人教版高中物理 12《物体的内能》课件 新人教选修12.ppt

1.2物体的内能2021/8/9 星期一1教学目的教学目的知识与能力知识与能力（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。（）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。2021/8/9 星期一2学方法的教育：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、教三、教 具具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。2021/8/9 星期一3一一.物体的内能物体的内能例例1、2303年江苏高考年江苏高考3二二.改变物体内能的两种方式改变物体内能的两种方式例例4三三.热力学第一定律热力学第一定律 例例5、6四四.热力学第二定律：热力学第二定律：五五.能量守恒定律能量守恒定律热功当量的测定热功当量的测定例例7、8、9、04年高考题选年高考题选江苏江苏2、江苏江苏5、湖南湖南16、广东广东4、天津天津15、北京理综北京理综15、广西广西2、广西广西4、04年全国理综年全国理综16、全国理综全国理综17、2005年广东卷年广东卷4、2005年江苏高考年江苏高考7、2005年江苏高考年江苏高考9、2005年理综全国卷年理综全国卷/162005年广东卷年广东卷13(2)物体的内能物体的内能2021/8/9 星期一4一一.物体的内能物体的内能1.分子的动能分子的动能物体内所有分子的动能的平均值叫做分子物体内所有分子的动能的平均值叫做分子的平均动能的平均动能温度升高，分子热运动的平均动能越大温度升高，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温度是物体分子热运动的平均动能的标志2.分子势能分子势能-由分子间的相互作用和相对位置决由分子间的相互作用和相对位置决定的能量叫分子势能定的能量叫分子势能.分子力做正功，分子势能减少，分子力做正功，分子势能减少，分子力做负功，分子势能增加。分子力做负功，分子势能增加。在平衡位置时在平衡位置时(r=r0),分子势能最小分子势能最小.分子势能的大小跟物体的体积有关系分子势能的大小跟物体的体积有关系2021/8/9 星期一53.物体的内能物体的内能体积变化时，分子势能发生变化，体积变化时，分子势能发生变化，因而物体的内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，温度升高时，分子的平均动能增加，因而物体内能增加；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，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，分子势能跟体积有关系，物体中物体中所有所有分子做热运动的动能和分子势能分子做热运动的动能和分子势能的的总和总和，叫做物体的内能，叫做物体的内能此外此外,还跟物体的质量和物态有关。还跟物体的质量和物态有关。返返回回2021/8/9 星期一6注意：注意：做功和热传递对改变物体的内能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：能够改变物体内能的物理过程有两种：做功和热传递做功和热传递2.热传递也做功可以改变物体的内能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做功可以改变物体的内能返回返回二二.改变物体内能的两种方式改变物体内能的两种方式2021/8/9 星期一7三三.热力学第一定律热力学第一定律 在一般情况下，如果物体跟外界同时发生在一般情况下，如果物体跟外界同时发生做功和热传递的过程，那么，外界对物体所做做功和热传递的过程，那么，外界对物体所做的功的功W加上物体从外界吸收的热量加上物体从外界吸收的热量Q，等于物等于物体内能的增加体内能的增加U，即，即U=W+Q上式所表示的功、热量跟内能改变之间的定量上式所表示的功、热量跟内能改变之间的定量关系，在物理学中叫做关系，在物理学中叫做热力学第一定律热力学第一定律符号规则：符号规则：内能增加，内能增加，U0；内能减少，内能减少，U0外界对物体做功外界对物体做功W0；物体对外界做功物体对外界做功W0物体从外界吸热物体从外界吸热 Q0；物体向外界放热物体向外界放热Q0返回返回2021/8/9 星期一8热量总是从高温物体传到低温物体，但是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，不可能自动从低温物体传递到高温物体，而不而不引起其它变化引起其它变化。