高中物理选修3---3第十章第一节《功和内能》新课教学课件

【例题】下列说法正确的是（ D ） A 分子的动能与分子的势能的和叫做这个分 子的内能 B 物体的分子势能由物体的温度和体积决定 C 物体的速度增大时，物体的内能增大 D 物体的内能减小时，物体的温度可能增加
【例题】一个铁块沿斜面匀速滑下，关于物体的 机械能和内能的变化，下列判断中正确的是 （D ）
多次往复运动后活塞静止,气体达到平衡态,经过此过程（
）
A．EPD全部转换为气体的内能
B. EP一部分转换成活塞的重力势能,其余部分仍
为弹簧的弹性势能
理想
C．EP全部转换成活塞的重力势能和气体的内能
气体
D．EP一部分转换成活塞的重力势能,一部分转换
为气体的内能,其余部分仍为弹簧的弹性势能
【例题】一定质量的气体经历一缓慢的绝热膨 胀过程。设气体分子间的势能可忽略，则在此 过程中 （ D ） A．外界对气体做功，气体分子的平均动能增加 B．外界对气体做功，气体分子的平均动能减少 C．气体对外界做功，气体分子的平均动能增加 D．气体对外界做功，气体分子的平均动能减少
摩擦生热，说明“做功能够改变物体的内能，提高物体的 温度”。
在现实生活中，钻木取火难度比较大，我们可以在实验 室里采用压缩空气的办法来使物体燃烧。
演示实验：
在有机玻璃筒底放置少量易 燃的蓬松的棉花，迅速压下筒 中的活塞，你看到了什么现象？
棉花发生燃烧。
问题：这种现象说明了什么？ 做功使得物体温度升高， 改变了物体的内能。
选修3—3 第十章《热力学定律》
§10.1 功和内能
复习回忆
问题：做功的两个必要因素是 什么？力与沿力方向上通
过的位移
问题：从微观角度来看，什么 叫做物体的内能？从宏观角度 来看，内能由什么因素决定？
系统中所有分子热运动的动能与分子势能的总和叫做系统 的内能。宏观上由系统的温度与体积决定。
问题：观察动态图，这是一种什么现象？这种现象说明了什 么？
2.实验条件：容器与水组成 的系统与外界绝热。 3.测量的物理量： 温度计始末
状态的温度，重物的质量与 下落的高度。
4实验结论： 只要重力所做的功
相同，容器内水温上升的数 值都是相同的，即系统状态 的变化是相同的。
※机械量热法：
热功当量实验
1.实验装置与过程： 用绝热性能良好的材料制作容器。让重 物匀速下降带动电动机发电，电流通过浸在水中的电阻丝， 使水温上升。
【例题】金属筒内装有与外界温度相同的压 缩气体，打开筒的开关，筒内高压气体迅速 向外逸出。待筒内外压强相等时，立即关闭 开关。在外界保持恒温的条件下，经过一段 较长的时间后，再打开开关，这时出现的现 象是（ B ） A.筒外空气流向筒内 B.筒内空气流向筒外 C.筒内外空气互相交换,筒内空气质量不变 D.筒内外无空气交换
4.表达式：绝热过程中，系统内能的增加量△U＝U2－U1等于外
界对系统所做的功W.
△U＝W
※ W指外界对系统所做的功.
四、关于W（符号指外界对系统做的功）的理解：
1.当气体体积减小时，外界对气体做功，W＞0.
2.当气体体积增大时，气体对外界做功，即外 界对气体做负功，W＜0.
3.当外界为真空，气体体积增大时，我们将这 种气体向真空的膨胀过程叫做自由膨胀，此时， 气体体积虽然增大，由于没有做功的对象，因 此在自由膨胀过程中，气体不做功，W=0。
一、绝热过程：
1.定义：
指系统只由于外界对它做功而与外界交换能量 它不从外界吸热，也不向外界放热的状态变化过程。
2.注意：
如果对系统变化过程的描述有“迅速”或“立 即”等字眼，则意味着这个系统来不及与外界进行 热交换，可近似认为是绝热过程。
热功当量实验
※机械量热法：
1.实验装置与过程： 用绝热性能良好的材料制作的容器内安 装有由叶片组成的搅拌器。让重物匀速下降带动叶片搅拌 容器中的水，叶片与水摩擦引起水温上升。
问题：既然做功能够改变系统 的内能，那么功与内能之间有什 么样的数值关系呢？
来自百度文库
开始
英国物理学家---焦耳，通过 对一个绝热性能良好的热力学 系统做功，测量了热量与功之 间的数值（也就是当量）关系--热功当量，为热力学第一定律 和能量守恒定律的建立奠定了 实验基础。
英.焦耳
焦耳的热功当量实验：系统绝热
A 物体的机械能和内能都不变
B 物体的机械能减少，内能不变
C 物体的机械能增加，内能增加
D 物体的机械能减少，内能增加
【例题】如图所示,绝热具有一定质量的活塞,活塞的上部封闭着
气体,下部为真空,活塞与器壁的摩擦忽略不计,置于真空中的轻弹
簧的一端固定于理想气体容器的底部.另一端固定在活塞上,弹簧
被压缩后用绳扎紧,此时弹簧的弹性势能为EP(弹簧处于自然长度 时的弹性势能为零),现绳突然断开,弹簧推动活塞向上运动,经过
（或状态）的能量
电势能
内能
三、内能：
1.宏观定义： 任何一个热力学系统都必定存在一个只依赖于系 统自身状态的物理量，这个物理量就叫做系统的内能。
2.微观定义：系统中所有分子热运动的动能和分子势能的总和 叫做系统的内能。
3.注意： 分子平均动能宏观上由温度决定，分子势能由分 子间距离决定，宏观上由体积决定，也就是内能由系 统自身状态决定，因此，两种内能的定义是一致的， 只是从微观与宏观两个不同角度分析得到。
【例题】如图所示，两个相通的容器P、Q间装有阀 门K，P中充满理想气体，Q内为真空，整个系统与 外界没有热交换．打开阀门K后，P中的气体进入Q
2.实验条件：容器与水组成 的系统与外界绝热。
T2
3.测量的物理量： 温度计始末 状态的温度，电阻丝中的电 流与两端电压，通电时间。
V A
发电机
4实验结论： 只要所做的电功相
同，容器内水温上升的数值 都是相同的，即系统状态的 变化是相同的。
二、焦耳热功当量实验： 1. 实验结论：
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，与做功的具体过程和 方式无关。
2. 实验意义： 测出了热功当量（热与功之间的数量关系），
为热力学第一定律和能量守恒定律的建立奠定了实 验基础。
思考：哪些力做功仅由物体的始末两个位置决定，与物体的运
动路径无关？
电场力做功
绝热过程，外
重力做功
界对系统做功
做功的数量由始末两 个位置（或状态）决 定，与具体过程无关。
重力势能
由于功是能量转化的量 度，那么必定存在一种 依赖于物体所处位置