第十章熱力學(xué)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。風(fēng)、水、洋流和波浪等是以機(jī)械能的形式提供的，可以利用各種風(fēng)力機(jī)械和水力機(jī)械轉(zhuǎn)化為動(dòng)力或電力。煤、石油和天然氣等一般是通過(guò)燃燒把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能可以直接利用。一些熱力機(jī)械可以把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)力帶動(dòng)機(jī)械或交通工具工作，也可進(jìn)行熱力發(fā)電。能量可以互相轉(zhuǎn)化，各種能量最終都轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。你是否知道能量間的轉(zhuǎn)化具有一定的規(guī)律呢？請(qǐng)你在本章的學(xué)習(xí)中得出答案吧?！仓R(shí)導(dǎo)航〕本章主要講述了改變物體內(nèi)能的兩種方式：做功和熱傳遞，熱力學(xué)第一定律和能量守恒定律，以及熱力學(xué)第二定律和能量耗散。本章從焦耳的熱功當(dāng)量實(shí)驗(yàn)切入，從功是能量轉(zhuǎn)化的量度來(lái)認(rèn)識(shí)內(nèi)能，接著從內(nèi)能改變的方式——熱傳遞說(shuō)明熱與內(nèi)能的關(guān)系，能的轉(zhuǎn)化和守恒定律是自然界普遍適用的規(guī)律。接著以熱力學(xué)定律來(lái)說(shuō)明能量與熱量的區(qū)別及聯(lián)系，最后以新能源開(kāi)發(fā)與應(yīng)用來(lái)結(jié)束本章。本章教材共六節(jié)，整章內(nèi)容可分四部分：第一部分即第一、二節(jié)，了解做功和熱傳遞與內(nèi)能的關(guān)系；第二部分即第三節(jié)，學(xué)習(xí)熱力學(xué)第一定律及其微觀解釋；第四部分即第四、五、六節(jié)，了解熱力學(xué)第二定律及其微觀解釋、能源和可持續(xù)發(fā)展及開(kāi)發(fā)新能源的意義。本章重點(diǎn)：改變物體內(nèi)能的兩種方式——做功和熱傳遞，熱力學(xué)第一定律。本章難點(diǎn)：能量守恒定律，熱力學(xué)第二定律及微觀解釋?！矊W(xué)法指導(dǎo)〕本章內(nèi)容規(guī)律較多，且較抽象，初學(xué)者理解起來(lái)不太容易，給學(xué)習(xí)帶來(lái)一定難度，如何突破本章知識(shí)要點(diǎn)，把握重點(diǎn)，掌握方法是關(guān)鍵。要注意從實(shí)驗(yàn)和模型來(lái)建立物理圖景，把抽象的事物形象化，更要注意利用科學(xué)的假說(shuō)和模型來(lái)研究問(wèn)題，把不能直接觀測(cè)的對(duì)象轉(zhuǎn)化為能夠直接觀測(cè)的對(duì)象。第一節(jié)功和內(nèi)能【素養(yǎng)目標(biāo)定位】※了解焦耳的熱功當(dāng)量實(shí)驗(yàn)，明確實(shí)驗(yàn)原理※※理解內(nèi)能的概念，并了解功是能量改變的量度【素養(yǎng)思維脈絡(luò)】1課前預(yù)習(xí)反饋2課內(nèi)互動(dòng)探究3核心素養(yǎng)提升4課堂鞏固達(dá)標(biāo)5課時(shí)強(qiáng)化作業(yè)課前預(yù)習(xí)反饋知識(shí)點(diǎn)11．絕熱過(guò)程系統(tǒng)只通過(guò)對(duì)外界做功或____________做功而與外界__________能量，它不從外界________，也不向外界________。2．代表實(shí)驗(yàn)(1)重物下落帶動(dòng)葉片攪拌容器中的水，引起水溫________。(2)通過(guò)電流的__________給水加熱。3．實(shí)驗(yàn)結(jié)論在各種不同的絕熱過(guò)程中，系統(tǒng)狀態(tài)的改變與____________無(wú)關(guān)，僅與做功________有關(guān)。焦耳的實(shí)驗(yàn)外界對(duì)它

不交換

吸熱

散熱

上升

熱效應(yīng)

