高二物理选修3-3_10.1_功和内能_LI

1、第十章热力学定律高中物理选修33知识回顾知识回顾: :1.1.什么叫内能？什么叫内能？ 与哪些因素有关？与哪些因素有关？2.2.质量、温度相同的物体，内能必定相等质量、温度相同的物体，内能必定相等对吗？对吗？ 物体内所有分子做热运动的动能和物体内所有分子做热运动的动能和分子势能的总和叫物体的内能。温度、分子势能的总和叫物体的内能。温度、体积、摩尔数体积、摩尔数错。比如错。比如0 00 0C C的冰和水。的冰和水。物体的内能与温度和体积的关系物体的内能与温度和体积的关系 温度变化时分子动能变化，体积变化时温度变化时分子动能变化，体积变化时分子势能变化，因此物体的内能决定于它的分子势能变化，因此物

2、体的内能决定于它的温度和体积，温度和体积，虽然温度、体积能影响内能，虽然温度、体积能影响内能，但是这句话却不能作为判断两物体内能大小但是这句话却不能作为判断两物体内能大小的依据。如，的依据。如，0 0OOC C的冰熔化成的冰熔化成OOC C水体积减小，水体积减小，不能就此认为其势能也减小，而应该从改变不能就此认为其势能也减小，而应该从改变内能的方式上分析内能的方式上分析, ,冰熔化过程吸收热量，内冰熔化过程吸收热量，内能增加，而温度不变，所增加的只是分子的能增加，而温度不变，所增加的只是分子的势能势能 一、焦耳的实验一、焦耳的实验焦耳焦耳 1818年年12月月24日生于英日生于英国曼彻斯特国曼

3、彻斯特 ，起初研究电，起初研究电学和磁学。学和磁学。 1840年在英国年在英国皇家学会上宣布了电流通过皇家学会上宣布了电流通过导体产生热量的定律，即焦导体产生热量的定律，即焦耳定律。焦耳测量了热与机耳定律。焦耳测量了热与机械功之间的当量关系械功之间的当量关系热热功当量，为热力学第一定律功当量，为热力学第一定律和能量守恒定律的建立奠定和能量守恒定律的建立奠定了实验基础。了实验基础。1 1绝热过程绝热过程 系统只通过对外界做功或外界对它做功而与系统只通过对外界做功或外界对它做功而与外界交换能量，它不从外界吸热，也不向外外界交换能量，它不从外界吸热，也不向外界放热，这样的过程叫做绝热过程。界放热，这

4、样的过程叫做绝热过程。2 2焦耳的实验及结论焦耳的实验及结论(1)(1)热功当量实验热功当量实验热量以卡为单位时与功的单位焦耳之间的数热量以卡为单位时与功的单位焦耳之间的数量关系量关系, ,相当于单位热量的功的数量相当于单位热量的功的数量, ,叫做热功叫做热功当量，当量，即即1卡卡=4.1840焦耳焦耳 焦耳热功当量实验装置焦耳热功当量实验装置机械功机械功 在测定热功当量的实验中，在测定热功当量的实验中，重物下落带重物下落带动叶片搅拌容器中的水，引起水温上升动叶片搅拌容器中的水，引起水温上升。焦。焦耳的多次实验测量表明，耳的多次实验测量表明，只要重力所做的功只要重力所做的功相同，容器内水温上升

5、的数值就相同相同，容器内水温上升的数值就相同，即系，即系统的状态变化是相同的。统的状态变化是相同的。焦耳热功当量实验装置焦耳热功当量实验装置电功电功(2)(2)通过电流的热效应给水加热通过电流的热效应给水加热 在通过电流的热效应给水加热的实验中在通过电流的热效应给水加热的实验中，多次实验结果表明，对同一个系统，如果过多次实验结果表明，对同一个系统，如果过程是绝热的，程是绝热的，只要所做的电功相等，则系统只要所做的电功相等，则系统温度上升的数值是相同的温度上升的数值是相同的，即系统的状态变，即系统的状态变化相同。化相同。（3）实验结论：实验结论：要使系统状态通过绝热过程发生变化，做要使系统状态通

6、过绝热过程发生变化，做功的数量只由过程始末两个状态决定，而功的数量只由过程始末两个状态决定，而与做功的方式无关与做功的方式无关二、功与系统内能改变的关系二、功与系统内能改变的关系1.1.做功可以改变系统的内能做功可以改变系统的内能外界对系统做功，系统的内能增加外界对系统做功，系统的内能增加系统对外界做功，系统的内能减少。系统对外界做功，系统的内能减少。2.2.功是系统内能转化的量度功是系统内能转化的量度3.3.实质实质: :其他形式的能与内能的相互转化其他形式的能与内能的相互转化4.4.国际单位制中，国际单位制中，内能和功的单位都是内能和功的单位都是焦耳焦耳( J )( J )UU2U1 =W

