高中物理 功和内能 热和内能
3-1功、热和内能的改变(教学课件)——高中物理人教版(2019)选择性必修三册
第三章 热力学定律 1.功、热和内能的改变
基础认识 一、焦耳的实验 1.绝热过程:系统不从外界 吸热 ,也不向外界 放热 ,
这样的过程叫作绝热过程。 2.代表性实验。 (1)重物下落带动叶片搅拌容器中的水,引起水温上升。 (2)通过电流的热效应给水加热。 (3)实验结论:在各种不同的绝热过程中,如果使系统从状态1
学以致用 (多选)下图为焦耳实验装置图,用绝热性能良好的材料将容 器包好,重物下落带动叶片搅拌容器里的水,引起水温升高。 关于这个实验,下列说法正确的是( AC ) A.这个装置可测定重物机械能的 改变与水的内能改变的比值 B.做功增加了水的热量 C.做功增加了水的内能 D.功和热量是完全等价的,无区别
在这一过程中,下述空气内能的改变量ΔU、外界对气体所
做的功W与物体及活塞的重力势能的变化关系正确的是
(C)
A.m0gh+mgΔh=ΔU+W C.ΔU=W,W<m0gh+mgΔh
B.ΔU=W,W=m0gh+mgΔh D.ΔU≠W,W=m0gh+mgΔh
解析:物体与活塞碰撞时有机械能损失,因此物体和活塞重 力势能的减少量大于气体内能的增加量;根据功与内能增加 量的关系可知,外界对气体所做的功W与空气内能的变化量 相等,因此ΔU=W,W<m0gh+mgΔh,选项C正确,A、B、D错误。 特别注意物体与活塞碰撞时有机械能损失。
二、功与内能的改变 1.内能:任何一个热力学系统都必定存在一个只依赖于 系统自身 状态的物理量,这个物理量在两个状态间的差别 与外界在绝热过程中对系统所做的功相联系。鉴于功是能量 变化的量度,所以这个物理量必定是系统的一种能量,我们把 它称为系统的内能。 2.功和内能:在绝热过程中,外界对系统做的功等于系统内能 的增加量,即 ΔU=W 。
热功内能概念辨析
功、热和内能概念辩析功、热和内能是中学物理教材中最易混淆的物理概念之一。
很多同学对它们的联系和区别难以弄清。
现辩析如下。
高中物理甲种本教材中对三个物理量的叙述是这样的：“能够改变物体内能的物理过程有两个：做功和热传递。
做功使物体的内能发生变化的时候，内能的变化就用做功来量度；热传递使物体内能发生变化的时候，内能的变化是用热量来量度的。
”“所谓热能不过是内能的一种通俗的说法”等。
由此可见，功和热与内能的关系是：功是内能转化．．的量度，热是内能转移．．的量度。
两者仅仅是一种量度而已，就象直尺用来测量布匹的长度、量筒用来测量水量的体积、质量用来量度物体惯性的大小等一样，两者本身并不是内能的一部分。
因此，象“一个物体包含了多少功”、“一个物体内能越多，热量就越多”、“热量就是内能的一种通俗的说法”等等，都是错误的说法。
也就是说，内能是物体本身具有的一种能量，而热量和功则不是物体所具有的东西，只有当内能发生变化时，才需要做功或者热传递，才用功或者热量来量度其变化大小。
功与热是改变内能的两种方式，两者在内能改变的效果上是相同的。
但它们有着本质的区别。
做功是内能与其它形式的能之间发生转化，如机械能、电能转化为内能等，即能量在形式上发生了改变。
而热传递仅仅是内能发生了转移，从一个物体(或物体的一部分)转移到另一个物体(或物体的另一个部分)，能的形式没有改变。
我们可以讲“做功产生了热量”、“消耗热量可以做功”，但不能说“功可以转化为热”或“热可以转化为功”。
因此，两者的共性是：都是内能改变的量度，区别是：本质及量度的对象(即能的形式)不同。
两者的数量关系为：1卡＝4.2焦，即热功当量为J=4.2J/cal。
另外，内能的一个通俗但不确切的说法是热能，即通常讲的热能是指物体的内能。
但热能不是热量，两者不要搞错。
下面举例辩析。
例1：对铁丝加热，铁丝的温度升高了；用锤子敲打铁丝，铁丝的温度也升高，这说明：A.功可以转化为热量B.功和热量在本质上是相同的C.对物体做功和对物体传热是一回事D.做功和热传递对改变物体内能是等效的辩析：有不少同学是这样分析的：因为锤子对铁丝做了功，铁丝的温度就升高，故功转化成了物体内能，故A正确；又不管是用做功,还是用传热的方式,铁丝的温度都一样地升高了,因此两者本质上肯定是相同的,故BCD正确。