做功方式

數(shù)量

知識(shí)點(diǎn)21．內(nèi)能任何一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)都存在一個(gè)________________________的物理量，叫系統(tǒng)的內(nèi)能。2．做功與內(nèi)能的關(guān)系做功可以改變系統(tǒng)的內(nèi)能，功是系統(tǒng)內(nèi)能轉(zhuǎn)化的________，在國(guó)際單位制中，內(nèi)能和功的單位都是焦耳(J)。功和內(nèi)能只依賴于系統(tǒng)自身狀態(tài)

量度

3．內(nèi)能變化與做功的關(guān)系(1)在絕熱過(guò)程中，外界對(duì)系統(tǒng)做功，系統(tǒng)的____________。內(nèi)能的增量就等于外界________________，即ΔU＝U2－U1＝_____。(2)在絕熱過(guò)程中，系統(tǒng)對(duì)外界做功，系統(tǒng)的____________。內(nèi)能的減少量就等于系統(tǒng)________________，即ΔU＝U2－U1＝_______。內(nèi)能增加

對(duì)系統(tǒng)做的功

W

內(nèi)能減少

對(duì)外界做的功

－W

『判一判』(1)某一系統(tǒng)經(jīng)歷絕熱過(guò)程時(shí)，只要初末狀態(tài)相同，則做功數(shù)量也一定相同。 (

)(2)在絕熱過(guò)程中，做功方式不同會(huì)直接影響系統(tǒng)狀態(tài)變化的最終結(jié)果。

(

)(3)在絕熱過(guò)程中，系統(tǒng)對(duì)外界做的功等于系統(tǒng)內(nèi)能的增加量。 (

)(4)功和內(nèi)能都是能量轉(zhuǎn)化的量度。 (

)(5)搓搓手會(huì)感到手暖和些，是通過(guò)做功改變了手的內(nèi)能。 (

)(6)外界對(duì)物體做功多，就意味著物體的內(nèi)能大。 (

)√×××√×辨析思考『選一選』(多選)一定質(zhì)量的氣體封閉在絕熱的氣缸內(nèi)，當(dāng)用活塞壓縮氣體時(shí)，一定增大的物理量有(不計(jì)氣體分子勢(shì)能)(

)A．氣體體積 B．氣體分子密度C．氣體內(nèi)能 D．氣體分子的平均動(dòng)能解析：外力做功，氣體體積減小，分子密度增大，內(nèi)能增加，溫度升高，分子的平均動(dòng)能增加。BCD

『想一想』打氣筒是日常生活中的一種工具，當(dāng)我們用打氣筒給自行車打氣的時(shí)候，就是在克服氣體壓力和摩擦力做功。打氣的過(guò)程中你有沒(méi)有試著去摸一下打氣筒的外殼？有什么感覺(jué)？打氣筒的溫度升高了，這是怎么回事呢？答案：做功的過(guò)程是能量轉(zhuǎn)化的過(guò)程，做功使得系統(tǒng)的內(nèi)能增加了，所以溫度升高。課內(nèi)互動(dòng)探究做功和內(nèi)能變化的關(guān)系探究思考討論“火”不但可以用來(lái)取暖，還可以用來(lái)加熱食物，“火”把人類帶入了文明的殿堂。我們的祖先很早就發(fā)明了“鉆木取火”的用具，使人們不再僅僅依靠自然的“恩賜”而得到“火”。你知道“鉆木取火”的道理嗎？提示：做功可以改變物體的內(nèi)能，“鉆木取火”就是通過(guò)外力做功，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。木材內(nèi)能增加，溫度達(dá)到著火點(diǎn)而燃燒。歸納總結(jié)1．內(nèi)能與內(nèi)能變化(1)物體的內(nèi)能是指物體內(nèi)所有分子熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能和分子勢(shì)能之和。(2)當(dāng)物體溫度變化時(shí)，分子平均動(dòng)能變化。物體體積變化時(shí)，分子勢(shì)能發(fā)生變化，即物體的內(nèi)能是由它的狀態(tài)決定的，且物體的內(nèi)能變化只由初、末狀態(tài)決定，與中間過(guò)程及方式無(wú)關(guān)。2．做功與內(nèi)能變化的關(guān)系(1)做功改變物體內(nèi)能的過(guò)程是其他形式的能(如機(jī)械能)與內(nèi)能相互轉(zhuǎn)化的過(guò)程。(2)在絕熱過(guò)程中，外界對(duì)物體做多少功，就有多少其他形式的能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，物體的內(nèi)能就增加多少。3．功和內(nèi)能的區(qū)別(1)功是過(guò)程量，內(nèi)能是狀態(tài)量。(2)在絕熱過(guò)程中，做功一定能引起內(nèi)能的變化。(3)物體的內(nèi)能大，并不意味著做功多。在絕熱過(guò)程中，只有內(nèi)能變化較大時(shí)，對(duì)應(yīng)著做功較多。特別提醒(1)外界對(duì)某一系統(tǒng)做功時(shí)，系統(tǒng)的內(nèi)能不一定增加，還要看該系統(tǒng)有沒(méi)有向外放熱，以及向外放熱的多少。(2)在絕熱過(guò)程中，系統(tǒng)內(nèi)能的增加量等于外界對(duì)系統(tǒng)所做的功。特別提醒(1)外界對(duì)某一系統(tǒng)做功時(shí)，系統(tǒng)的內(nèi)能不一定增加，還要看該系統(tǒng)有沒(méi)有向外放熱，以及向外放熱的多少。(2)在絕熱過(guò)程中，系統(tǒng)內(nèi)能的增加量等于外界對(duì)系統(tǒng)所做的功。典例剖析 (多選)(2020·山東省濟(jì)寧市實(shí)驗(yàn)中學(xué)高二下學(xué)期檢測(cè))用密封性好、充滿氣體的塑料袋包裹易碎品，如圖所示。充氣袋四周被擠壓時(shí)，假設(shè)袋內(nèi)氣體與外界無(wú)熱交換，則袋內(nèi)氣體(