7、（用（用U U表示表示内能内能；WW表示表示功功）做功与内能的变化做功与内能的变化 做功改变物体内能的过程是将其他形式的做功改变物体内能的过程是将其他形式的能能( (如机械能如机械能) )与内能相互转化的过程，做与内能相互转化的过程，做功使物体内能发生变化时，内能改变了多功使物体内能发生变化时，内能改变了多少用做功的数值来量度。少用做功的数值来量度。外界对物体做多外界对物体做多少功，物体的内能就增加多少；物体对外少功，物体的内能就增加多少；物体对外界做多少功，物体的内能就减少多少界做多少功，物体的内能就减少多少。需要注意的几个问题需要注意的几个问题 压缩气体，压缩气体，外界对气体做了功，气体的

8、外界对气体做了功，气体的内能增加，内能增加，气体内能的增加量等于外界对气体内能的增加量等于外界对气体做的功的多少；气体做的功的多少；气体膨胀，气体膨胀，是气体对是气体对外界做功，气体内能减小，外界做功，气体内能减小，气体内能的减气体内能的减少量等于气体膨胀对外做的功的多少少量等于气体膨胀对外做的功的多少。 实质上对气体我们还能从另一个方面实质上对气体我们还能从另一个方面来判断，那就是看气体的体积来判断，那就是看气体的体积，被研究的，被研究的气体体积增大就一定对外做功。气体的体气体体积增大就一定对外做功。气体的体积减小，外界就一定对气体做功。积减小，外界就一定对气体做功。 在绝热过程中，末态内能

9、大于初态内能在绝热过程中，末态内能大于初态内能时，时， U U为正，为正，WW为正，外界对系统做功。为正，外界对系统做功。末态内能小于初态内能时，末态内能小于初态内能时， U U为负，为负，WW为负，系统对外界做功为负，系统对外界做功。内能和其他形式。内能和其他形式的能一样，是状态量，物体的状态一定时，的能一样，是状态量，物体的状态一定时，它的内能也一定。和讨论重力势能一样，它的内能也一定。和讨论重力势能一样，我们能确定的只是内能的变化。因为任何我们能确定的只是内能的变化。因为任何状态的内能，只有在标准参考态的值确定状态的内能，只有在标准参考态的值确定后，才可能做出相应的确定值。由此可知，后，

10、才可能做出相应的确定值。由此可知，要测得物体某一状态内能的绝对值，是不要测得物体某一状态内能的绝对值，是不可能的。可能的。动画：热传递动画：热传递3、热传递有三种方式：热传导、热对流、热辐射。、热传递有三种方式：热传导、热对流、热辐射。2、发生条件：、发生条件：物体之间或物体的不同部分之间存在温物体之间或物体的不同部分之间存在温度差。度差。1、两个温度不同的物体相互接触时温度高的物、两个温度不同的物体相互接触时温度高的物体要降温，温度低的物体要升温，我们说热量体要降温，温度低的物体要升温，我们说热量从高温物体传到了低温物体。这样的过程叫做从高温物体传到了低温物体。这样的过程叫做热传递。热传递。

11、三、热和内能三、热和内能 1、热量是在单纯的传热过程中系统内能变化的量度。、热量是在单纯的传热过程中系统内能变化的量度。当系统从状态当系统从状态1经过单纯的传热达到状态经过单纯的传热达到状态2，内能的增，内能的增量量U=U2-U1就等于外界向系统传递的热量就等于外界向系统传递的热量Q，即，即U=Q。 2、像做功一样，热量的、像做功一样，热量的概念也只有在涉及能量的概念也只有在涉及能量的传递时才有意义。所以不传递时才有意义。所以不能说物体具有多少热量，能说物体具有多少热量，只能说物体吸收或放出了只能说物体吸收或放出了多少热量。多少热量。 外界没有对系统（水）外界没有对系统（水）做功，只对系统传热

