高中物理 101.2 功和内能 热和内能课件 新人教版选修33

第十三页，共28页。
•内能与热量(rèliàng) •(1)热量(rèliàng)的概念在涉及能量传递时才有 意义．我们不能说一个物体具有多少热量 (rèliàng)，只能说在热传递过程中物体吸收或放 出了多少热量(rèliàng)． •(2) 在 单 纯 传 热 的 过 程 中 ， 物 体 吸 收 热 量 (rèliàng)，内能增加，物体放出热量(rèliàng)， 内能减小．
做功
增加
放热
U2－U1 绝热过程(jué rè ɡuò chénɡ)
功
减小
吸热(xī rè)
第五页，共28页。
• 三、热传递
•
定义：两个温度不同的物体相互接触(jiēchù)时温度高的物体要降温，
温度低的物体要升温，我们说，热量从
传到了
．这样的过程叫做热传递．
•
热传递的三种方式
•
热传递有三种方式，分别是
个截然不同的概念，内能是
，我们说物体
•在一定状态下有内能，而不能说有热量．
•热传递和内能变化的关系：系统在单纯(dānchún)的热传递过程中，内能的增
量ΔU等于外界向系统传递的热量Q，即
.
•热传递改变物体内能的过程是物体间内能转移的过程．热传递使物体的内能
发生变化时，内能改变的多少可用
来量
•度．物体吸收了多少热量，物体的内能就
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．
第九页，共28页。
•做功与内能的变化理解 •做功改变物体(wùtǐ)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，做功使物体(wùtǐ)内能发生变化时，内能改变了 多 少 可 用 做 功 的 数 值 来 度 量 ． 外 界 对 物 体 (wùtǐ) 做 多 少 功 ， 物 体 (wùtǐ)的内能就增加多少；物体(wùtǐ)对外界做多少功，物体(wùtǐ)的 内能就减少多少． •压缩气体，外界对气体做了功，气体的内能增加，气体内能的增加 量等于外界对气体做的功；气体膨胀，是气体对外界做功，气体内 能减小，气体内能的减少量等于气体膨胀对外做的功．实质上，对 气体我们还能从另一个方面来判断，那就是看气体的体积，被研究 的气体体积增大就一定对外做功；气体的体积减小，外界就一定对 气体做功．
第十页，共28页。
•在绝热过程中，末态内能大于初态内能时，ΔU为 正，W为正，外界对系统做功．末态内能小于初 态内能时，ΔU为负，W为负，系统对外界做 功．内能和其他形式(xíngshì)的能一样，是状态 量，物体的状态一定时，它的内能也一定．我们 能确定的只是内能的变化，因为任何状态下的内 能，只有在标准参考态的值确定后，才可能得出 相应的确定值，由此可知，要测得物体某一状态 内能的绝对值，是不可能的．
热量，物体的内能就
多少．
多少；物体放出了多少
状态
(zhuàn gtài)量
内能(nèi nénɡ)变化
ΔU＝Q
增加
减少
热量
第七页，共28页。
• 温馨提示 • (1)功是过程量，内能是状态量，热量是过程
量，内能是状态量． • (2)在绝热过程(jué rè ɡuò chénɡ)中，做功一
定能引起内能的变化． • (3)物体内能的大小与做功多少无关，在绝热
是表示在热传递过程中物体内能变化多少的，而功也是量度用做功的方式来改变物
体内能多少的，B错．三者单位都是焦耳，C错，热量和功是过程量，内能是状态 量，D正确．
•
答案 D
做一定量的功或传递一定量的热在改变物体内能的效 相互联系
果上是相同的
第十六页，共28页。
做功(zuògōng)与内能的变化
•
【例1】 如图10-1、2-1所示，活塞
•
将气缸(qìɡānɡ)分成甲、乙两气室，
•
气缸(qìɡānɡ)、活塞(连同拉杆)是绝热
•
的，且不漏气，以E甲、E乙分
•
别表示甲、乙两气室中气体的
•
内能，则在将拉杆缓慢向外拉的过程中
( )．
•
A．E甲不变，E乙减小
B．E甲不变，E乙增大
•
C．E甲增大，E乙不变
D．E甲增大，E乙减小
图10-1、2-1
第十七页，共28页。
