物理：新人教版選修3-310.1功和內(nèi)能（課件）.ppt

10 1 功和內(nèi)能 第十章 熱力學(xué)定律 教學(xué)目標(biāo) 知識(shí)與技能1 知道什么是絕熱過程 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)值觀通過焦耳實(shí)驗(yàn)了解功與內(nèi)能變化關(guān)系的得來 學(xué)習(xí)科學(xué)家探究過程的艱辛教學(xué)重點(diǎn) 難點(diǎn)絕熱過程中的功與內(nèi)能的關(guān)系 知識(shí)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) 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(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 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(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)上宣布了電流通過導(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 這樣的過程叫絕熱過程 絕熱過程 焦耳實(shí)驗(yàn)是一個(gè)需要在絕熱過程中完成的實(shí)驗(yàn) 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 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 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 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(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) 在熱力學(xué)系統(tǒng)的絕熱過程中 外界對(duì)系統(tǒng)所做的功僅由過程的始末兩個(gè)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(diǎn)和終點(diǎn)兩個(gè)位置決定 與物體的運(yùn)動(dòng)路徑無關(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 在熱力學(xué)系統(tǒng)的絕熱過程中 外界對(duì)系統(tǒng)所做的功僅由過程的始末兩個(gè)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(duì)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(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 為什么會(huì)呈現(xiàn)霧狀 當(dāng)用打氣筒向瓶?jī)?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 小結(jié)1 焦耳熱功當(dāng)量實(shí)驗(yàn)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(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 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 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(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 彈簧推動(dòng)活塞向上運(yùn)動(dòng) 經(jīng)過多次往復(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(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 D 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(shì)能可忽略 則在此過程中 A 外界對(duì)氣體做功 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 問題與練習(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)能的定義 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 問題與練習(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)? 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 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 問題與練習(xí) 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(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程中 氣體對(duì)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