物理:10.1《功和内能》课件(新人教版选修3-3)市公开课一等奖百校联赛特等奖课件.pptx
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1、10.1功和内能第十章第十章热力学定律 第1页教学目标教学目标知识与技能知识与技能1知道什么是绝热过程。2从热力学角度认识内能概念。3了解做功与内能改变数量关系。4知道内能和功单位是相同。过程与方法过程与方法 从焦耳试验了解功与内能改变关系情感、态度与价值观情感、态度与价值观 经过焦耳试验了解功与内能改变关系得来,学习科学家探 究过程艰辛教学重点、难点教学重点、难点 绝热过程中功与内能关系 第2页知识回顾知识回顾2.什么叫内能?什么叫内能?与哪些原因相关?与哪些原因相关?3.质量、温度相同物体,内能必定相等质量、温度相同物体,内能必定相等 对对吗?吗?1.(机械)功两个不可缺乏原因是什么?(机
2、械)功两个不可缺乏原因是什么?电流做功与哪些原因相关?电流做功与哪些原因相关?第3页物体内能与温度和体积关系物体内能与温度和体积关系 温度变时分子动能变,体积变时分子势温度变时分子动能变,体积变时分子势能变,所以物体内能决定于它温度和体积,能变,所以物体内能决定于它温度和体积,不过这句话却不能作为判断两物体内能大小不过这句话却不能作为判断两物体内能大小依据。如两物体温度和体积均相同,而内能依据。如两物体温度和体积均相同,而内能却没有确定关系。再如,却没有确定关系。再如,0OC冰熔化成冰熔化成OC水水体积减小,不能就此认为其势能也减小,而体积减小,不能就此认为其势能也减小,而应该从改变内能方式上
3、分析应该从改变内能方式上分析,冰熔化过程吸收冰熔化过程吸收热量,内能增加,而温度不变,所增加只是热量,内能增加,而温度不变,所增加只是分子势能分子势能 第4页结论:结论:做功使得物体(密闭气体)温度升高做功使得物体(密闭气体)温度升高第5页焦耳焦耳 1812月24日生于英国曼彻斯特,起初研究电学和磁学。1840年在英国皇家学会上宣告了电流经过导体产生热量定律,即焦耳定律。焦耳测量了热与机械功之间当量关系热功当量,为热力学第一定律和能量守恒定律建立奠定了试验基础。一、焦耳试验 系统只因为外界对它做功而与外界交换能量它不从系统只因为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,这么过
4、程叫外界吸热,也不向外界放热,这么过程叫绝热过程绝热过程绝热过程:绝热过程:焦耳试验是一个需要在绝热过程中完成试验焦耳试验是一个需要在绝热过程中完成试验第6页焦耳二个代表性试验:焦耳二个代表性试验:焦耳热功当量试验装置焦耳热功当量试验装置机械功机械功 试验结论:只要重力所做功相同,容器内水温上升试验结论:只要重力所做功相同,容器内水温上升数值都是相同,即系统状态改变是相同。数值都是相同,即系统状态改变是相同。第7页焦耳二个代表性试验:焦耳二个代表性试验:焦耳热功当量试验装置焦耳热功当量试验装置电功电功 试验结论:只要所做电功相等,则系统温度上升数试验结论:只要所做电功相等,则系统温度上升数值是
5、相同,即系统状态改变是相同。值是相同,即系统状态改变是相同。第8页从焦耳试验中能够得出什么结论?从焦耳试验中能够得出什么结论?1.在各种不一样绝热过程中,系统状态改变与在各种不一样绝热过程中,系统状态改变与做功方式做功方式无关,仅与无关,仅与做功数量做功数量相关。相关。2.2.测出了热功当量(热与机械功之间当量关测出了热功当量(热与机械功之间当量关系),为热力学第一定律和能量守恒定律建系),为热力学第一定律和能量守恒定律建立奠定了试验基础。立奠定了试验基础。第9页 在热力学系统绝热过程中,外界对系统所做功仅由在热力学系统绝热过程中,外界对系统所做功仅由过程过程始末两个状态始末两个状态决定,不依
