1.01×105Pa,g取10m/s2)【解析】由于汽缸及活塞均絕熱,故外界對(duì)氣體所做的功全部轉(zhuǎn)化為氣體的內(nèi)能,即ΔU=W外=(m活塞+m物體)gΔh+p0SΔh=(5+15)×10×0.1J+1.01×105×0.1×0.1J=1030J答案:1030J【補(bǔ)償訓(xùn)練】1.金屬筒內(nèi)裝有與外界溫度相同的壓縮空氣,打開(kāi)筒的開(kāi)關(guān),筒內(nèi)高壓空氣迅速向外溢出,待筒內(nèi)、外壓強(qiáng)相等時(shí),立即關(guān)閉開(kāi)關(guān)。在外界保持恒溫的條件下,經(jīng)過(guò)一段較長(zhǎng)的時(shí)間后,再次打開(kāi)開(kāi)關(guān),這時(shí)出現(xiàn)的現(xiàn)象是(

)A.筒外空氣流向筒內(nèi)B.筒內(nèi)空氣流向筒外C.筒內(nèi)、外有空氣交換,處于動(dòng)態(tài)平衡,筒內(nèi)空氣質(zhì)量不變D.筒內(nèi)、外無(wú)空氣交換【解析】選B。因高壓空氣急劇外溢時(shí),氣體來(lái)不及充分與外界發(fā)生熱交換,可近似看成絕熱膨脹過(guò)程,氣體對(duì)外做功,內(nèi)能減小,所以關(guān)閉開(kāi)關(guān)時(shí),筒內(nèi)氣體溫度較外界偏低,再經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間后,筒內(nèi)、外氣體溫度相同。對(duì)筒內(nèi)剩余氣體分析,屬于等容升溫過(guò)程,壓強(qiáng)要增大,大于外界氣壓,所以再打開(kāi)開(kāi)關(guān)時(shí),筒內(nèi)氣體要流向筒外,B對(duì)。2.冬季,由于溫度太低,很難啟動(dòng)摩托車。這時(shí)駕駛者往往先關(guān)閉油門,連續(xù)踏下啟動(dòng)搖桿若干次,然后再打開(kāi)油門,踏下啟動(dòng)搖桿即可啟動(dòng),運(yùn)用的原理是什么?【解析】連續(xù)踏下啟動(dòng)搖桿,活塞不斷壓縮汽缸里的氣體做功,增加氣體的內(nèi)能,使氣體的溫度升高,當(dāng)達(dá)到汽油的燃點(diǎn)后,即可啟動(dòng)。答案:見(jiàn)解析1.內(nèi)能與溫度:從宏觀上看,溫度表示的是物體的冷熱程度;從微觀上看,溫度反映了分子熱運(yùn)動(dòng)的劇烈程度,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)。知識(shí)點(diǎn)二功、內(nèi)能、熱量和溫度的區(qū)別

與聯(lián)系2.熱量和內(nèi)能:(1)內(nèi)能是由系統(tǒng)的狀態(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(guò)熱傳遞和做功兩種方式來(lái)完成。(2)熱量是熱傳遞過(guò)程中的特征物理量,熱量只是反映物體在狀態(tài)變化過(guò)程中所轉(zhuǎn)移的能量,是用來(lái)衡量物體內(nèi)能變化的,有過(guò)程,才有變化,離開(kāi)過(guò)程,毫無(wú)意義。(3)對(duì)某一狀態(tài)而言,只有“內(nèi)能”,根本不存在“熱量”和“功”。不能說(shuō)一個(gè)系統(tǒng)中含有多少熱量。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(wú)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。4.熱量與功:熱量和功都是系統(tǒng)內(nèi)能變化的量度,都是過(guò)程量,一定量的熱量與一定量的功相當(dāng),熱量可以通過(guò)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為功,功也可以通過(guò)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為熱量,但它們之間有著本質(zhì)的區(qū)別。比較項(xiàng)目做

功熱傳遞內(nèi)能變化外界對(duì)物體做功,物體的內(nèi)能增加;物體對(duì)外界做功,物體的內(nèi)能減少物體吸收熱量,內(nèi)能增加;物體放出熱量,內(nèi)能減少物理實(shí)質(zhì)其他形式的能與內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)化不同物體間或同一物體不同部分之間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移5.改變內(nèi)能的兩種方式的比較:比較項(xiàng)目做

