《功和內(nèi)能》課件1

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1、1 2 教 學(xué) 目 標(biāo)知 識(shí) 與 技 能1 知 道 什 么 是 絕 熱 過(guò) 程 。2 從 熱 力 學(xué) 的 角 度 認(rèn) 識(shí) 內(nèi) 能 的 概 念 。3 理 解 做 功 與 內(nèi) 能 改 變 的 數(shù) 量 關(guān) 系 。4 知 道 內(nèi) 能 和 功 的 單 位 是 相 同 的 。過(guò) 程 與 方 法 從 焦 耳 的 實(shí) 驗(yàn) 理 解 功 與 內(nèi) 能 變 化 的 關(guān) 系情 感 、 態(tài) 度 與 價(jià) 值 觀 通 過(guò) 焦 耳 實(shí) 驗(yàn) 了 解 功 與 內(nèi) 能 變 化 關(guān) 系 的 得 來(lái) ， 學(xué) 習(xí) 科學(xué) 家 探 究 過(guò) 程 的 艱 辛教 學(xué) 重 點(diǎn) 、 難 點(diǎn) 絕 熱 過(guò) 程 中 的 功 與 內(nèi) 能 的 關(guān) 系 3 知 識(shí)

2、 回 顧2.什 么 叫 內(nèi) 能 ？ 與 哪 些 因 素 有 關(guān) ？3.質(zhì) 量 、 溫 度 相 同 的 物 體 ， 內(nèi) 能 必 定 相 等 對(duì) 嗎 ？1.（ 機(jī) 械 ） 功 的 兩 個(gè) 不 可 缺 少 的 因 素 是 什 么 ？ 電 流 做 功 與 哪 些 因 素 有 關(guān) ？ 4 物 體 的 內(nèi) 能 與 溫 度 和 體 積 的 關(guān) 系 溫 度 變 時(shí) 分 子 動(dòng) 能 變 ， 體 積 變 時(shí) 分 子 勢(shì)能 變 ， 因 此 物 體 的 內(nèi) 能 決 定 于 它 的 溫 度 和 體積 ， 但 是 這 句 話 卻 不 能 作 為 判 斷 兩 物 體 內(nèi) 能大 小 的 依 據(jù) 。 如 兩 物 體 溫 度 和

3、 體 積 均 相 同 ，而 內(nèi) 能 卻 沒(méi) 有 確 定 的 關(guān) 系 。 再 如 ， 0OC的 冰 熔化 成 OC水 體 積 減 小 ， 不 能 就 此 認(rèn) 為 其 勢(shì) 能 也減 小 ， 而 應(yīng) 該 從 改 變 內(nèi) 能 的 方 式 上 分 析 ,冰熔 化 過(guò) 程 吸 收 熱 量 ， 內(nèi) 能 增 加 ， 而 溫 度 不 變 ，所 增 加 的 只 是 分 子 的 勢(shì) 能 5結(jié) 論 ： 做 功 使 得 物 體 （ 密 閉 氣 體 ） 溫 度 升 高 6焦 耳 1818年 12月 24日 生 于 英 國(guó) 曼 徹 斯特 ， 起 初 研 究 電 學(xué) 和 磁 學(xué) 。 1840年 在 英 國(guó) 皇 家 學(xué) 會(huì) 上

4、 宣 布 了 電 流 通過(guò) 導(dǎo) 體 產(chǎn) 生 熱 量 的 定 律 ， 即 焦 耳 定律 。 焦 耳 測(cè) 量 了 熱 與 機(jī) 械 功 之 間 的當(dāng) 量 關(guān) 系 熱 功 當(dāng) 量 ， 為 熱 力 學(xué)第 一 定 律 和 能 量 守 恒 定 律 的 建 立 奠定 了 實(shí) 驗(yàn) 基 礎(chǔ) 。一 、 焦 耳 的 實(shí) 驗(yàn) 系 統(tǒng) 只 由 于 外 界 對(duì) 它 做 功 而 與 外 界 交 換 能 量 它 不 從 外界 吸 熱 ， 也 不 向 外 界 放 熱 ， 這 樣 的 過(guò) 程 叫 絕 熱 過(guò) 程絕 熱 過(guò) 程 ：焦 耳 實(shí) 驗(yàn) 是 一 個(gè) 需 要 在 絕 熱 過(guò) 程 中 完 成 的 實(shí) 驗(yàn) 7 焦 耳 二 個(gè) 代

