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物理路漫漫其修远兮吾将上下而求索人教版·选修3-3热力学定律第十章第一节功和内能第十章学习目标定位1课堂情景切入2知识自主梳理3重点难点突破4考点题型设计5课时作业7易错案例剖析6学习目标定位※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课堂情景切入“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。我们的祖先很早就发明了“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？知识自主梳理焦耳的实验1．绝热过程系统只通过对外界做功或________做功而与外界________能量，它不从外界________，也不向外界________。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________。(2)通过电流的________给水加热。3．实验结论在各种不同的绝热过程中，系统状态的改变与__________无关，仅与做功________有关。外界对它交换吸热散热上升热效应做功方式数量功和内能1．内能任何一个热力学系统都存在一个____________________的物理量，叫系统的内能。2．做功与内能的关系做功可以改变系统的内能，功是系统内能转化的________，在国际单位制中，内能和功的单位都是焦耳(J)。只依赖于系统自身状态量度3．内能变化与做功的关系(1)在绝热过程中，外界对系统做功，系统的__________。内能的增量就等于外界_______________，即ΔU＝U2－U1＝________。(2)在绝热过程中，系统对外界做功，系统的________。内能的减少量就等于系统_____________，即ΔU＝U2－U1＝________。内能增加对系统做的功W内能减少对外界做的功－W重点难点突破一、内能与内能变化1．物体的内能是指物体内所有分子热运动的动能和分子势能之和。2．当物体温度变化时，分子平均动能变化。物体体积变化时，分子势能发生变化，即物体的内能是由它的状态决定的，且物体的内能变化只由初、末状态决定，与中间过程及方式无关。二、做功与内能变化的关系1．做功改变物体内能的过程是其他形式的能(如机械能)与内能相互转化的过程。2．在绝热过程中，外界对物体做多少功，就有多少其他形式的能转化为内能，物体的内能就增加多少。三、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，做功一定能引起内能的变化。3．物体的内能大，并不意味着做功多。在绝热过程中，只有内能变化较大时，对应着做功较多。打气筒是日常生活中的一种工具，当我们用打气筒给自行车打气的时候，就是在克服气体压力和摩擦力做功。打气的过程中你有没有试着去摸一下打气筒的外壳？有什么感觉？打气筒的温度升高了，这是怎么回事呢？答案：做功的过程是能量转化的过程，做功使得系统的内能增加了，所以温度升高。考点题型设计如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()对焦耳实验的理解A．这个装置可测定热功当量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，无区别解析：该实验测定做功和内能变化的关系。可以测定热功当量，A正确；该实验是绝热过程，没有热传递，内能的改变是由于做功，C正确；做功表示能量的转化，而热量表示热传递中内能的转移，二者有区别，B、D错误。答案：AC下列有关焦耳及焦耳实验的说法中正确的有()A．焦耳是法国物理学家，他的主要贡献是焦耳定律及热功当量B．焦耳实验中用到的容器可以用普通玻璃杯代替C．焦耳实验中的研究对象是容器中的水D．焦耳实验中要使容器及其中的水升高相同的温度，实验中悬挂重物的质量、下落的高度可以不相同，但做功必须相同答案：D解析：焦耳是英国物理家，A错误；焦耳实验的要求是研究对象为绝热系统，普通玻璃杯达不到绝热要求，B错误；实验的研究对象是容器及其中的水组成的系统，C错误；要使水及容器升高相同的温度即内能增加相同，则必须做功相同，D正确。在如图所示的柱形容器内封有一定质量的密闭气体，光滑活塞C(质量为m)与容器用良好的隔热材料制成。另有质量为M的物体从活塞上方的A点自由下落到活塞上，并随活塞一起到达最低点B而静止。在这一过程中，密闭气体内能的改变量ΔU、外界对密闭气体所做的功W与物体和活塞的重力势能的变化关系是()A．Mgh＋mgΔh＝ΔU＋WB．ΔU＝W，W＝Mgh＋mgΔhC．ΔU＝W，W＜Mgh＋mgΔhD．ΔU≠W，W＝Mgh＋mgΔh做功与内能的变化解析：因活塞和容器用良好的隔热材料制成，气体不向外散失热量，外界对气体做功的W等于气体增加的内能ΔU，即W＝ΔU，又由于碰撞有机械能损失，故WMgh＋mgΔh，C正确。答案：C(枣庄市2014～2015学年高二下学期三校联考)某汽车后备箱内安装有撑起箱盖的装置，它主要由气缸和活塞组成。开箱时，密闭于气缸内的压缩气体膨胀，将箱盖顶起，如图所示。在此过程中，若缸内气体与外界无热交换，忽略气体分子间相互作用，则缸内气体()A．对外做正功，分子的平均动能减小B．对外做正功，内能增大C．对外做负功，分子的平均动能增大D．对外做负功，内能减小答案：A解析：绝热过程中，气体膨胀，对外做功；内能减小，温度降低，分子的平均动能减小，A选项正确。易错案例剖析易错点：不认真分析题意，相当然解题，导致错误。案例：金属筒内装有与外界温度相同的压缩空气，打开筒的开关，筒内高压空气迅速向外溢出，待筒内外压强相等时，立即关闭开关。在外界保持恒温的条件下，经过一段较长的时间后，再次打开开关，这时出现的现象是()A．筒外空气流向筒内B．筒内空气流向筒外C．筒内外有空气交换，处于动态平衡，筒内空气质量不变D．筒内外无空气交换易错分析：易错选项及错误原因具体分析如下：易错选项错误原因A认为压缩空气快速流出后，内部空气密度很小，再打开开关后，筒外空气向内流CD认为筒内外压强始终相等，筒内外无空气交换正确解答：因高压空气急剧外溢时，气体来不及充分与外界发生热交换，可近似看成绝热膨胀过程，气体对外做功，内能减少，所以关闭开关时，筒内气体温度较外界偏低，再经过较长时间后，筒内外气体温度相同。对筒内剩余气体分析，属等容升温过程，压强要升高，大于外界气压，所以再打开开关时，筒内气体要流向筒外。正确答案：B