功熱傳遞相互聯(lián)系做一定量的功或傳遞一定量的熱量在改變內(nèi)能的效果上是相同的【特別提醒】(1)內(nèi)能與熱量的區(qū)別:內(nèi)能是狀態(tài)量,由系統(tǒng)的狀態(tài)決定;熱量是過(guò)程量,由熱傳遞過(guò)程決定。(2)內(nèi)能的改變與熱量的聯(lián)系:在單純的熱傳遞過(guò)程中,系統(tǒng)內(nèi)能的增加量等于外界向系統(tǒng)傳遞的熱量。【思考·討論】情境: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(wèn)題:討論:(1)這三種方式在傳遞能量時(shí)有什么共同點(diǎn)? (物理觀念)提示:熱量從高溫處向低溫處傳遞。(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? (科學(xué)思維)提示:熱傳遞改變內(nèi)能是能量的轉(zhuǎn)移過(guò)程,做功改變內(nèi)能是能量的轉(zhuǎn)化過(guò)程。【典例示范】關(guān)于熱量、功和內(nèi)能三個(gè)物理量,下列說(shuō)法中正確的是(

)A.熱量、功和內(nèi)能三者的物理意義相同,只是說(shuō)法不同B.熱量、功都可以作為物體內(nèi)能變化的量度C.熱量、功和內(nèi)能的單位不同D.功由過(guò)程決定,而熱量和內(nèi)能由物體的狀態(tài)決定【解析】選B。熱量、功和內(nèi)能是三個(gè)不同的物理量,它們的物理意義不同,故A錯(cuò)誤;功與熱量都是能量轉(zhuǎn)化的量度,熱量和功都可以作為物體內(nèi)能變化的量度,故B正確;熱量、功和內(nèi)能的單位相同,都是焦耳,故C錯(cuò)誤;功和熱量由過(guò)程決定,內(nèi)能由物體的狀態(tài)決定,故D錯(cuò)誤?！菊`區(qū)警示】熱傳遞、做功和內(nèi)能的改變的認(rèn)知誤區(qū)(1)誤認(rèn)為有熱傳遞或做功時(shí),內(nèi)能一定變化。如果只是做功或只是進(jìn)行熱量傳遞都會(huì)改變物體的內(nèi)能,但是如果做功的同時(shí)還有熱量的傳遞,則內(nèi)能不一定會(huì)發(fā)生變化。(2)對(duì)做功與內(nèi)能變化關(guān)系認(rèn)識(shí)不清。在判斷內(nèi)能增加或減小時(shí),一定要搞清是對(duì)內(nèi)做功還是對(duì)外做功,是從外界吸收熱量還是向外界放出熱量?！径ㄏ蛴?xùn)練】1.關(guān)于物體內(nèi)能與熱量、做功的關(guān)系,以下說(shuō)法正確的是(

)A.物體內(nèi)能的多少可以用物體吸熱或放熱的多少來(lái)量度B.內(nèi)能大的物體熱量多C.兩物體發(fā)生熱傳遞,達(dá)到平衡后,它們的內(nèi)能必定相等D.做功和熱傳遞對(duì)于改變物體內(nèi)能是等效的【解析】選D。物體的內(nèi)能的變化可以用物體吸熱或放熱的多少來(lái)量度,故A錯(cuò)誤。熱量是熱傳遞的能量多少的量度,不是內(nèi)能的量度,故B錯(cuò)誤。物體發(fā)生熱傳遞,達(dá)到平衡后,溫度相等,而不是內(nèi)能相等,內(nèi)能除了與溫度有關(guān),還與物質(zhì)的量有關(guān),故C錯(cuò)誤。做功和熱傳遞對(duì)于改變物體內(nèi)能是等效的,故D正確。2.(多選)下列說(shuō)法正確的是(

)A.做功和熱傳遞在改變物體內(nèi)能上是等效的B.每一個(gè)分子都有勢(shì)能和動(dòng)能,分子動(dòng)能與分子勢(shì)能之和就是分子內(nèi)能C.只有熱傳遞才可以改變物體的內(nèi)能D.一定質(zhì)量的理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān),溫度越高,內(nèi)能越大【解析】選A、D。做功和熱傳遞在改變物體內(nèi)能上是等效的,A正確;分子勢(shì)能存在于分子之間,單個(gè)的分子不存在分子勢(shì)能,組成物質(zhì)的所有分子動(dòng)能與分子勢(shì)能之和是物體的內(nèi)能,故B錯(cuò)誤;做功與熱傳遞都可以改變物體的內(nèi)能,故C錯(cuò)誤;一定質(zhì)量的理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān),溫度越高,內(nèi)能越大,D正確?！狙a(bǔ)償訓(xùn)練】(多選)下列說(shuō)法中正確的是 (

)A.做功和熱傳遞是改變物體內(nèi)能的兩種本質(zhì)不同的物理過(guò)程:做功使