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1、高 中 物 理 新 人 教 版選 修 - 系 列 課 件 10.1 功 和 內(nèi) 能 第 十 章 熱 力 學 定 律 教學目標知識與技能 1知道什么是絕熱過程。 2從熱力學的角度認識內(nèi)能的概念。 3理解做功與內(nèi)能改變的數(shù)量關系。 4知道內(nèi)能和功的單位是相同的。過程與方法 從焦耳的實驗理解功與內(nèi)能變化的關系情感、態(tài)度與價值觀 通過焦耳實驗了解功與內(nèi)能變化關系的得來，學習科學家探 究過程的艱辛教學重點、難點 絕熱過程中的功與內(nèi)能的關系 知 識 回 顧2.什么叫內(nèi)能？ 與哪些因素有關？3.質(zhì)量、溫度相同的物體，內(nèi)能必定相等 對嗎？1.（機械）功的兩個不可缺少的因素是什么？ 電流做功與哪些因素有關？ 物
2、 體 的 內(nèi) 能 與 溫 度 和 體 積 的 關 系 溫度變時分子動能變，體積變時分子勢能變，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)。如兩物體溫度和體積均相同，而內(nèi)能卻沒有確定的關系。再如，0OC的冰熔化成 OC水體積減小，不能就此認為其勢能也減小，而應該從改變內(nèi)能的方式上分析,冰熔化過程吸收熱量，內(nèi)能增加，而溫度不變，所增加的只是分子的勢能 結 論 ： 做 功 使 得 物 體 （ 密 閉 氣 體 ） 溫 度 升 高 焦 耳 1818年 12月 24日 生 于 英 國 曼 徹 斯特 ， 起 初 研 究 電 學 和 磁 學 。 1840年 在 英 國 皇
3、 家 學 會 上 宣 布 了 電 流 通過 導 體 產(chǎn) 生 熱 量 的 定 律 ， 即 焦 耳 定律 。 焦 耳 測 量 了 熱 與 機 械 功 之 間 的當 量 關 系 熱 功 當 量 ， 為 熱 力 學第 一 定 律 和 能 量 守 恒 定 律 的 建 立 奠定 了 實 驗 基 礎 。一 、 焦 耳 的 實 驗 系統(tǒng)只由于外界對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，這樣的過程叫絕 熱 過 程絕 熱 過 程 ：焦 耳 實 驗 是 一 個 需 要 在 絕 熱 過 程 中 完 成 的 實 驗 焦 耳 二 個 代 表 性 實 驗 ： 焦 耳 熱 功 當 量 實 驗 裝 置 機 械
4、功 實 驗 結 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 。 焦 耳 二 個 代 表 性 實 驗 ： 焦 耳 熱 功 當 量 實 驗 裝 置 電 功 實 驗 結 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 。 從 焦 耳 的 實 驗 中 可 以 得 出 什 么 結 論 ？1.在 各 種 不 同 的 絕 熱 過 程 中 ， 系 統(tǒng) 狀 態(tài) 的 改 變與 做 功 方 式
5、無 關 ， 僅 與 做 功 數(shù) 量 有 關 。2.測 出 了 熱 功 當 量 （ 熱 與 機 械 功 之 間 的 當 量關 系 ） ， 為 熱 力 學 第 一 定 律 和 能 量 守 恒 定 律的 建 立 奠 定 了 實 驗 基 礎 。 在 熱 力 學 系 統(tǒng) 的 絕 熱 過 程 中 ， 外 界 對 系 統(tǒng) 所 做 的 功僅 由 過 程 的 始 末 兩 個 狀 態(tài) 決 定 ， 不 依 賴 于 做 功 的 具 體過 程 和 方 式 。類 比 思 考 ： 哪 些 力 做 功 僅 由 物 體 的 起 點 和 終 點兩 個 位 置 決 定 ， 與 物 體 的 運 動 路 徑 無 關 ？重 力 電 場
6、力 重力做功對應重力勢能電場力做功對應電勢能（電能） 在 熱 力 學 系 統(tǒng) 的 絕 熱 過 程 中 ， 外 界 對 系 統(tǒng) 所 做 的 功僅 由 過 程 的 始 末 兩 個 狀 態(tài) 決 定 ， 不 依 賴 于 做 功 的 具 體過 程 和 方 式 。功 是 能 量 轉 化 的 量 度內(nèi) 能 U ： 只 依 賴 于 系 統(tǒng) 自 身 狀 態(tài) 的 物 理 量 內(nèi) 能 與 狀 態(tài) 參 量 溫 度 、 體 積 有 關 ，即 由 它 的 狀 態(tài) 決 定 內(nèi) 能 的 增 加 量 U U2 U1等 于 外 界 對 系統(tǒng) 所 做 的 功UW二 、 內(nèi) 能 呈 現(xiàn) 霧 狀1.系統(tǒng)指的是什么？實 驗 研 究 的
