高中物理 10.1《功和內(nèi)能》課件 新人教版選修3-3.ppt

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10 1 功和內(nèi)能 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(guān)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(guān)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(guān)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(guān)系 知識回顧 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(guān) 物體的內(nèi)能與溫度和體積的關(guān)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(guān)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(jié)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(guān)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(chǔ) 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 機械功 實驗結(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 焦耳二個代表性實驗 焦耳熱功當量實驗裝置 電功 實驗結(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 從焦耳的實驗中可以得出什么結(jié)論 1 在各種不同的絕熱過程中 系統(tǒng)狀態(tài)的改變與做功方式無關(guān) 僅與做功數(shù)量有關(guān) 2 測出了熱功當量 熱與機械功之間的當量關(guān)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(chǔ) 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(guān) 重力 電場力 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(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 內(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 U2 U1等于外界對系統(tǒng)所做的功 U W 二 內(nèi)能 呈現(xiàn)霧狀 1 系統(tǒng)指的是什么 實驗研究的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 看到霧狀物的原因在于 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(jié)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(guān)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(guān)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 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(zhuǎn)換為氣體的內(nèi)能B EP一部分轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換成活塞的重力勢能和氣體的內(nèi)能D EP一部分轉(zhuǎn)換成活塞的重力勢能 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能 04年全國理綜17 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(shè)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(guān) 分子的勢能與體積有關(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 問題與練習 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(zhuǎn)化為水的內(nèi)能 10 1 3重物的機械能轉(zhuǎn)化為電能 電能再轉(zhuǎn)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 拓展 對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