（这是按照热传导的方向性来表述的。）（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化为内能，内能却不可能全部转化为机械能,而而不引起其它变化。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。）（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。第二类永动机是不可能制成的。四四.热力学第二定律：热力学第二定律：2021/8/9 星期一9五五.能量守恒定律能量守恒定律功是能量转化的量度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，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物体转移到别的物体这就是能量守恒定律返回返回2021/8/9 星期一101.下列说法正确的是下列说法正确的是:()A.温度是分子内能大小的标志温度是分子内能大小的标志B.物体吸热温度一定升高物体吸热温度一定升高C.物体不吸热温度也可升高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温度高的物体具有较多的热量C2.比比较较100C 时时,18g的的水水、18g的的水水蒸蒸气气和和32g氧氧气可知气可知（）(A)分子数相同分子数相同,分子的平均动能也相同分子的平均动能也相同(B)分子数相同分子数相同,内能也相同内能也相同(C)分子数相同分子数相同,分子的平均动能不相同分子的平均动能不相同(D)分子数不同分子数不同,内能也不相同内能也不相同A返返回回2021/8/9 星期一11c.分子间的势能变化的情况是分子间的势能变化的情况是先先，后，后.3.两两个个分分子子之之间间的的距距离离由由rr0开开始始向向外外移移动动，直至相距无限远的过程中：直至相距无限远的过程中：减小减小增加增加减小减小正正负负减少减少增加增加b.分子力做功的情况是分子力做功的情况是先做先做功，后做功，后做功；功；a.分子力的大小变化的情况是分子力的大小变化的情况是先先，后，后，再再；返回返回2021/8/9 星期一12如图，甲分子固定在坐标原点如图，甲分子固定在坐标原点O，乙分，乙分子位于子位于x 轴上，甲分子对乙分子的作用力与两分子间距离轴上，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，的关系如图中曲线所示，F0为斥力，为斥力，F0为引力，为引力，a、b、c、d 为为x 轴上四个特定的位置，现把乙分子从轴上四个特定的位置，现把乙分子从a 处由静止处由静止释放，则释放，则（）A乙分子从乙分子从a 到到b 做加速运动，由做加速运动，由b 到到c 做减速运动做减速运动B乙分子由乙分子由a 到到c 做加速运动，到达做加速运动，到达c 时速度最大时速度最大C乙分子由乙分子由a 到到b 的过程中，的过程中，两分子间的分子势能一直减少两分子间的分子势能一直减少 D乙分子由乙分子由b 到到d 的过程中，的过程中，两分子间的分子势能一直增加两分子间的分子势能一直增加BC03年江苏高考年江苏高考3xF0dabc2021/8/9 星期一134.关于物体内能及其变化，下列说法中正确关于物体内能及其变化，下列说法中正确的是的是 A物体的温度改变时，其内能必定改变物体的温度改变时，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，则物体的若物体与外界不发生热交换，则物体的内能必定不改变内能必定不改变B返回返回2021/8/9 星期一146、关关于于内内能能的的概概念念下下列列说说法法中中正正确确的的是是().(A)温度高的物体温度高的物体,内能一定大内能一定大(B)物体吸收热量物体吸收热量,内能一定增大内能一定增大(C)100C的水变成的水变成100C水蒸气水蒸气,内能一定增大内能一定增大(D)物体克服摩擦力做功物体克服摩擦力做功,内能一定增大内能一定增大C返回返回5.外外界界对对一一定定质质量量的的气气体体做做了了200J的的功功，同同时时气体又向外界放出了气体又向外界放出了80J的热量，则气体的内能的热量，则气体的内能（填填“增增 加加”或或“减减 少少”）了了 J增加增加1202021/8/9 星期一157.