高中物理新课标版人教版选修1-2课件：1《物体的内能》 34页

1.2《物体的内能》 教学目的 § 知识与能力 § （1）知道分子的动能，分子的平均动能，知道物体的温 度是分子平均动能大小的标志。 § （2）知道分子的势能跟物体的体积有关，知道分子势能 随分子间距离变化而变化的定性规律。 § （3）知道什么是物体的内能，物体的内能与哪个宏观量 有关，能区别物体的内能和机械能。 § （4）知道做功和热传递在改变物体内能上是等效的，知 道两者的区别。　 § （５）在培养学生能力方面，这节课中要让学生建立：分 子动能、分子平均动能、分子势能、物体内能、热量等五 个以上物理概念，又要让学生初步知道三个物理规律：温 度与分子平均动能关系，分子势能与分子间距离关系，做 功与热传递在改变物体内能上的关系。因此，教学中着重 培养学生对物理概念和规律的理解能力。 § 学方法的教育： § 在分子平均动能与温度关系的讲授中，渗透统计的方法。在分子间 势能与分子间距离的关系上和做功与热传递关系上都要渗透归纳推 理方法。 § 重点、难点分析　 § 1．教学重点是使学生掌握三个概念（分子平均动能、分子势能、 物体内能），掌握三个物理规律（温度与分子平均动能关系、分子 势能与分子之间距离关系、热传递与功的关系）。 § 2．区分温度、内能、热量三个物理量是教学上的一个难点；分子 势能随分子间距离变化的势能曲线是教学上的另一难点。　 § 三、教 具　 § 1．压缩气体做功，气体内能增加的演示实验： § 圆形玻璃筒、活塞、硝化棉。 § 2．幻灯及幻灯片，展示分子间势能随分子间距离变化而变化的曲 线。 一. 物体的内能 例1 、2 3 03年江苏高考3 二. 改变物体内能的两种方式 例4 三.热力学第一定律 例5、6 四. 热力学第二定律： 五. 能量守恒定律 热功当量的测定 例7 、 8 、 9 、 04年高考题选 江苏2 、 江苏5、 湖南16 、 广东4、 天津15、北京理综15、 广西2、 广西4、 04年全国理综16、 全国理综17 、 2005年广东卷4 、 2005年江苏高考7 、 2005年江苏高考9 、 2005年理综全国卷Ⅱ/16 2005年广东卷13(2) 物体的内能 一. 物体的内能 1.分子的动能 物体内所有分子的动能的平均值叫做分子 的平均动能． 温度升高，分子热运动的平均动能越大． 温度越低，分子热运动的平均动能越小． 温度是物体分子热运动的平均动能的标志． 2.分子势能---由分子间的相互作用和相对位置决 定的能量叫分子势能. 分子力做正功，分子势能减少， 分子力做负功，分子势能增加。 在平衡位置时(r=r0),分子势能最小. 分子势能的大小跟物体的体积有关系． 3.物体的内能 体积变化时，分子势能发生变化， 因而物体的内能发生变化． 温度升高时，分子的平均动能增加， 因而物体内能增加； 所以物体的内能跟物的温度和体积都有关系： 由于分子热运动的平均动能跟温度有关系， 分子势能跟体积有关系， 物体中所有分子做热运动的动能和分子势能 的总和，叫做物体的内能． 此外,还跟物体的质量和物态有关。 返 回 注意：做功和热传递对改变物体的内能 是等效的．但是在本质上有区别: 做功是其它形式的能与内能相互转化的过程, 热传递是物体间内能转移的过程. 能够改变物体内能的物理过程有两种： 做功和热传递． 2.热传递也做功可以改变物体的内能． 1.做功可以改变物体的内能． 返回 二.改变物体内能的两种方式 三.热力学第一定律 在一般情况下，如果物体跟外界同时发生 做功和热传递的过程，那么，外界对物体所做 的功W加上物体从外界吸收的热量Q，等于物体 内能的增加△U，即 △U = W + Q上式所表示的功、热量跟内能改变之间的定量 关系，在物理学中叫做热力学第一定律． 符号规则： 内能增加， △U＞0；内能减少， △U＜ 0 外界对物体做功W ＞0；物体对外界做功W ＜ 0 物体从外界吸热 Q＞0；物体向外界放热Q ＜ 0返回 热量总是从高温物体传到低温物体，但是 不可能自动从低温物体传递到高温物体，而不 引起其它变化。（这是按照热传导的方向性来 表述的。） 不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来 做功，而不引起其它变化。