5、表 性 實(shí) 驗(yàn) ： 焦 耳 熱 功 當(dāng) 量 實(shí) 驗(yàn) 裝 置 機(jī) 械 功 實(shí) 驗(yàn) 結(jié) 論 ： 只 要 重 力 所 做 的 功 相 同 ， 容 器內(nèi) 水 溫 上 升 的 數(shù) 值 都 是 相 同 的 ， 即 系 統(tǒng) 狀 態(tài) 的變 化 是 相 同 的 。 8 焦 耳 二 個(gè) 代 表 性 實(shí) 驗(yàn) ： 焦 耳 熱 功 當(dāng) 量 實(shí) 驗(yàn) 裝 置 電 功 實(shí) 驗(yàn) 結(jié) 論 ： 只 要 所 做 的 電 功 相 等 ， 則 系 統(tǒng)溫 度 上 升 的 數(shù) 值 是 相 同 的 ， 即 系 統(tǒng) 的 狀 態(tài) 變 化是 相 同 的 。 9 從 焦 耳 的 實(shí) 驗(yàn) 中 可 以 得 出 什 么 結(jié) 論 ？1.在 各 種 不 同 的

6、 絕 熱 過(guò) 程 中 ， 系 統(tǒng) 狀 態(tài) 的 改 變與 做 功 方 式 無(wú) 關(guān) ， 僅 與 做 功 數(shù) 量 有 關(guān) 。2.測(cè) 出 了 熱 功 當(dāng) 量 （ 熱 與 機(jī) 械 功 之 間 的 當(dāng) 量關(guān) 系 ） ， 為 熱 力 學(xué) 第 一 定 律 和 能 量 守 恒 定 律的 建 立 奠 定 了 實(shí) 驗(yàn) 基 礎(chǔ) 。 10 在 熱 力 學(xué) 系 統(tǒng) 的 絕 熱 過(guò) 程 中 ， 外 界 對(duì) 系 統(tǒng)所 做 的 功 僅 由 過(guò) 程 的 始 末 兩 個(gè) 狀 態(tài) 決 定 ， 不 依賴 于 做 功 的 具 體 過(guò) 程 和 方 式 。類 比 思 考 ： 哪 些 力 做 功 僅 由 物 體 的 起 點(diǎn) 和 終 點(diǎn)兩 個(gè)

7、位 置 決 定 ， 與 物 體 的 運(yùn) 動(dòng) 路 徑 無(wú) 關(guān) ？重 力 電 場(chǎng) 力 重 力 做 功 對(duì) 應(yīng) 重 力 勢(shì) 能電 場(chǎng) 力 做 功 對(duì) 應(yīng) 電 勢(shì) 能（ 電 能 ） 11 在 熱 力 學(xué) 系 統(tǒng) 的 絕 熱 過(guò) 程 中 ， 外 界 對(duì) 系 統(tǒng)所 做 的 功 僅 由 過(guò) 程 的 始 末 兩 個(gè) 狀 態(tài) 決 定 ， 不 依賴 于 做 功 的 具 體 過(guò) 程 和 方 式 。功 是 能 量 轉(zhuǎn) 化 的 量 度內(nèi) 能 U ： 只 依 賴 于 系 統(tǒng) 自 身 狀 態(tài) 的 物 理 量?jī)?nèi) 能 與 狀 態(tài) 參 量 溫 度 、 體 積 有 關(guān) ， 即由 它 的 狀 態(tài) 決 定 內(nèi) 能 的 增 加 量 U

8、U2 U1等 于 外 界 對(duì) 系統(tǒng) 所 做 的 功 U W二 、 內(nèi) 能 12呈 現(xiàn) 霧 狀1.系 統(tǒng) 指 的 是 什 么 ？實(shí) 驗(yàn) 研 究 的 對(duì) 象 是 瓶 中 的 氣 體 與 打 氣 筒 中 的氣 體 ， 那 么 我 們 的 系 統(tǒng) 也 就 是 這 二 部 分 氣 體 。2.出 現(xiàn) 了 什 么 現(xiàn) 象 ？3.為 什 么 會(huì) 呈 現(xiàn) 霧 狀 ？ 13 為 什 么 會(huì) 呈 現(xiàn) 霧 狀 ？ 當(dāng) 用 打 氣 筒 向 瓶 內(nèi) 打 氣 時(shí) ， 外 界 對(duì)系 統(tǒng) 做 功 ， 使 得 系 統(tǒng) 的 內(nèi) 能 增 加 ， 溫度 升 高 ， 壓 強(qiáng) 增 大 ， 使 瓶 塞 從 瓶 口 中噴 出 。 看 到 霧