人教版高中物理选择性必修第三册《功、热和内能的改变》评课稿
人教版高中物理选择性必修第三册《功、热和内能的改变》评课稿一、课程背景介绍《功、热和内能的改变》是人教版高中物理选择性必修第三册的一节重要课程。
本课程主要介绍了功的性质和计算方法、热能与内能的概念以及内能的转化规律。
通过学习本节课程，学生能够深入理解功、热和内能在物理学中的重要性，并掌握解决与功、热和内能相关问题的方法和技巧。
二、课程目标知识目标1.掌握功的定义、计算公式和单位。
2.理解热能、内能和温度的概念，并能互相转换。
3.了解内能的转化规律和实际应用。
### 能力目标4.能够运用学到的知识和方法解决与功、热和内能相关的问题。
5.提高分析和解决物理问题的能力。
### 情感目标6.培养学生对物理学的兴趣，增强学习动力。
7.培养学生细致观察、合作探究的思维习惯。
三、教学内容本课程主要涵盖以下内容： 1. 功的定义和计算：介绍功的概念，以及各种情况下如何计算功。
2. 热能和内能的概念：讲解热能和内能的概念，并探讨它们的区别和联系。
3. 内能的转化规律：介绍内能的转化规律以及内能转化的实际应用。
4. 实际问题的解决：运用所学知识解决一些与功、热和内能相关的实际问题。
四、教学方法为了达到课程目标，我们将采用多种教学方法： 1. 探究式教学法：通过实例让学生主动思考、实践，引导学生从实践中探索出解决问题的方法。
2. 讨论式教学法：组织学生进行小组讨论，促进学生之间的合作与交流，激发学生的学习兴趣和思维能力。
3. 解说示范法：通过教师的讲解和演示，帮助学生更好地理解和掌握课程知识。
4. 实践操作法：学生通过实际操作，进行实验、观察和记录，以加深对知识点的理解。
5. 归纳总结法：通过师生共同总结，将学习过程中的重点、难点进行梳理和归纳，帮助学生建立知识网络。
五、教学过程1.导入：通过展示一个与功、热和内能相关的现象或问题，引起学生的兴趣，激发学生对本课程的学习热情。
2.探究式学习：教师给出一个实际问题，让学生以小组形式共同探究解决办法，并记录下来。
10.1-2-3 功和内能、热和内能、 热力学第一定律 能量守恒定律
3．下列关于热量的说法，正确的是( CD )
A．温度高的物体含有的热量多 B．内能多的物体含有的热量多 C．热量、功和内能的单位相同 D．热量和功都是过程量，而内能是一个状态量
做功
改变内能的两种方式 热传递
对内 对外
（外界对物 （物体对 体做功） 外界做功）
内能增加 内能减少
U W
吸热
（物体从 外界吸热）
（1）热传导：热量从系统的一部分传到另一部分或由一个系统传到另一系统的现象叫做 热传导。
（2）对流：液体或气体中较热部分和较冷部分之间通过循环流动使温度趋于均匀的过程 （3）热辐射：物体因自身的温度而具有向外发射能量的本领，这种热传递的方式叫做热 辐射。
二、热量
1、定义：在单纯的传热过程中系统内能变化的量度。
（1）在单纯的热传递过程中，系统从外界吸收多少热量，系统的内能就增 加多少，即Q吸=△U 。（2）在单纯的热传递过程中，系统向外界放出多少 热量，系统的内能就减少多少，即Q放= -△U。
3、热传递具有方向性：热量不会自发地从低温物体传递到高温物体。 4、做功和热传递在改变内能上的比较
（1）做功和热传递在改变内能上是等效的。
结论：做功使得物体（密闭气体）温度升高，即做功可以改变物体的内能。
焦耳的实验
焦耳
詹姆斯·普雷斯科 特·焦耳（1818年12月24 日－1889年10月11日）， 英国物理学家，出生于曼 彻斯特近郊的沙弗特 。起 初研究电学和磁学. 1840 年在英国皇家学会上宣布 了电流通过导体产生热量 的定律，即焦耳定律.焦 耳测量了热与机械功之间 的当量关系——热功当量， 为热力学第一定律和能量 守恒定律的建立奠定了实 验基础.