机械能可以全部转 化为内能，内能却不可能全部转化为机械能,而 不引起其它变化。 （这是按照机械能与内能转化过程的方向性来 表述的。） 第二类永动机是不可能制成的。 四. 热力学第二定律： 五. 能量守恒定律功是能量转化的量度． 热力学第一定律表示，做功和热传递提供给 一个物体多少能量，物体的内能就增加多少， 能量在转化或转移中守恒． 能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它 只能从一种形式转化为别的形式，或者从一个 物体转移到别的物体．这就是能量守恒定律． 返回 1. 下列说法正确的是: ( ) A.温度是分子内能大小的标志 B.物体吸热温度一定升高 C.物体不吸热温度也可升高 D.温度高的物体具有较多的热量 C 2.比较100°C 时, 18g的水、18g的水蒸气和32g氧气 可知 （ ） (A) 分子数相同,分子的平均动能也相同 (B) 分子数相同,内能也相同 (C) 分子数相同,分子的平均动能不相同 (D) 分子数不同,内能也不相同 A 返 回 c.分子间的势能变化的情况是 先 ，后 . 3.两个分子之间的距离由r＜r0开始向外移动， 直至相距无限远的过程中： 减小 增加 减小 正 负 减少 增加 b.分子力做功的情况是 先做 功，后做 功； a.分子力的大小变化的情况是 先 ，后 ， 再 ； 返回 如图，甲分子固定在坐标原点O，乙分 子位于x 轴上，甲分子对乙分子的作用力与两分子间距离 的关系如图中曲线所示，F > 0为斥力，F < 0为引力，a、b、 c、d 为x 轴上四个特定的位置，现把乙分子从a 处由静止 释放，则 （ ） A．乙分子从a 到b 做加速运动，由b 到c 做减速运动 B．乙分子由a 到c 做加速运动，到达c 时速度最大 C．乙分子由a 到b 的过程中， 两分子间的分子势能一直减少 D．乙分子由b 到d 的过程中， 两分子间的分子势能一直增加 B C 03年江苏高考3 x F 0 d abc 4.关于物体内能及其变化，下列说法中正确 的是 [ ] A．物体的温度改变时，其内能必定改变 B．物体对外做功，其内能不一定改变；向 物体传递热量，其内能不一定改变 C．对物体做功，其内能必定改变；物体向 外传出一定热量，其内能必定改变 D．若物体与外界不发生热交换，则物体的 内能必定不改变 B 返回 6、关于内能的概念下列说法中正确的是( ). (A)温度高的物体,内能一定大 (B)物体吸收热量,内能一定增大 (C)100°C的水变成100°C水蒸气,内能一定增大 (D)物体克服摩擦力做功,内能一定增大 C 返回 5. 外界对一定质量的气体做了200J的功，同时 气体又向外界放出了80J的热量，则气体的内能 （填“增加”或“减少”） 了 J 增加 120 7.瀑布从10m高处落下, 如果下落中减少的机械能有50% 转化为水的内能, 水升高温度是多少? (水的比热容是4.2 × 103J/kg ·K) Δt=50/4200=0.012 ℃ 解：下落中减少的机械能 E=mgh=m ×10 ×10=100m （J） 水升高温度增加的内能 由能量守恒定律 50% ×E=Q 50m= 4.2 ×103 ×mΔt 返 回 Q=cmt=4.2 ×103 ×m Δ t 8. 一粒质量为100g的铅弹的，以200m/s的水平速度射入静 止在光滑水平面、质量为1.9kg的物体而未穿出，求：, (1) 铅 弹损失的动能 (2) 若整个系统损失的动能全部转变为热，且有50%被铅弹吸 收, 那么铅弹温度升高多少度? (铅弹比热容为126J/kg · ℃ ) Δt = 0.5 ×1900/(126 ×0.1)=75.4 ℃ 解； (1) 由动量守恒定律 mv=(M+m)V V=0.1×200/2=10m/s ΔEK子=1/2 mv 2- 1/2 mV2=1995J (2)系统损失的总能量 ΔEK = 1/2 mv 2- 1/2 (M+m)V2=1900J 由能量守恒定律 50% × ΔEK = cm Δt 返 回 9. 