9、狀 物 的 原 因 在 于 ， 在 塞子 突 然 跳 起 時(shí) ， 氣 體 絕 熱 膨 脹 對(duì) 外 做功 ， 內(nèi) 能 減 少 ， 溫 度 下 降 ， 水 蒸 汽 （或 酒 精 蒸 氣 ） 有 一 部 分 被 液 化 成 小 液滴 14 小 結(jié)1、 焦 耳 熱 功 當(dāng) 量 實(shí) 驗(yàn)2、 絕 熱 過(guò) 程3、 物 體 內(nèi) 能 的 宏 觀 描 述4、 絕 熱 過(guò) 程 中 作 功 和 內(nèi) 能 的 關(guān) 系 15 1.下 列 說(shuō) 法 正 確 的 是 （ ）A 分 子 的 動(dòng) 能 與 分 子 的 勢(shì) 能 的 和 叫 做 這 個(gè) 分子 的 內(nèi) 能B 物 體 的 分 子 勢(shì) 能 由 物 體 的 溫 度 和 體 積 決

10、 定C 物 體 的 速 度 增 大 時(shí) ， 物 體 的 內(nèi) 能 增 大D 物 體 的 內(nèi) 能 減 小 時(shí) ， 物 體 的 溫 度 可 能 增 加D練 習(xí) 鞏 固 16 2.一 個(gè) 鐵 塊 沿 斜 面 勻 速 滑 下 ， 關(guān) 于 物 體 的機(jī) 械 能 和 內(nèi) 能 的 變 化 ， 下 列 判 斷 中 正 確 的是 （ ）A 物 體 的 機(jī) 械 能 和 內(nèi) 能 都 不 變B 物 體 的 機(jī) 械 能 減 少 ， 內(nèi) 能 不 變 C 物 體 的 機(jī) 械 能 增 加 ， 內(nèi) 能 增 加D 物 體 的 機(jī) 械 能 減 少 ， 內(nèi) 能 增 加D 17 如 圖 所 示 ,絕 熱 具 有 一 定 質(zhì) 量 的 活

11、塞 ,活 塞 的 上 部 封 閉 著 氣 體 ,下 部 為 真 空 ,活 塞 與 器 壁 的 摩 擦 忽 略 不 計(jì) ,置 于 真 空 中 的 輕 彈 簧 的一 端 固 定 于 理 想 氣 體 容 器 的 底 部 .另 一 端 固 定 在 活 塞 上 ,彈 簧 被 壓縮 后 用 繩 扎 緊 ,此 時(shí) 彈 簧 的 彈 性 勢(shì) 能 為 EP(彈 簧 處 于 自 然 長(zhǎng) 度 時(shí) 的彈 性 勢(shì) 能 為 零 ),現(xiàn) 繩 突 然 斷 開(kāi) ,彈 簧 推 動(dòng) 活 塞 向 上 運(yùn) 動(dòng) ,經(jīng) 過(guò) 多 次往 復(fù) 運(yùn) 動(dòng) 后 活 塞 靜 止 ,氣 體 達(dá) 到 平 衡 態(tài) ,經(jīng) 過(guò) 此 過(guò) 程（ ）A EP全 部 轉(zhuǎn)

12、換 為 氣 體 的 內(nèi) 能B. E P一 部 分 轉(zhuǎn) 換 成 活 塞 的 重 力 勢(shì) 能 ,其 余 部 分 仍 為 彈 簧 的 彈 性 勢(shì) 能C EP全 部 轉(zhuǎn) 換 成 活 塞 的 重 力 勢(shì) 能 和 氣 體 的 內(nèi) 能D EP一 部 分 轉(zhuǎn) 換 成 活 塞 的 重 力 勢(shì) 能 ,一 部 分 轉(zhuǎn) 換 為 氣 體 的 內(nèi) 能 ,其 余 部 分 仍 為 彈 簧 的 彈 性 勢(shì) 能 理 想氣 體 D 18 一 定 質(zhì) 量 的 氣 體 經(jīng) 歷 一 緩 慢 的 絕 熱 膨 脹 過(guò)程 。 設(shè) 氣 體 分 子 間 的 勢(shì) 能 可 忽 略 ， 則 在 此 過(guò) 程中 （ ） A 外 界 對(duì) 氣 體 做 功 ，