)A．體積減小，內(nèi)能增大B．體積減小，壓強(qiáng)減小C．對(duì)外界做負(fù)功，內(nèi)能增大D．對(duì)外界做正功，壓強(qiáng)減小AC

典例解題指導(dǎo)：(1)氣體體積減小，外界對(duì)氣體做正功。(2)應(yīng)用做功與內(nèi)能變化的關(guān)系判斷內(nèi)能的變化。對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練如圖所示，在紫銅管內(nèi)滴入乙醚，蓋緊管塞。用手拉住繩子兩端迅速往復(fù)拉動(dòng)，管塞會(huì)被沖開(kāi)。管塞被沖開(kāi)前(

)A．外界對(duì)管內(nèi)氣體做功，氣體內(nèi)能增大B．管內(nèi)氣體對(duì)外界做功，氣體內(nèi)能減小C．管內(nèi)氣體內(nèi)能不變，壓強(qiáng)變大D．管內(nèi)氣體內(nèi)能增大，壓強(qiáng)變大解析：克服繩與金屬管間的摩擦做功，使管壁內(nèi)能增大，溫度升高。通過(guò)熱傳遞，乙醚的內(nèi)能增大，溫度升高，直至沸騰，管塞會(huì)被沖開(kāi)。管塞被沖開(kāi)前管內(nèi)氣體內(nèi)能增大，壓強(qiáng)變大。選項(xiàng)D正確。D

核心素養(yǎng)提升焦耳的兩個(gè)代表性實(shí)驗(yàn)兩個(gè)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)二做功方式通過(guò)重物下落帶動(dòng)葉片攪水，靠葉片與水摩擦使水溫升高，通過(guò)機(jī)械功實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)化通過(guò)重物下落使發(fā)電機(jī)發(fā)電，電流通過(guò)電阻絲做功使水溫升高，通過(guò)電功實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)條件容器及其中的水組成的系統(tǒng)與外界絕熱共性外界對(duì)系統(tǒng)做功數(shù)值上相同，系統(tǒng)溫度上升數(shù)值相同，內(nèi)能改變相同 (多選)如圖為焦耳實(shí)驗(yàn)裝置圖，用絕熱性能良好的材料將容器包好，重物下落帶動(dòng)葉片攪拌容器里的水，引起水溫升高，關(guān)于這個(gè)實(shí)驗(yàn)，下列說(shuō)法正確的是(

)A．這個(gè)裝置可測(cè)定熱功當(dāng)量B．做