横截面积为 2dm2的圆筒内装有0.6kg的水，太阳光垂直 照射了2分钟，水温升高了1℃ ，设大气顶层的太阳能只有 45%到达地面，试估算出太阳的辐射功率为多少？（保留一 位有效数字，日地平均距离为1.5×1011m.) P=4πr2P1= 4π×2.25×1022 ×2.33×103 =6×1026 W 解：水温升高吸热 Q=cm Δt=4200×0.6×1=2.52×103 J 地面单位面积单位时间接收的能量 E1=Q/St= 2.52×103 /(0.02×120)=1.05×103 J/m2s 太阳照射到地面单位面积的功率 P1= E1 /0.45=2.33×103 W/m2 太阳发出的总功率 返 回 04年江苏高考2 下列说法正确的是 （ ） A.物体放出热量，温度一定减低 B.物体内能增加，温度一定升高 C.热量能自发地 从低温物体传给高温物体 D.热量能自发地 从高温物体传给低温物体 D 返回 04年江苏高考5 甲、乙两个相同的密闭容器中分别装有等质量的 同种气体，已知甲、乙容器中气体的压强分别为p甲、 p乙 ，且p甲< p乙 , 则 （ ） A.甲容器中气体的温度高于乙容器中气体的温度 B.甲容器中气体的温度低于乙容器中气体的温度 C.甲容器中气体分子的平均动能小于乙容器中气体 分子的平均动能 D.甲容器中气体分子的平均动能大于乙容器中气体 分子的平均动能 B C 返回 16．一定量的气体吸收热量，体积膨胀并对 外做功，则此过程的末态与初态相比， （ ） A．气体内能一定增加 B．气体内能一定减小 C．气体内能一定不变 D．气体内能是增是减不能确定 04年湖南16 D 返回 04年广东高考44．下列说法正确的是（ ） A．机械能全部变成内能是不可能的 B．第二类永动机不可能制造成功的原 因是因为能量既不会凭空产生，也不会凭空 消失，只能从一个物体转移到另一个物体， 或从一种形式转化成另一种形式。 C．根据热力学第二定律可知，热量不 可能从低温物体传到高温物体 D．从单一热源吸收的热量全部变成功 是可能的 D 返回 15． 下列说法正确的是 （ ） A． 热量不能由低温物体传递到高温物体 B． 外界对物体做功，物体的内能必定增加 C． 第二类永动机不可能制成，是因为违反 了能量守恒定律 D． 不可能从单一热源吸收热量并把它全部 用来做功，而不引起其他变化 04年天津15 D 返回 15．下列说法正确的是 （ ） A．外界对气体做功，气体的内能一定增大 B．气体从外界吸收热量，气体的内能一定 增大 C．气体的温度越低，气体分子无规则运动 的平均动能越大 D．气体的温度越高，气体分子无规则运动 的平均动能越大 04年北京理综15 D 返回 2．下列说法哪些是正确的 （ ） A．水的体积很难被压缩，这是分子间存在斥力的宏 观表现 B．气体总是很容易充满容器，这是分子间存在斥力 的宏观表现 C．两个相同的半球壳吻合接触，中间抽成真空（马 德堡半球），用力很难拉开，这是分子间存在 吸引力的宏观表现 D．用力拉铁棒的两端，铁棒没有断，这是分子间存 在吸引力的宏观表现 04年广西2 A D 返回 04年广西4 4．下列说法正确的是 （ ） A．外界对一物体做功，此物体的内能一定增加 B．机械能完全转化成内能是不可能的 C．将热量传给一个物体，此物体的内能一定改变 D．一定量气体对外做功，气体的内能不一定减少 D 返回 04年全国理综16 16．一定质量的理想气体，从某一状态开始，经 过一系列变化后又回一开始的状态，用W1表示外界 对气体做的功，W2表示气体对外界做的功，Q1表 示气体吸收的热量，Q2表示气体放出的热量，则在 整个过程中一定有 （ ） A．Q1—Q2=W2—W1 B．Q1=Q2 C．W1=W2 D．Q1>Q2 点拨：整个过程的内能不变， ΔE = 0 由热力学第一定律 ΔE=W总+Q总=0 Q总= - W 总 ∴ Q1—Q2=W2—W1 A 返回 如图所示,密闭绝热的具有一定质量的活塞,活塞的上部 封闭着气体,下部为真空,活塞与器壁的摩擦忽略不计,置于真空中的轻弹 簧的一端固定于理想气体容器的底部.