7、對 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.為什么會呈現(xiàn)霧狀？ 為什么會呈現(xiàn)霧狀？ 當用打氣筒向瓶內(nèi)打氣時，外界對系統(tǒng)做功，使得系統(tǒng)的內(nèi)能增加，溫度升高，壓強增大，使瓶塞從瓶口中噴出?？吹届F狀物的原因在于，在塞子突然跳起時，氣體絕熱膨脹對外做功，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 小 結1、焦耳熱功當量實驗2、絕熱過程3、物體內(nèi)能的宏觀描述4、絕熱過程中作功和內(nèi)能的關系 1.下列說法正確的是（ ）A 分子的動能與分子的勢能的和叫做這個分子的內(nèi)能B 物體的分
8、子勢能由物體的溫度和體積決定C 物體的速度增大時，物體的內(nèi)能增大D 物體的內(nèi)能減小時，物體的溫度可能增加D練 習 鞏 固 2.一個鐵塊沿斜面勻速滑下，關于物體的機械能和內(nèi)能的變化，下列判斷中正確的是（ ）A 物體的機械能和內(nèi)能都不變B 物體的機械能減少，內(nèi)能不變 C 物體的機械能增加，內(nèi)能增加D 物體的機械能減少，內(nèi)能增加D 如 圖 所 示 ,絕 熱 具 有 一 定 質(zhì) 量 的 活 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 ,置 于 真 空 中 的 輕彈 簧 的 一 端 固 定 于 理 想 氣 體 容 器 的 底 部 .
9、另 一 端 固 定 在 活 塞 上 ,彈簧 被 壓 縮 后 用 繩 扎 緊 ,此 時 彈 簧 的 彈 性 勢 能 為 EP(彈 簧 處 于 自 然 長度 時 的 彈 性 勢 能 為 零 ),現(xiàn) 繩 突 然 斷 開 ,彈 簧 推 動 活 塞 向 上 運 動 ,經(jīng)過 多 次 往 復 運 動 后 活 塞 靜 止 ,氣 體 達 到 平 衡 態(tài) ,經(jīng) 過 此 過 程（ ）A EP全 部 轉 換 為 氣 體 的 內(nèi) 能B. E P一 部 分 轉 換 成 活 塞 的 重 力 勢 能 ,其 余 部 分 仍 為 彈 簧 的 彈 性 勢 能C EP全 部 轉 換 成 活 塞 的 重 力 勢 能 和 氣 體 的 內(nèi)
10、 能D EP一 部 分 轉 換 成 活 塞 的 重 力 勢 能 ,一 部 分 轉 換 為 氣 體 的 內(nèi) 能 ,其 余 部 分 仍 為 彈 簧 的 彈 性 勢 能 04年全國理綜17理想氣體D 05年全國卷19.一 定 質(zhì) 量 的 氣 體 經(jīng) 歷 一 緩 慢 的 絕 熱 膨 脹 過 程 。設 氣 體 分 子 間 的 勢 能 可 忽 略 ， 則 在 此 過 程 中 （ ） A 外 界 對 氣 體 做 功 ， 氣 體 分 子 的 平 均 動 能 增 加 B 外 界 對 氣 體 做 功 ， 氣 體 分 子 的 平 均 動 能 減 少C 氣 體 對 外 界 做 功 ， 氣 體 分 子 的 平 均 動
11、能 增 加D 氣 體 對 外 界 做 功 ， 氣 體 分 子 的 平 均 動 能 減 少D 問題與練習 1.分子動理論對內(nèi)能的微觀定義是：-本節(jié)熱力學對內(nèi)能的定義是：-當系統(tǒng)狀態(tài)改變時，按照熱力學對內(nèi)能的定義，則物體的內(nèi)能改變；而按分子動理論，系統(tǒng)狀態(tài)改變時，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，而分子的平均動能與溫度有關，分子的勢能與體積有關，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。 問題與練習 2.（從功是能量轉化的量度角度出發(fā)思考）例1：汽車剎車例2：雙手摩擦例3：電磁感應中，阻尼振動中的能量變化 3.10.1-2重物的重力勢能轉化為水的內(nèi)能； 10.1.3重物
12、的機械能轉化為電能，電能再轉化為液體的內(nèi)能 問題與練習 4.（1）氣體在真空中絕熱膨脹的過程中，不受阻力，所以氣體不做功。需要特別注意的是，當氣體向真空中膨脹時，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程中，氣體對外做功，所需要的能量來自于氣體的內(nèi)能，因此在此過程中，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 拓展 對于氣體在膨脹或壓縮的情況下，氣體做功有如下結論：膨脹時氣體對外界做功；壓縮時外界對氣體做功也即氣體體積增大，則氣體對外界做功；氣體體積減小，則外界對氣體做功若在絕熱的情況下，氣體對外界做功其內(nèi)能減少；外界對氣體做功其內(nèi)能增加
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