瀑瀑布布从从10m高高处处落落下下,如如果果下下落落中中减减少少的的机机械械能能有有50%转转化化为为水水的的内内能能,水水升升高高温温度度是是多多少少?(水水的的比比热热容容是是4.2103J/kgK)t=50/4200=0.012解解：下落中减少的机械能：下落中减少的机械能E=mgh=m1010=100m（J）水升高温度增加的内能水升高温度增加的内能由能量守恒定律由能量守恒定律50%E=Q50m=4.2103mt返返回回Q=cmt=4.2103mt2021/8/9 星期一168.一一粒粒质质量量为为100g的的铅铅弹弹的的，以以200m/s的的水水平平速速度度射射入入静静止止在在光光滑滑水水平平面面、质质量量为为1.9kg的的物物体体而而未未穿穿出出，求求：,(1)铅铅弹损失的动能弹损失的动能(2)若若整整个个系系统统损损失失的的动动能能全全部部转转变变为为热热，且且有有50%被被铅铅弹弹吸吸收收,那么铅弹温度升高多少度那么铅弹温度升高多少度?(铅弹比热容为铅弹比热容为126J/kg)t=0.51900/(1260.1)=75.4解解；(1)由动量守恒定律由动量守恒定律mv=(M+m)VV=0.1200/2=10m/sEK子子=1/2mv2-1/2mV2=1995J(2)系统损失的总能量系统损失的总能量EK=1/2mv2-1/2(M+m)V2=1900J由能量守恒定律由能量守恒定律50%EK=cmt返返回回2021/8/9 星期一179.横截面积为横截面积为2dm2的圆筒内装有的圆筒内装有0.6kg的水，太阳光垂直的水，太阳光垂直照射了照射了2分钟，水温升高了分钟，水温升高了1，设大气顶层的太阳能只有，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，日地平均距离为位有效数字，日地平均距离为1.51011m.)P=4r2P1=42.2510222.33103=61026W解解：水温升高吸热：水温升高吸热Q=cmt=42000.61=2.52103J地面单位面积单位时间接收的能量地面单位面积单位时间接收的能量E1=Q/St=2.52103/(0.02120)=1.05103J/m2s太阳照射到地面单位面积的功率太阳照射到地面单位面积的功率P1=E1/0.45=2.33103W/m2太阳发出的总功率太阳发出的总功率返返回回2021/8/9 星期一18江苏高考江苏高考下列说法正确的是下列说法正确的是（）A.物体放出热量，温度一定减低物体放出热量，温度一定减低B.物体内能增加，温度一定升高物体内能增加，温度一定升高C.热量能自发地热量能自发地从低温物体传给高温物体从低温物体传给高温物体D.热量能自发地热量能自发地从高温物体传给低温物体从高温物体传给低温物体D返回返回2021/8/9 星期一19江苏高考江苏高考甲、乙两个相同的密闭容器中分别装有等质量的甲、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同种气体，已知甲、乙容器中气体的压强分别为p甲甲、p乙乙，且，且p甲甲Q2点拨：点拨：整个过程的内能不变，整个过程的内能不变，E=0由热力学第一定律由热力学第一定律E=W总总+Q总总=0Q总总=-W总总Q1Q2=W2W1A返回返回2021/8/9 星期一27如如图图所所示示,密密闭闭绝绝热热的的具具有有一一定定质质量量的的活活塞塞,活活塞塞的的上上部部封封闭闭着着气气体体,下下部部为为真真空空,活活塞塞与与器器壁壁的的摩摩擦擦忽忽略略不不计计,置置于于真真空空中中的的轻轻弹弹簧簧的的一一端端固固定定于于理理想想气气体体容容器器的的底底部部.另另一一端端固固定定在在活活塞塞上上,弹弹簧簧被被压压缩缩后后用用绳绳扎扎紧紧,此此时时弹弹簧簧的的弹弹性性势势能能为为EP(弹弹簧簧处处于于自自然然长长度度时时的的弹弹性性势势能能为为零零),现现绳绳突突然然断断开开,弹弹簧簧推推动动活活塞塞向向上上运运动动,经经过过多多次次往往复复运运动动后后活塞静止活塞静止,气体达到平衡态气体达到平衡态,经过此过程经过此过程（）AEP全部转换为气体的内能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一部分转换成活塞的重力势能,其余部分仍其余部分仍为弹簧的弹性势能为弹簧的弹性势能CEP全部转换成活塞的重力势能和气体的内能全部转换成活塞的重力势能和气体的内能DEP一部分转换成活塞的重力势能一部分转换成活塞的重力势能,一部分转换一部分转换为气体的内能为气体的内能,其余部分仍为弹簧的弹性势能其余部分仍为弹簧的弹性势能全国理综全国理综17理想理想气体气体D返返回回2021/8/9 星期一28广东卷广东卷4封闭在气缸内一定质量的气体封闭在气缸内一定质量的气体,如果保持气体体如果保持气体体积不变积不变,当温度升高时当温度升高时,以下说法正确的是以下说法正确的是:()A.