高中物理 第十章 热力学定律 第1、2节 功和内能 热和内能讲义(含解析)新人教版选修3-3-新人教
第1、2节功和内能热和内能1.绝热过程：系统只由于外界对它做功而与外界交换能量，它不从外界吸热，也不向外界放热的过程。
2．绝热过程中系统内能的增加量等于外界对系统所做的功，即ΔU＝W。
3．热传递：热量从物体的高温部分传递到低温部分，或从高温物体传递给低温物体的过程。
4．系统在单纯的传热过程中，内能的增量ΔU等于外界向系统传递的热量Q，即ΔU＝Q。
5．做功和热传递是改变内能的两种方式且具有等效性，但二者实质不同。
一、焦耳的实验1．绝热过程系统只通过对外界做功或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。
2．代表实验(1)重物下落带动叶片搅拌容器中的水，引起水温度上升。
(2)通过电流的热效应给水加热。
3．实验结论要使系统状态通过绝热过程发生变化，做功的数量只由过程始末两个状态决定，而与做功的方式无关。
二、功和内能1．内能的概念(1)内能是描述热力学系统自身状态的物理量。
(2)在绝热过程中做功可以改变热力学系统所处的状态。
2．绝热过程中内能的变化(1)表达式：ΔU＝W。
(2)外界对系统做功，W为正；系统对外界做功，W为负。
三、热和内能1．热传递(1)条件：物体的温度不同。
(2)过程：温度不同的物体发生热传递，温度高的物体要降温，温度低的物体要升温，热量从高温物体传到低温物体。
(3)热传递的三种方式：热传导、热对流、热辐射。
2．热和内能(1)单纯地对系统传热也能改变系统的热力学状态，即热传递能改变物体的内能。
(2)热量：在单纯的传热过程中系统内能变化的量度。
(3)单纯的传热过程中内能的变化。
①公式：ΔU＝Q。
②物体吸热，Q为正；物体放热，Q为负。
1．自主思考——判一判(1)温度高的物体含有的热量多。
(×)(2)内能大的物体含有的热量多。
(×)(3)热量一定从内能多的物体传递给内能少的物体。
(×)(4)做功和热传递都可改变物体的内能，从效果上是等效的。
(√)(5)在绝热过程中，外界对系统做的功小于系统内能的增加量。
高中物理选修3-3-功和内能+热和内能
功和内能热和内能知识元改变内能的两种方式知识讲解一、功和内能1.功与系统内能改变的关系：做功可以改变系统的内能。
（1）外界对系统做功，系统的内能增加，在绝热过程中，内能的增量就等于外界对系统做的功，即：ΔU=U2-U1=W（2）系统对外界做功，系统的内能减少。
在绝热过程中，系统对外界做多少功，内能就减少多少，即W=-ΔE2.在绝热过程中，功是系统内能转化的量度3.功和内能的区别（1）功是能量转化的量度，是过程量，而内能是状态量（2）做功过程中，能量一定会发生转化，而内能不一定变化（3）内能变化时不一定有力做功，也可能是传热改变了物体的内能。
物体的内能大，并不意味着做功多二、热和内能1.传热与内能改变的关系（1）不仅对系统做功可以改变系统的热力学业状态，单纯的对系统传热也能改变系统的热力淡定状态，所以热量是在单纯的传热过程中系统内能变化的量度（2）在单纯传热中，系统从外界吸收多少热量，内能就增加多少；系统向外界放出多少热量，系统的内能就减少多少。
即：ΔU=U2-U1=Q2.传热改变物体内能的过程是物体间内能转移的过程3.内能与热量的区别内能是一个状态量，一个物体在不同的状态下具有不同的内能，而热量是一个过程量，它表示由于传热而引起的内能变化过程中转移的能量，即内能的改变量。
如果没有传热，就无所谓热量，但此时物体仍有一定的内能例题精讲改变内能的两种方式例1.用力搓手感觉手会发热、冬天在阳光下觉得暖和等物理现象表明：____和_____在改变物体内能上可以起到相同的效果。
例2.关于热传递，下列说法中正确的是（）A．热传递的实质是温度的传递B．物体间存在着温度差，才能发生热传递C．热传递可以在任何情况下进行D．物体内能发生改变，一定是吸收或放出了热量例3.如图所示，在较厚的有机玻璃筒底部，放置少量易燃物，如蓬松的硝化棉。