6、赖于做功决定,不依赖于做功详细过程和方详细过程和方式式。类比思索:哪些力做功仅由物体起点和终点两类比思索:哪些力做功仅由物体起点和终点两个位置决定,与物体运动路径无关?个位置决定,与物体运动路径无关?重力重力 电场力电场力 重力做功对应重力势能重力做功对应重力势能电场力做功对应电势能(电能)电场力做功对应电势能(电能)第10页 在热力学系统绝热过程中,外界对系统所做功仅由在热力学系统绝热过程中,外界对系统所做功仅由过程过程始末两个状态始末两个状态决定,不依赖于做功决定,不依赖于做功详细过程和方详细过程和方式式。功是能量转化量度功是能量转化量度内能U:只依赖于系统本身状态物理量:只依赖于系统本身
7、状态物理量 内能与状态参量温度、体积相关,内能与状态参量温度、体积相关,即由它状态决定即由它状态决定 内能增加量内能增加量UU2U1等于外界对系统等于外界对系统所做功所做功UW二、内能二、内能第11页展现雾状展现雾状1.系统指是什么?系统指是什么?试验研究对象是瓶中气体与打气筒中气体,那么我试验研究对象是瓶中气体与打气筒中气体,那么我们系统也就是这二部分气体。们系统也就是这二部分气体。2.出现了什么现象?出现了什么现象?3.为何会展现雾状?为何会展现雾状?第12页为何会展现雾状?为何会展现雾状?当用打气筒向瓶内打气时,外界对当用打气筒向瓶内打气时,外界对系统做功,使得系统内能增加,温度升系统做
8、功,使得系统内能增加,温度升高,压强增大,使瓶塞从瓶口中喷出。高,压强增大,使瓶塞从瓶口中喷出。看到雾状物原因在于,在塞子突然跳起看到雾状物原因在于,在塞子突然跳起时,气体绝热膨胀对外做功,内能降低,时,气体绝热膨胀对外做功,内能降低,温度下降,水蒸汽(或酒精蒸气)有一温度下降,水蒸汽(或酒精蒸气)有一部分被液化成小液滴部分被液化成小液滴第13页小结小结1、焦耳热功当量试验、焦耳热功当量试验2、绝热过程、绝热过程3、物体内能宏观描述、物体内能宏观描述4、绝热过程中作功和内能关系、绝热过程中作功和内能关系第14页1.以下说法正确是(以下说法正确是()A 分子动能与分子势能和叫做这个分子内能分子动
9、能与分子势能和叫做这个分子内能B 物体分子势能由物体温度和体积决定物体分子势能由物体温度和体积决定C 物体速度增大时,物体内能增大物体速度增大时,物体内能增大D 物体内能减小时,物体温度可能增加物体内能减小时,物体温度可能增加D练习巩固练习巩固第15页2.一个铁块沿斜面匀速滑下,关于物体机械能和一个铁块沿斜面匀速滑下,关于物体机械能和内能改变,以下判断中正确是(内能改变,以下判断中正确是()A 物体机械能和内能都不变物体机械能和内能都不变B 物体机械能降低,内能不变物体机械能降低,内能不变 C 物体机械能增加,内能增加物体机械能增加,内能增加D 物体机械能降低,内能增加物体机械能降低,内能增加
10、D第16页 如如图图所所表表示示,绝绝热热含含有有一一定定质质量量活活塞塞,活活塞塞上上部部封封闭闭着着气气体体,下下部部为为真真空空,活活塞塞与与器器壁壁摩摩擦擦忽忽略略不不计计,置置于于真真空空中中轻轻弹弹簧簧一一端端固固定定于于理理想想气气体体容容器器底底部部.另另一一端端固固定定在在活活塞塞上上,弹弹簧簧被被压压缩缩后后用用绳绳扎扎紧紧,此此时时弹弹簧簧弹弹性性势势能能为为E EP P(弹弹簧簧处处于于自自然然长长度度时时弹弹性性势势能能为为零零),),现现绳绳突突然然断断开开,弹弹簧簧推推进进活活塞塞向向上上运运动动,经经过过屡屡次次往往复复运运动动后活塞静止后活塞静止,气体到达平衡