气体的密度增大气体的密度增大B.气体的压强增大气体的压强增大C.气体分子的平均动能减小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每秒撞击单位面积器壁的分子数增多BD返回返回2021/8/9 星期一297.下列关于分子和分子势能的说法中，正确的是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。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分子间距离的减小而减小江苏高考江苏高考7C提示提示:在平衡位置时在平衡位置时,分子势能最小分子势能最小.返回返回2021/8/9 星期一309.分别以分别以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，其初始状态表示为体，其初始状态表示为(p0、V0、T0),若分别经历如下两种变化过若分别经历如下两种变化过程：程：从从(p0、V0、T0)变为变为(p1、V1、T1)的过程中的过程中,温度保持不变温度保持不变(T1=T0)从从(p0、V0、T0)变为变为(p2、V2、T2)的过程中的过程中,既不吸热既不吸热,也不放热也不放热在上述两种变化过程中在上述两种变化过程中,如果如果V1=V2V0,则则（）A.p1p2,T1T2B.p1p2,T1T2C.p1p2,T1T2D.p1T2江苏高考江苏高考9A解解:在在中中,由热一律由热一律,E=W+QQ=0W0E0T2T2由气态方程由气态方程p1V1/T1=p2V2/T2V1=V2T1T2p1p2返返回回2021/8/9 星期一31理综全国卷理综全国卷/1616.对于一定量的气体对于一定量的气体,可能发生的过程是可能发生的过程是()A.等压压缩等压压缩,温度降低温度降低B.等温吸热等温吸热,体积不变体积不变C.放出热量放出热量,内能增加内能增加D.绝热压缩绝热压缩,内能不变内能不变解解:由由PV/T=CP不变不变,V减小减小,T也减小也减小,A正确正确.由由E=Q+W,T不变不变,E=0,Q0,则则W0,V增大增大.B错错.由由E=Q+W,QQ0,则则E0,C正确正确.由由E=Q+W,Q=0,V减小减小,W0,则则E0,D错错.AC返回返回2021/8/9 星期一3213（2）热力学第二定律常见的表述有两种：）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。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。引起其它变化。如图（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）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第二种表述完成示意图（b）。根据你的理解，）。根据你的理解，热力学第二定律的实质是热力学第二定律的实质是。广东卷广东卷13(2)高温物高温物体体致冷机致冷机低温物低温物体体Q1Q2W（a）高温物高温物体体热机热机低温物低温物体体（b）Q1Q2W一切与热现象有关的宏观过程一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性。都具有方向性。返返回回2021/8/9 星期一33这个实验的装置如图所示：隔热的量热器里装着水，重物这个实验的装置如图所示：隔热的量热器里装着水，重物P和重物和重物P下落时，插在量热器中的轴开始转动，轴上的下落时，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，用值这个比值叫热功当量，用J表示表示J4.2/cal也也就是就是1cal4.2J，1J0.24cal现在，国际上规定，热量的单位和功、能的单位，统一用现在，国际上规定，热量的单位和功、能的单位，统一用焦耳焦耳热功当量的测定热功当量的测定-焦耳焦耳2021/8/9 星期一342021/8/9 星期一35