另一端固定在活塞上,弹簧被压缩 后用绳扎紧,此时弹簧的弹性势能为EP(弹簧处于自然长度时的弹性势能 为零),现绳突然断开,弹簧推动活塞向上运动,经过多次往复运动后活塞静 止,气体达到平衡态,经过此过程 （ ） A． EP全部转换为气体的内能 B. EP一部分转换成活塞的重力势能,其余部分仍 为弹簧的弹性势能 C． EP全部转换成活塞的重力势能和气体的内能 D． EP一部分转换成活塞的重力势能,一部分转换 为气体的内能,其余部分仍为弹簧的弹性势能 04年全国理综17 理想 气体 D 返 回 05年广东卷4 封闭在气缸内一定质量的气体,如果保持气体体 积不变,当温度升高时,以下说法正确的是: ( ) A. 气体的密度增大 B. 气体的压强增大 C. 气体分子的平均动能减小 D. 每秒撞击单位面积器壁的分子数增多 B D 返回 7.下列关于分子和分子势能的说法中，正确的是 （ ） A. 当分子力表现为引力时，分子力和分子势能总是 随分子间距离的增大而增大。 B.当分子力表现为引力时，分子力和分子势能总是随 分子间距离的增大而减小 C.当分子力表现为斥力时，分子力和分子势能总是随 分子间距离的减小而增大 D.当分子力表现为斥力时，分子力和分子势能总是随 分子间距离的减小而减小 2005年江苏高考7 C 提示:在平衡位置时,分子势能最小. 返回 9.分别以p、V、T表示气体的压强、体积、温度，一定质量的理想气 体，其初始状态表示为(p0、V0、T0),若分别经历如下两种变化过 程： ①从(p0、V0、T0)变为(p1、V1、T1)的过程中, 温度保持不变(T1 =T0) ②从(p0、V0、T0)变为(p2、V2、T2)的过程中, 既不吸热,也不放热 在上述两种变化过程中,如果V1 =V2>V0 ,则 （ ） p1 > p2, T1 > T2 B. p1 > p2, T1 < T2 C. p1 < p2, T1 < T2 D. p1 < p2, T1 > T2 2005年江苏高考9 A 解:在②中,由热一律, ΔE=W+Q Q=0 W<0 ∴ΔE<0 T2< T0 = T1 即 T1 >T2 由气态方程 p1V1/T1=p2V2/T2 V1 =V2 T1 >T2 ∴ p1 > p2 返 回 05年理综全国卷Ⅱ/16 16.对于一定量的气体,可能发生的过程是 ( ) A.等压压缩,温度降低 B.等温吸热,体积不变 C.放出热量,内能增加 D.绝热压缩,内能不变 解:由PV/T=C P不变, V减小,T也减小, A正确. 由△E=Q+W, T不变, △E=0,Q>0,则W<0,V增大.B错. 由△E=Q+W, Q<0, 若W> Q >0, 则△E>0, C正确. 由△E=Q+W, Q=0, V减小, W>0, 则△E>0, D错. A C 返回 13（2）热力学第二定律常见的表述有两种： 第一种表述：不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其 它变化。 第二种表述：不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不 引起其它变化。 如图（a）是根据热力学第二定律的第一种表述画出的示意图：外界 对致冷机做功，使热量从低温物体传递到高温物体。请你根据 第二种表述完成示意图 （b）。根据你的理解， 热力学第二定律的实质是 。 05年广东卷13(2) 高温物 体 致冷机 低温物 体 Q1 Q2 W （a） 高温物 体 热机 低温物 体 （b） Q1 Q2 W 一切与热现象有关的宏观过程 都具有方向性。 返 回 这个实验的装置如图所示：隔热的量热器里装着水，重物 P和重物P′下落时，插在量热器中的轴开始转动，轴上的 叶片就带动周围的水跟它们一起转动起来．量热器内壁上 也安装着叶片，它们的作用是阻碍水的运动，增大摩 擦．量热器中的水受到转动叶片的搅拌，温度上升．由重 物的质量和下降的距离可以算出叶片所做的机械功，由水 和量热器的质量、比热容、升高的温度可以算出得到的热 量．多次实验的结果证明，在没有热传递的情况下，消耗 的机械功跟产生的热量总是成正比的，而且两者的比值是 个定值．这个比值叫热功当量，用J表示． J＝4.2Ｊ /cal．也就是1cal＝4.2J，1J＝0.24cal． 现在，国际上规定，热量的单位和功、能的单位，统一 用焦耳． 热功当量的测定-----焦耳