12、，做功，只对系统传热，同样能改变系统的状态。同样能改变系统的状态。拓展思考拓展思考：在单纯传热过程在单纯传热过程中，系统从外界吸热，系统中，系统从外界吸热，系统的内能怎么变？数量上有什的内能怎么变？数量上有什么关系？若系统对外界放热么关系？若系统对外界放热呢？呢？1 1、物体从外界吸热，物体内能增加。、物体从外界吸热，物体内能增加。2 2、物体对外界放热，物体内能减少。、物体对外界放热，物体内能减少。做功和热传递的区别做功和热传递的区别 1、做功使物体内能发生改变的时候，内能的改、做功使物体内能发生改变的时候，内能的改变就用功数值来量度外界对物体做多少功，变就用功数值来量度外界对物体做多少功，

13、物体的内能就增加多少；物体对外界做多少功物体的内能就增加多少；物体对外界做多少功，物体的内能就减少多少，物体的内能就减少多少 热传递使物体的内能发生改变的时候，内能热传递使物体的内能发生改变的时候，内能的改变用热量来量度的物体吸收多少热量，的改变用热量来量度的物体吸收多少热量，物体的内能就增加多少；物体放出多少热量，物体的内能就增加多少；物体放出多少热量，物体的内能就减少多少物体的内能就减少多少 2做功和热传递在改变物体的内能上是等效的做功和热传递在改变物体的内能上是等效的 3做功和热传递在本质上是不同的：做功和热传递在本质上是不同的： 做功使物体的内能改变，是其他形式的能量做功使物体的内能改

14、变，是其他形式的能量和内能之间的转化（不同形式能量间的转化）和内能之间的转化（不同形式能量间的转化） 热传递使物体的内能改变，是物体间内能的热传递使物体的内能改变，是物体间内能的转移（同种形式能量的转移）转移（同种形式能量的转移） 例例1.1.如图所示，活塞将汽缸分成甲、乙两气室，如图所示，活塞将汽缸分成甲、乙两气室，汽缸、活塞汽缸、活塞( (连同拉杆连同拉杆) )是绝热的，且不漏气。是绝热的，且不漏气。以以E E甲甲、E E乙乙分别表示甲、乙两气室中气体的分别表示甲、乙两气室中气体的内能，则在将拉杆缓慢向外拉的过程中内能，则在将拉杆缓慢向外拉的过程中( ( ) )A AE E甲甲不变，不变，

15、E E乙乙减小减小B BE E甲甲不变，不变，E E乙乙增大增大C CE E甲甲增大，增大，E E乙乙不变不变DDE E甲甲增大，增大，E E乙乙减小减小D例例2.2.绝热过程中，外界压缩气体做功绝热过程中，外界压缩气体做功20 J20 J，下列说法中正确的是下列说法中正确的是( ( ) )A A气体内能一定增加气体内能一定增加20 J20 JB B气体内能增加必定小于气体内能增加必定小于20 J20 JC C气体内能增加可能小于气体内能增加可能小于20 J20 JDD气体内能可能不变气体内能可能不变A例例3.3.采用绝热采用绝热( (即不与外界交换热量即不与外界交换热量) )的方式的方式使一

16、定量的气体由初状态使一定量的气体由初状态A A变化至终状态变化至终状态B B。对于不同的绝热方式，下面说法中正。对于不同的绝热方式，下面说法中正确的是确的是( () )A A对气体所做的功不同对气体所做的功不同B B对气体所做的功相同对气体所做的功相同C C对气体不需做功，因为没有能量的传递对气体不需做功，因为没有能量的传递DD可以确定可以确定A A状态的内能状态的内能B例例4.4.如图所示，容器如图所示，容器A A、B B中各有一个可自由移中各有一个可自由移动的活塞，活塞下面是水，上面是大气，大动的活塞，活塞下面是水，上面是大气，大气压恒定，气压恒定，A A、B B的底部由带阀门的底部由带阀

17、门K K的管道相的管道相连，整个装置与外界绝热，原先连，整个装置与外界绝热，原先A A中水面比中水面比B B中高，打开阀门，使中高，打开阀门，使A A中的水逐渐向中的水逐渐向B B中流，中流，最后达到平衡，在这个过程中最后达到平衡，在这个过程中 ( ( ) )A A大气压力对水做功，水的内能增加大气压力对水做功，水的内能增加B B水克服大气压力做功，水的内能减少水克服大气压力做功，水的内能减少C C大气压力对水不做功，大气压力对水不做功，水的内能不变水的内能不变DD大气压力对水不做功，大气压力对水不做功，水的内能增加水的内能增加D1.1.金属制成的气缸中装有柴油与空气的混合物金属制成的气缸中装有柴油与空气的混合物有可能使气缸中柴油