迅速压下筒中的活塞，可看到硝化棉被点燃而发出火光。
对该实验现象的下列说法中正确的是（）A．这个实验说明功可以变成能B．这个实验说明做功可以改变筒内空气的内能C．用厚有机玻璃做筒和迅速压缩都是为了保证该过程为绝热过程D．活塞向下迅速压缩过程，筒内空气的分子平均动能和分子势能都增大了例4.小实验：将钢丝掰直后，快速来回弯曲，用手接触弯曲部分会感觉____，这是由于________________________________________。
2021学年高中物理第10章热力学定律第1节功和内能课件新人教版选修3_3
• (1)在绝热过程中，外界对系统做功，系统的__内__能__增__加。内能的增量就等于外 界对__系__统__做__的__功_____，即ΔU＝U2－U1＝__W____。
• (2)在绝热过程中，系统对外界做功，系统的__内__能__减__少。内能的减少量就等于 系统对__外__界__做__的__功_____，即ΔU＝U2－U1＝__－__W____。
• 『选一选』
• (多项选择)一定质量的气体封闭在绝热的气缸内，当用活 塞压缩气体时，一定增大的BC物D理量有(不计气体分子势能)(
)
• A．气体体积
B．气体分子密度
• C．气体内能 D．气体分子的平均动能
• 解析：外力做功，气体体积减小，分子密度增大，内能增 加，温度升高，分子的平均动能增加。
• 『想一想』
根据理想气体状态方程pTV＝C 可判断压强一定增大，选项 B、D 错误。
〔对点训练〕 如图所示，厚壁容器的一端通过胶塞插进一个灵敏温度计和一 根气针，另一端有个用卡子卡住的可移动的胶塞。用 打气筒慢慢向筒内打气，使容器内的压强增加到一定 程度，这时读出温度计示数。打开卡子，胶塞冲出容
器口后( C )
• “火〞不但可以用来取暖，还可以用来加 热食物，“火〞把人类带入了文明的殿堂 。我们的祖先很早就创造了“钻木取火〞 的用具，使人们不再仅仅依靠自然的“恩 赐〞而得到“火〞。
• 你知道“钻木取火〞的道理吗？
提示：做功可以改变物体的内能，“钻木取火”就是通过外力做功，机械能 转化为内能。木材内能增加，温度达到着火点而燃烧。
第一节 功和内能
※ ※※
了解焦耳的热功当量实验，明确实验原理 理解内能的概念，并了解功是能量改变的量度
1
课前预习
高中物理(人教版)选修3-3教学课件：第十章 第1节 功和内能 第2节 热和内能
思考探究 1.观察压缩空气引火器的构造,然后取一小块干燥硝化棉,用镊 子拉得疏松一些,放入玻璃筒底。将活塞涂上少许蓖麻油(起润滑和 密封作用),放入玻璃筒的上口。迅速压下活塞,可看到什么现象?实 验现象说明了什么? 答案:可以看到硝化棉燃烧。实验现象说明压缩空气做功,使空 气内能增大,温度升高引起硝化棉燃烧。 2.焦耳的热功当量实验和电流热效应给水加热的实验中做功的 方式相同吗?你能得出什么结论? 答案:不同。在各种不同的绝热过程中,系统内能的改变与做功 方式无关,仅与做功多少有关。
三、热传递 1.热传递的方向:热量从高温物体传递到低温物体 ,或从物体的 高温部分传递到低温部分,叫作热传递。 2.热传递的三种方式:热传导、热对流和热辐射。 四、热和内能 1.热传递的实质:传递的是能量,结果是改变了系统的内能。传 递能量的多少用热量来量度。 2.传递的热量与内能变化的关系: (1)在单纯热传递中,系统从外界吸收多少热量,系统的内能就增 加多少。 (2)在单纯热传递中,系统向外界放出多少热量,系统的内能就减 少多少。 3.改变系统内能的两种方式:做功和热传递。做功和热传递都 能改变系统的内能,这两种方式是等效的,都能引起系统内能的改变, 但是它们还是有明显区别的,做功是系统内能与其他形式的能之间 发生的转化,而热传递只是不同物体(或物体不同部分)之间内能的 转移。
