功和内能___热和内能
- 格式:ppt
- 大小:1.71 MB
- 文档页数:24
第十章热力学定律
10.1功和内能10.2热和内能导学案
一、学习目标
1.知道什么是绝热过程。
2.理解做功与内能改变的数量关系。
3.知道热传递的三种方式。
4.理解热传递是改变系统内能的一种方式。
知道传递的热量与内能变化的关系。
5.从热力学的角度认识内能的概念。
知道热传递与做功对改变系统的内能是等效的。
二、自学填空
非常学案P48
三、预习问题
1、什么是绝热过程?焦耳实验的前提条件是什么?下面是焦耳的两个实验:
第一个实验结论:
第二个实验结论:
总结论:
2、在热力学系统的绝热过程中,外界对系统所做的功仅由过程的始末两个状态决定,不依赖于做功的具体过程和方式。
1)类比思考:哪些力做功仅由物体的起点和终点两个位置决定,与物体的运动路径无关?
2)内能的微观定义是什么(第七章)?内能的宏观定义是什么(本节)?
3)内能的增加量△U与外界对系统所做的功W二者关系,即:
3、什么叫做热传递?热传递的条件是什么?热传递的三种方式?热传递的实质是什么?
4、传递的热量与内能改变的关系
5、改变系统内能的两种方式是什么?有什么区别?
四、典型例题
《常学案》P49例1、P50例2 、P51例3
小结:
五、提升训练
A组
课本P51页1、2、3课本P53页1、2
B组《非常学案》P50 随堂2、3、5 《非常学案》P6 随堂1、4 六、课后反思。
功和内能热和内能知识元改变内能的两种方式知识讲解一、功和内能1.功与系统内能改变的关系:做功可以改变系统的内能。
(1)外界对系统做功,系统的内能增加,在绝热过程中,内能的增量就等于外界对系统做的功,即:ΔU=U2-U1=W(2)系统对外界做功,系统的内能减少。
在绝热过程中,系统对外界做多少功,内能就减少多少,即W=-ΔE2.在绝热过程中,功是系统内能转化的量度3.功和内能的区别(1)功是能量转化的量度,是过程量,而内能是状态量(2)做功过程中,能量一定会发生转化,而内能不一定变化(3)内能变化时不一定有力做功,也可能是传热改变了物体的内能。
物体的内能大,并不意味着做功多二、热和内能1.传热与内能改变的关系(1)不仅对系统做功可以改变系统的热力学业状态,单纯的对系统传热也能改变系统的热力淡定状态,所以热量是在单纯的传热过程中系统内能变化的量度(2)在单纯传热中,系统从外界吸收多少热量,内能就增加多少;系统向外界放出多少热量,系统的内能就减少多少。
即:ΔU=U2-U1=Q2.传热改变物体内能的过程是物体间内能转移的过程3.内能与热量的区别内能是一个状态量,一个物体在不同的状态下具有不同的内能,而热量是一个过程量,它表示由于传热而引起的内能变化过程中转移的能量,即内能的改变量。
如果没有传热,就无所谓热量,但此时物体仍有一定的内能例题精讲改变内能的两种方式例1.用力搓手感觉手会发热、冬天在阳光下觉得暖和等物理现象表明:____和_____在改变物体内能上可以起到相同的效果。
例2.关于热传递,下列说法中正确的是()A.热传递的实质是温度的传递B.物体间存在着温度差,才能发生热传递C.热传递可以在任何情况下进行D.物体内能发生改变,一定是吸收或放出了热量例3.如图所示,在较厚的有机玻璃筒底部,放置少量易燃物,如蓬松的硝化棉。
迅速压下筒中的活塞,可看到硝化棉被点燃而发出火光。
对该实验现象的下列说法中正确的是()A.这个实验说明功可以变成能B.这个实验说明做功可以改变筒内空气的内能C.用厚有机玻璃做筒和迅速压缩都是为了保证该过程为绝热过程D.活塞向下迅速压缩过程,筒内空气的分子平均动能和分子势能都增大了例4.小实验:将钢丝掰直后,快速来回弯曲,用手接触弯曲部分会感觉____,这是由于________________________________________。