•解析 本题解题的关键是明确甲、乙两气室气体都经历 绝热过程，内能的改变取决(qǔjué)了做功的情况，对甲 室内的气体，在拉杆缓慢向外拉的过程中，活塞左移， 压缩气体，外界对甲室气体做功，其内能应增大，对乙 室内的气体，活塞左移，气体膨胀，气体对外界做功， 内能就减少，故D选项正确． •答案 D •借题发挥 (1)压缩气体，外界对气体做功，内能增大， 温度升高，柴油机就是利用这个道理点火的． •(2)在绝热过程中，末态内能大于初态内能时，ΔU为正， W为正，外界对系统做功，末态内能小于初态内能时， ΔU为负，W为负，系统对外界做功．
开始水和水银的温度相同，且两液体温度同时缓慢升高 到同一值，两球膨胀后，体积相等，则
( )．
第二十五页，共28页。
•A．A球吸收的热量较多 •B．B球吸收的热量较多 •C．两球吸收的热量一样多 •D．无法确定 •解析 A、B两球升高同样的温度，体积(tǐjī)变化 又相同，则二者内能的变化相同，而B球是处在水 银中的，B球膨胀时受到的压力大，对外做功多， 因此B球吸收热量较多一些． •答案 B
手感到冷 • B．夏天，开空调一段时间后整个房间内温
度降低 • C．在地面上晒小麦 • D．冬天(dōngtiān)，用暖水袋暖手
第二十三页，共28页。
•解析 冬天，室外的铁块温度低，手温度高，用 手拿铁块时，手上的热量直接通过热传导的方式 传到铁块上．用暖水袋暖手，道理同上．开空调 后整个房间内降温(jiàng wēn)，是空气通过对流 的方式使热空气降温(jiàng wēn)．晒小麦是依靠 太阳热辐射来吸收热量的．所以正确答案为A、D. •答案 AD
第四页，共28页。
• 一、焦耳的实验
•
系统只由于外界对它做功与外界交换能量(néngliàng)，它不从外
•
界
，也不向外界 ，这样的过程叫做
．
•
可以改变物体的内能，外界对物体做功，内能
；物体对外界做功，内能
．
• 二、内能
•
当系统从状态1经过绝热过程达到状态2时，内能的增
•
加量ΔU＝
就等于外界对系统所做的 W，ΔU＝W.
第二十四页，共28页。
做功和热传递与内能变化(biànhuà)的关系
• 【例3】 (2013·西宁)如图
• 10-1、2-2所示，A、B
• 是两个完全相同的球，
• 分别浸没在水和水银的
• 同一深度处，A、B两球 • 用同一种材料制成，当温
图10-1、2-2
• 度稍微(shāowēi)升高时，球的体积会明显变大，如果
•
A．热量、功、内能三者的物理(wùlǐ)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
•
解析 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或热传递两种途径，这三者的物理(wùlǐ)意义不同，A错．热量
•内能和机械能在一定条件下可以相互转化，且 总量保持不变．
第十二页，共28页。
• 二、内能、温度、功和热量之间的区别和联系
•
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
(shēnɡ ɡāo)，其内能应该增加，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)．
第十四页，共28页。
•热量与温度
•热量是系统的内能变化的量度，而温度是系统 内部大量分子做无规则运动的激烈程度的标 志．虽然热传递的前提是两个系统之间要有温 度 差 ， 但 是 传 递 的 是 能 量 (néngliàng) ， 不 是 温 度．
•热量与功
•热量和功，都是系统内能变化的量度，都是过 程量，一定量的热量与一定量的功相当，热量 可以通过系统转化为功，功也可以通过系统转
第十八页，共28页。
• 【变式1】 绝热过程中，外界压缩气体做功20 J，下列
(xiàliè)
说
法
正
确
的
是
( )．
• A．气体内能一定增加20 J
• B．气体内能增加必定小于20 J
• C．气体内能增加可能小于20 J
• D．气体内能可能不变
• 解析 绝热过程中Q＝0，所以气体内能的变化只由做