二、功和内能 1.功与系统内能改变的关系:做功可以改变系统的内能。 (1)外界对系统做功,系统的内能增加。在绝热过程中,内能的增 量就等于外界对系统做的功,即 ΔU=U2-U1=W。 (2)系统对外界做功,系统的内能减少。在绝热过程中,系统对外 界做多少功,内能就减少多少,即 W=-ΔU。 2.在绝热过程中,功是系统内能转化的量度。
二、 热量、内能之间的关系
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3.发生热传递的条件
结论：当物体之间或物体的不同部分之间存在温度差 时才能发生热传递.
1．关于热传递，下列说法正确的是( B)
A．热传递的实质是热温量度的传递
B．物体间存在温度差，才能发生热传递 C．热传递可以在任何情况下进行
物体间存在温度
差才能发生热传 递.在达到温度相 同后停止热传递
D．物体内能发生改变，一定是吸收或放出了热量
其他形 式的能
外界对系统做正功 加入水，水的上方有水蒸气.用带孔橡皮塞把 瓶口塞住，向瓶内打气，当瓶塞跳出时，观察瓶内的变化. 1.系统指的是什么？ 2.出现了什么现象？ 3.为什么会呈现雾状？
1.系统指的是什么？ 实验研究的对象是瓶中的气体 与打气筒中的气体，那么我们 的系统也就是这二部分气体. 2.出现了什么现象？
2．做功和热传递在本质上是不同的： 做功使物体的内能改变，是其他形式的能量和内能之间的 转化（不同形式能量间的转化）
热传递使物体的内能改变，是物体间内能的转移（同种形 式能量的转移）
四、内能与热量的区别
内能是一个状态量,一个物体在不同的状态下有不同的内能
热量是一个过程量，它表示由于热传递而引起的变化过程 中转移的能量，即内能的改变量. 如果没有热传递，就没有热量可言，但此时仍有内能.
可能是与外界发生了热传递，也可能 是由于外界对其做功或其对外界做功
二、热和内能
外界没有对系统（水）做 功，只对系统传热，同样 能改变系统的状态.
结论：热量是在单纯的传热过程中系统内能变化的量度.当系统从状态1 经过单纯的传热达到状态2，内能的增量△U=U2-U1就等于外界向系统 传递的热量Q，即△U=Q.
说明
像做功一样，热量的概念也只有在涉及能量的传递时才有意 义.所以不能说物体具有多少热量，只能说物体吸收或放出 了多少热量.
1、物体从外界吸热，物体内能增加 2、物体对外界放热，物体内能减少
三、做功和热传递的区别
1、做功使物体内能发生改变的时候，内能的改变就用功数 值来量度．外界对物体做多少功，物体的内能就增加多少; 物体对外界做多少功，物体的内能就减少多少． 热传递使物体的内能发生改变的时候，内能的改变用热量 来量度的．物体吸收多少热量，物体的内能就增加多少； 物体放出多少热量，物体的内能就减少多少．
C ) W>0
绝热
△U=W 内能增加
理想 气体
温度升高
分子平均动能增加
pV C T
压强增大
第十章 热力学定律
2 热和内能
一、热传递
1.定义：两个温度不同的物体互相接触时温度高的物体要降温， 温度低的物体要升温，并将持续到系统间达到热平衡即温度相 等为止，这个过程称之为热传递. 2.热传递的三种方式：热传导、热对流、热辐射
内能微观定义：物体中所有分子 的热运动动能和分子势能的总和， 叫做物体的内能U。
系统绝热过程规律： △U=W △U=U2-U1
当外界对系统做正功，系统内能U增加。 当外界对系统做负功，系统内能U减小。
二、内能
功和内能的区别 （1）功是过程量，内能是状态量 （2）在绝热过程中，做功一定引起内能的变化 （3）物体的内能大，并不意味着做功多。在绝热过程中，只有内能变 化多，对应着做功较多。
此过程中(不计气体的分子势能)( C )
A．气体对外界做功，温度降低，内能减少 B．气体对外界做功，温度不变，内能减少 C．气体不做功，温度不变，内能不变 D．气体不做功，温度不变，内能减少
气体自由膨胀不做功 △U=W
内能不变 不计气体的 分子势能
温度不变
2.如图所示，一定质量的理想气体密封在绝热(即与外
结论：只要重力所做的功相同，容器内水温上升的数值都是 相同的，即系统状态的变化是相同的.