11、态气体到达平衡态,经过此过程经过此过程()A AE EP P全部转换为气体内能全部转换为气体内能B.EB.EP P一部分转换成活塞重力势能一部分转换成活塞重力势能,其余部分仍其余部分仍 为弹簧弹性势能为弹簧弹性势能C CE EP P全部转换成活塞重力势能和气体内能全部转换成活塞重力势能和气体内能D DE EP P一部分转换成活塞重力势能一部分转换成活塞重力势能,一部分转换一部分转换 为气体内能为气体内能,其余部分仍为弹簧弹性势能其余部分仍为弹簧弹性势能理想理想气体气体 D第17页一定质量气体经历一迟缓绝热膨胀过程。设气体一定质量气体经历一迟缓绝热膨胀过程。设气体分子间势能可忽略,则在此过程中(
12、分子间势能可忽略,则在此过程中()A A外界对气体做功,气体分子平均动能增加外界对气体做功,气体分子平均动能增加B B外界对气体做功,气体分子平均动能降低外界对气体做功,气体分子平均动能降低C C气体对外界做功,气体分子平均动能增加气体对外界做功,气体分子平均动能增加D D气体对外界做功,气体分子平均动能降低气体对外界做功,气体分子平均动能降低D第18页问题与练习问题与练习1.分子动理论对内能微观定义是:分子动理论对内能微观定义是:-本节热力学对内能定义是:本节热力学对内能定义是:-当系统状态改变时,按照热力学对内能定义,当系统状态改变时,按照热力学对内能定义,则物体内能改变;而按分子动理论,
13、系统状则物体内能改变;而按分子动理论,系统状态改变时,描述系统状态参量发生了改变,态改变时,描述系统状态参量发生了改变,比如温度和体积改变,而分子平均动能与温比如温度和体积改变,而分子平均动能与温度相关,分子势能与体积相关,所以系统内度相关,分子势能与体积相关,所以系统内能就要改变。所以内能年两种定义是一致。能就要改变。所以内能年两种定义是一致。第19页问题与练习问题与练习2.(从功是能量转化量度角度出发思索)(从功是能量转化量度角度出发思索)例例1:汽车刹车:汽车刹车例例2:双手摩擦:双手摩擦例例3:电磁感应中,阻尼振动中能量改:电磁感应中,阻尼振动中能量改变变3.10.1-2重物重力势能转
14、化为水内能;重物重力势能转化为水内能;10.1.3重物机械能转化为电能,电能重物机械能转化为电能,电能再转化为液体内能再转化为液体内能第20页问题与练习问题与练习4.(1)气体在真空中绝热膨胀)气体在真空中绝热膨胀过程中,不受阻力,所以气体过程中,不受阻力,所以气体不做功。不做功。需要尤其注意是,当气体向真空中需要尤其注意是,当气体向真空中膨胀时,气体不做功,这么膨胀通常称为自膨胀时,气体不做功,这么膨胀通常称为自由膨胀由膨胀(2)气体在大气中绝热膨胀过程中,气体对)气体在大气中绝热膨胀过程中,气体对外做功,所需要能量来自于外做功,所需要能量来自于气体内能,所以在此过程中,气体内能,所以在此过
15、程中,气体内能要降低。气体内能要降低。K10-1-1abcd气体A真空BK10-1-2abcd气体A气体C第21页拓展 对于气体在膨胀或压缩情况下,气对于气体在膨胀或压缩情况下,气体做功有以下结论:膨胀时气体对外界体做功有以下结论:膨胀时气体对外界做功;压缩时外界对气体做功也即气做功;压缩时外界对气体做功也即气体体积增大,则气体对外界做功;气体体体积增大,则气体对外界做功;气体体积减小,则外界对气体做功若在绝体积减小,则外界对气体做功若在绝热情况下,气体对外界做功其内能降低;热情况下,气体对外界做功其内能降低;外界对气体做功其内能增加外界对气体做功其内能增加 第22页 http:/ 佛惊鸿过日
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