功和内能热和内能学习目标:1.掌握从热力学角度认识内能的概念.了解焦耳的两个实验.(重点)2.知道做功与内能改变的数量关系,知道热传递的热量与内能变化的关系.(重点、难点)3.知道做功和热传递是改变内能的两种方式,且对改变系统内能是等效的.(难点)4.掌握内能、功、热量、温度四个物理量的区别和联系.(重点)预习检查:1.焦耳的实验(1)绝热过程:系统只由于外界对它做功而与外界交换______,它不从外界______,也不向外界______.(2)代表性实验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:要使系统状态通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,而与做功的______无关.2.功和内能(1)内能:任何一个热力学系统都必定存在一个只依赖于系统__________的物理量,这个物理量在两个状态间的差别与外界在______过程中对系统所做的功相联系.鉴于功是能量______的量度,所以这个物理量必定是系统的一种能量,我们把它称为系统的内能.(2)功和内能:在绝热过程中,外界对系统做的功等于系统内能的增加量,即____________.2.热传递(1)条件:物体的______不同.(2)定义:两个______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,______从高温物体传到了低温物体.2.热和内能(1)热量:它是在单纯的传热过程中系统______变化的量度.(2)表达式:____________.(3)热传递与做功在改变系统内能上的异同:①做功和热传递都能引起系统______的改变.②做功时是内能与其他形式能的______;热传递只是不同物体(或一个物体的不同部分)之间____________.引入:冬天搓手可使双手变暖;向手吹气也可使双手变暖,是什么原因使温度发生了变化呢?演示:在有机玻璃筒底放置少量的易燃物,例如蓬松的棉花,迅速压下筒中的活塞,观察筒底物品的变化。
热力学中热能和内能做功的关系热力学中热能和内能是两个重要的概念,它们之间存在着密切的关系。
热能是指物体内部分子之间的热运动引起的能量,是物体所具有的一种能量形式。
而内能是指物体内部分子之间的相互作用引起的能量,是物体所具有的全部微观粒子的能量总和。
热能和内能之间的关系可以通过热力学第一定律来描述。
热力学第一定律是能量守恒定律的热力学表达式,它指出:当一个物体从一个状态变为另一个状态时,其内能的变化等于对物体做功与物体吸收的热量之和。
简单来说,就是内能的变化等于所做的功加上吸收的热量。
我们来看一下热能是如何与内能做功的。
热能是由物体内部分子之间的热运动引起的能量,当物体内部分子的热运动能够对外部做功时,就可以将热能转化为功。
例如,当水被加热时,水分子的热运动增加,水的温度升高,此时水分子的热运动能够对外部做功,将热能转化为功。
另外一个例子是蒸汽机,蒸汽机利用水的热能将水转化为蒸汽,而蒸汽能够对外部做功,驱动机器的运转。
我们来看一下内能是如何做功的。
内能是物体内部分子之间相互作用引起的能量,当物体内部分子的相互作用能够对外部做功时,就可以将内能转化为功。
例如,当气体被压缩时,气体分子之间的相互作用增加,内能增加,此时气体分子的相互作用能够对外部做功,将内能转化为功。
另外一个例子是弹簧,当弹簧被压缩或拉伸时,弹簧分子之间的相互作用能够对外部做功,将内能转化为功。
总结起来,热能和内能之间的关系是通过做功来实现的。
热能是物体内部分子之间的热运动引起的能量,内能是物体内部分子之间相互作用引起的能量。
当物体内部分子的热运动或相互作用能够对外部做功时,热能或内能就可以转化为功。
热力学第一定律表明了热能和内能做功的关系,即内能的变化等于对物体做功与物体吸收的热量之和。
在实际应用中,我们经常需要将热能或内能转化为功。
例如,在发电厂中,燃煤锅炉中的热能可以转化为蒸汽的热能,而蒸汽能够驱动汽轮机转动,从而产生电能。
又如,在汽车发动机中,燃烧汽油产生的热能可以转化为活塞的热能,而活塞的热能能够驱动曲轴转动,从而推动车辆前进。