实验二：对系统做电功
电流通过电热丝使绝热 容器内的液体温度升高.
结论：对同一系统，在绝热过程中只要所做的电功相同，系统温度上 升的数值就相同，即系统的状态变化相同.
焦耳实验得到的结论
实验结论：只要外界对系统做功的数值相同，系统上 升的温度一定相同。
第十章 热力学定律
1 功和内能
引入：冬天搓手可使双手变暖；向手吹气 也可使双手变暖，是什么原因使温度发生 了变化呢？
演示:在有机玻璃筒底放置少量的易燃物,例如蓬松的棉花,迅
速压下筒中的活塞,观察筒底物品的变化.这个实验说明了什么？
做功使得物体温度升高
一、焦耳的实验
1818年12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
会上宣布了电流通过导体产生热量的定
律，即焦耳定律.焦耳测量了热与机械功
焦耳
之间的当量关系——热功当量，为热力
学第一定律和能量守恒定律的建立奠定
了实验基础.
焦耳在做热功当量实验
实验一：对系统做机械功
重物下落带动轮叶旋转，通 过搅拌对绝热容器内的液体 做功，使液体升温，即状态 发生变化.
1. 在下述现象中没有通过做功而使物体内能改变的是( BD )
A．电流通过电炉而使温度升高
电流做功改变内能
B．在阳光照射下，水的温度升高
热传递
C．铁锤打铁块，使铁块温度升高
铁锤对铁块做功
D．夏天在室内放几块冰，室内会变凉快 热传递
2.对于热量、功、内能三个量，下列说法中正确的是( CD )
A．热量、功、内能三个量的物理意义是等同的 不同
规 律：通过绝热过程使系统状态发生变化，其做功 的多少只由初、末状态决定，而与做功过程和方式均无 关。
类比法建立内能概念
经典力学 系统
重力做功仅 由物体的初 末位置决定
重力势能
热力学系 绝热过程做功
统
多少只决定于
系统初末状态
内能
二、内能
功是能量改变的量度。
内能宏观定义：我们把这个依 赖于热力学状态的能量称为系 统的内能U。
呈现雾状 3.为什么会呈现雾状？ 空气对活塞做功，内能减少，温 度降低，使水蒸气液化成小水珠.
实验录像：气体膨胀
由此可知：
1．外界对物体做功，物体的内能增加
2．物体对外界做功，物体的内能减少．
3.如图所示，绝热容器中间用隔板隔开，左
侧装有气体，右侧为真空．现将隔板抽掉,
使左侧气体自由膨胀直至达到平衡，则在
B．热量和功二者可作为物体内能大小的量度
C．热量、功和内能的国际单位都相同
热量、功和内能的 单位相同都是焦耳
D．热量和功是由过程决定的，而内能是由物体的状态决定的
热量和功是过程量，内能是状态量，热量和功二者可 作为物体内能改变的量度而不是内能大小的量度
界不发生热交换)容器中，容器内装有一可以活动的绝
热活塞．今对活塞施以一竖直向下的压力F，使活塞缓
慢向下移动一段距离后，气体的体积减小．若忽略活塞
与容器壁间的摩擦力，则被密封的气体( A．温度升高，压强增大，内能减少 B．温度降低，压强增大，内能减少 C．温度升高，压强增大，内能增加 D．温度降低，压强减，内能增加