功情况来决定，外界压缩气体做功20 J，则气体内能一
定增加20 J，故A选项正确．
• 答案 A
第十九页，共28页。
热传递与内能(nèi nénɡ)的改变
【例 2】 (2013·威海)一铜块和一铁块，质量相等，铜块的温度 T1，
比铁块的温度 T2 高，当它们接触在一起时，如果不和外界交
换能量，则
( )．
A．从两者开始接触到热平衡的整个过程中，铜块内能的减
第十五页，共28页。
•三、做功和热传递在改变内能方面(fāngmiàn)的
区别与联系
比较项目
做功
热传递
外界对物体做功，物体 的内能增加 内能变化 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
其他形式的能与内能之 不同物体间或同一物体不
物理实质
间的转化
同部分之间内能的转移
第二十一页，共28页。
•借题发挥 两个物体相接触(jiēchù)，能够发生热 传递的前提条件是两者之间存在温度差，热传递 过程中内能转移的量可用热量来量度，热传递的 最终结果是两者温度相等．
第二十二页，共28页。
• 【变式2】 下列所述现象中属于利用热传导的 方式来传热的是
• ( )． • A．冬天(dōngtiān)，用手去拿室外的铁块，
过程(jué rè ɡuò chénɡ)中做功多少等于内能的 变化．
第八页，共28页。
• 一、功和内能的关系的理解•内能与内能的变化• (1)物体的内能是指物体内所有分子热运动的 动能(dòngnéng)和分子势能之和．
• (2) 当 物 体 温 度 变 化 时 ， 分 子 平 均 动 能
(dòngnéng)变化，物体体积变化时，分子势能
、
和
．
• 四、热和内能
•
热传递：物体间内能的 ．即内能从
，或从物体的
传到
．
传递给
热辐射
低温(dīwēn)物体
另一个物体
转移
热传导
热对流
一部分
一个物体 另一部分
高温(gāowēn)物体
第六页，共28页。
•热量：热量是用来衡量热传递过程中
的一个物
•理量，是一个过程量．因此只有在热传递过程中才谈热量．热量和内能是两
第十一页，共28页。
•内能与机械能
•物 体 的 内 能 与 机 械 能 是 两 个 不 同 的 物 理 概 念．内能是由大量分子热运动和分子间的相对 位置所决定(juédìng)的能．机械能是物体做机械 运动和物体形变所决定(juédìng)的能．物体具有 内能的同时可具有机械能．物体的机械能在一 定条件下可等于零，但物体的内能不可能等于 零，因为分子永不停息地做无规则运动，它们 之间有相互作用．
第一页，共28页。
1 功和内能(nèi nénɡ) 2 热和内能(nèi nénɡ)
第二页，共28页。
第三页，共28页。
•1．知道物体的内能是物体内所有分子的动能和 势能的总和． •2．知道做功可以改变物体的内能． •3．了解热传递及热传递的三种方式． •4．知道热传递与内能变化(biànhuà)的关系． •5．知道热传递和做功对改变物体内能的等效结 果，知道热 • 功当量．
第二十六页，共28页。
•借题发挥 利用球体体积的变化从而找到做功的 关系，是解决本题的关键所在，也是本题的创新 之处，能的转化与守恒定律广泛适用于自然界中 的一切(yīqiè)情景，在复杂问题中利用能的转化 与守恒，可以找到突破口．
第二十七页，共28页。
• 【变式3】 对于热量、功和内能，三者的说法正确的是 ( )．
少量等于铁块内能的增加量
B．在两者达到热平衡以前的任意一段时间内，铜块内能减
少量不等于铁块内能的增加量
C．达到热平衡时，铜块的温度 T＝T1＋2 T2
D．达到热平衡时，两者的温度相等
第二十页，共28页。
解析 一个系统在热交换的过程中，如果不与外界发生热交换， 温度高的物体放出的热量等于温度低的物体吸收的热量，直到温 度相等，不再发生热交换为止，而热量是热传递过程中内能的变 化量，所以选项 A 和 D 都正确，选项 B 错误；根据热平衡方程 c 铜 m(T1－T)＝c 铁 m(T－T2)，解得 T＝c铜cT铜1＋ ＋cc铁 铁T2，由此可知选项 C 是错误的． 答案 AD