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第十章热力学定律〔情景切入〕地球上的能源很多，提供能量的形式各不相同。风、水、洋流和波浪等是以机械能的形式提供的，可以利用各种风力机械和水力机械转化为动力或电力。煤、石油和天然气等一般是通过燃烧把化学能转化为内能，内能可以直接利用。一些热力机械可以把内能转化为动力带动机械或交通工具工作，也可进行热力发电。能量可以互相转化，各种能量最终都转化为内能。你是否知道能量间的转化具有一定的规律呢？请你在本章的学习中得出答案吧。〔知识导航〕本章主要讲述了改变物体内能的两种方式：做功和热传递，热力学第一定律和能量守恒定律，以及热力学第二定律和能量耗散。本章从焦耳的热功当量实验切入，从功是能量转化的量度来认识内能，接着从内能改变的方式——热传递说明热与内能的关系，能的转化和守恒定律是自然界普遍适用的规律。接着以热力学定律来说明能量与热量的区别及联系，最后以新能源开发与应用来结束本章。本章教材共六节，整章内容可分四部分：第一部分即第一、二节，了解做功和热传递与内能的关系；第二部分即第三节，学习热力学第一定律及其微观解释；第四部分即第四、五、六节，了解热力学第二定律及其微观解释、能源和可持续发展及开发新能源的意义。本章重点：改变物体内能的两种方式——做功和热传递，热力学第一定律。本章难点：能量守恒定律，热力学第二定律及微观解释。〔学法指导〕本章内容规律较多，且较抽象，初学者理解起来不太容易，给学习带来一定难度，如何突破本章知识要点，把握重点，掌握方法是关键。要注意从实验和模型来建立物理图景，把抽象的事物形象化，更要注意利用科学的假说和模型来研究问题，把不能直接观测的对象转化为能够直接观测的对象。第一节功和内能素养目标定位※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素养思维脉络1课前预习反馈2课内互动探究3核心素养提升4课内随堂达标5课后课时作业课前预习反馈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。知识点1焦耳的实验外界对它不交换吸热散热上升热效应做功方式数量知识点2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辨析思考『判一判』(1)某一系统经历绝热过程时，只要初末状态相同，则做功数量也一定相同。()(2)在绝热过程中，做功方式不同会直接影响系统状态变化的最终结果。()(3)在绝热过程中，系统对外界做的功等于系统内能的增加量。()(4)功和内能都是能量转化的量度。()(5)搓搓手会感到手暖和些，是通过做功改变了手的内能。()(6)外界对物体做功多，就意味着物体的内能大。()√×××√×BCD『选一选』(多选)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，一定增大的物理量有(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。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。『想一想』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？课内互动探究“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？探究做功和内能变化的关系提示：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。1．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。2．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。3．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。特别提醒：(1)外界对某一系统做功时，系统的内能不一定增加，还要看该系统有没有向外放热，以及向外放热的多少。(2)在绝热过程中，系统内能的增加量等于外界对系统所做的功。(多选)(2019·山东省济宁市实验中学高二下学期检测)用密封性好、充满气体的塑料袋包裹易碎品，如图所示。充气袋四周被挤压时，假设袋内气体与外界无热交换，则袋内气体()A．体积减小，内能增大B．体积减小，压强减小C．对外界做负功，内能增大D．对外界做正功，压强减小解题指导：(1)气体体积减小，外界对气体做正功。(2)应用做功与内能变化的关系判断内能的变化。典例AC解析：实际气体在温度不太低、压强不太大时可看成理想气体。充气袋被挤压，气体体积减小，外界对气体做正功，则W0，由于袋内气体与外界无热交换，即Q＝0，根据做功与内能改变的关系知，内能增大，温度升高，选项A、C正确；根据理想气体状态方程pVT＝C可判断压强一定增大，选项B、D错误。〔对点训练〕如图所示，在紫铜管内滴入乙醚，盖紧管塞。用手拉住绳子两端迅速往复拉动，管塞会被冲开。管塞被冲开前()A．外界对管内气体做功，气体内能增大B．管内气体对外界做功，气体内能减小C．管内气体内能不变，压强变大D．管内气体内能增大，压强变大解析：克服绳与金属管间的摩擦做功，使管壁内能增大，温度升高。通过热传递，乙醚的内能增大，温度升高，直至沸腾，管塞会被冲开。管塞被冲开前管内气体内能增大，压强变大。选项D正确。D核心素养提升焦耳的两个代表性实验两个实验实验一实验二实验装置做功方式通过重物下落带动叶片搅水，靠叶片与水摩擦使水温升高，通过机械功实现能量转化通过重物下落使发电机发电，电流通过电阻丝做功使水温升高，通过电功实现能量转化实验条件容器及其中的水组成的系统与外界绝热共性外界对系统做功数值上相同，系统温度上升数值相同，内能改变相同(多选)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()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，无区别案例AC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。