13、氣 體 分 子 的 平 均 動(dòng) 能 增 加 B 外 界 對(duì) 氣 體 做 功 ， 氣 體 分 子 的 平 均 動(dòng) 能 減 少C 氣 體 對(duì) 外 界 做 功 ， 氣 體 分 子 的 平 均 動(dòng) 能 增 加D 氣 體 對(duì) 外 界 做 功 ， 氣 體 分 子 的 平 均 動(dòng) 能 減 少D 19 問(wèn) 題 與 練 習(xí) 1.分 子 動(dòng) 理 論 對(duì) 內(nèi) 能 的 微 觀 定 義 是 ： - 本 節(jié) 熱 力 學(xué) 對(duì) 內(nèi) 能 的 定 義 是 ： - 當(dāng) 系 統(tǒng) 狀 態(tài) 改 變 時(shí) ， 按 照 熱 力 學(xué) 對(duì) 內(nèi) 能 的義 ， 則 物 體 的 內(nèi) 能 改 變 ； 而 按 分 子 動(dòng) 理 論， 系 統(tǒng) 狀 態(tài) 改 變

14、時(shí) ， 描 述 系 統(tǒng) 狀 態(tài) 的 參 量發(fā) 生 了 變 化 ， 例 如 溫 度 和 體 積 改 變 ， 而 分子 的 平 均 動(dòng) 能 與 溫 度 有 關(guān) ， 分 子 的 勢(shì) 能 與體 積 有 關(guān) ， 所 以 系 統(tǒng) 的 內(nèi) 能 就 要 改 變 。 因此 內(nèi) 能 年 的 兩 種 定 義 是 一 致 的 。 20 問(wèn) 題 與 練 習(xí)2.（ 從 功 是 能 量 轉(zhuǎn) 化 的 量 度 角 度 出 發(fā) 思 考 ）例 1： 汽 車 剎 車?yán)?2： 雙 手 摩 擦例 3： 電 磁 感 應(yīng) 中 ， 阻 尼 振 動(dòng) 中 的 能 量 變 化3.10.1-2重 物 的 重 力 勢(shì) 能 轉(zhuǎn) 化 為 水 的 內(nèi) 能 ；

15、 10.1.3重 物 的 機(jī) 械 能 轉(zhuǎn) 化 為 電 能 ， 電 能 再轉(zhuǎn) 化 為 液 體 的 內(nèi) 能 21 問(wèn) 題 與 練 習(xí)4.（ 1） 氣 體 在 真 空 中 絕 熱 膨 脹的 過(guò) 程 中 ， 不 受 阻 力 ， 所 以 氣 體不 做 功 。 需 要 特 別 注 意 的 是 ， 當(dāng) 氣 體 向 真 空中 膨 脹 時(shí) ， 氣 體 不 做 功 ， 這 樣 的 膨 脹 通 常稱 為 自 由 膨 脹 （ 2） 氣 體 在 大 氣 中 絕 熱 膨 脹 的 過(guò) 程 中 ， 氣體 對(duì) 外 做 功 ， 所 需 要 的 能 量 來(lái) 自 于氣 體 的 內(nèi) 能 ， 因 此 在 此 過(guò) 程 中 ，氣 體 的 內(nèi) 能 要 減 少 。 K10-1-1abc d氣 體 A 真 空 B K10-1-2abc d氣 體 A 氣 體 C 22 拓 展 對(duì) 于 氣 體 在 膨 脹 或 壓 縮 的 情 況 下 ，氣 體 做 功 有 如 下 結(jié) 論 ： 膨 脹 時(shí) 氣 體 對(duì) 外界 做 功 ； 壓 縮 時(shí) 外 界 對(duì) 氣 體 做 功 也 即氣 體 體 積 增 大 ， 則 氣 體 對(duì) 外 界 做 功 ； 氣體 體 積 減 小 ， 則 外 界 對(duì) 氣 體 做 功 若 在絕 熱 的 情 況 下 ， 氣 體 對(duì) 外 界 做 功 其 內(nèi) 能減 少 ； 外 界 對(duì) 氣 體 做 功 其 內(nèi) 能 增 加