2.功和内能:(1)内能:任何一个热力学系统都必定存在一个只依赖于系统自身状态的物理量,这个物理量在两个状态间的差别与外界在绝热过程中对系统所做的功相联系.鉴于功是能量变化的量度,所以这个物理量必定是系统的一种能量,我们把它称为系统的内能.(2)功和内能:在绝热过程中,外界对系统做的功等于系统内能的增加量,即ΔU=W.二、热量与内能:1.热传递(1)条件:物体的温度不同.(2)定义: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,热量从高温物体传到了低温物体.2.热和内能(1)热量:它是在单纯的传热过程中系统内能变化的量度.(2)表达式:ΔU=Q.(3)热传递与做功在改变系统内能上的异同:①做功和热传递都能引起系统内能的改变.②做功时是内能与其他形式能的转化;热传递只是不同物体(或一个物体的不同部分)之间内能的转移.三、理解:1.内能:物体的内能是指物体内所有分子的平均动能和势能之和.(1)在微观上由分子数、分子热运动的剧烈程度和相互作用力决定,宏观上体现为物体的温度和体积,因此物体的内能是一个状态量.(2)在系统不吸热也不放热的绝热过程中,状态发生的变化是由于做功造成的,伴随的能量转化是外界的能量与系统自身的能量发生了转化,系统自身的能量称为内能.(3)造成系统内能变化的量与做功方式无关,与做功的数量有关.(4)内能是状态量,由它的状态、温度、体积、质量决定.2.(1)做功与内能变化的关系:当系统从某一状态经过绝热过程达到另一状态时,内能的增加量ΔU就等于外界对系统所做的功W,用式子表示为:ΔU=U2-U1=W.(2)系统内能的改变量ΔU只与初、末状态的内能U1和U2有关,与做功的过程、方式无关.(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,只有变化较大时,对应着做功较多.(4)分析绝热过程的方法1.在绝热的情况下,若外界对系统做正功,系统内能增加,ΔU为正值;若系统对外界做正功,系统内能减少,ΔU为负值.此过程做功的多少为内能转化多少的量度.2.在绝热过程中,内能和其他形式的能一样也是状态量,气体的初、末状态确定了,即在初、末状态的内能也相应地确定了,内能的变化ΔU也确定了.而功是能量转化的量度,所以ΔU=W,即W为恒量,这也是判断绝热过程的一种方法.3.热传递(1)热量从高温物体传递到低温物体,或从物体的高温部分传递到低温部分,叫做热传递.(2)热传递的三种方式:热传导、热对流和热辐射.2.热传递的实质:热传递实质上传递的是能量,结果是改变了系统的内能.传递能量的多少用热量来量度.3.传递的热量与内能改变的关系(1)在单纯热传递中,系统从外界吸收多少热量,系统的内能就增加多少.即Q吸=ΔU.(2)在单纯热传递中,系统向外界放出多少热量,系统的内能就减少多少.即Q放=-ΔU.4.热传递具有方向性热量从高温物体传递到低温物体,或从物体的高温部分传递到低温部分,不会自发地从低温物体传递到高温物体或从物体的低温部分传递到高温部分.52.功和内能:(1)内能:任何一个热力学系统都必定存在一个只依赖于系统的物理量,这个物理量在两个状态间的差别与外界在过程中对系统所做的功相联系.鉴于功是能量的量度,所以这个物理量必定是系统的一种能量,我们把它称为系统的内能.(2)功和内能:在绝热过程中,外界对系统做的功等于系统内能的增加量,即 .二、热量与内能:1.热传递(1)条件:物体的不同.(2)定义:两个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,从高温物体传到了低温物体.2.热和内能(1)热量:它是在单纯的传热过程中系统变化的量度.(2)表达式: .(3)热传递与做功在改变系统内能上的异同:①做功和热传递都能引起系统的改变.②做功时是内能与其他形式能的;热传递只是不同物体(或一个物体的不同部分)之间.三、理解:1.内能:物体的内能是指物体内所有分子的和之和.(1)在微观上由分子数、分子热运动的和决定,宏观上体现为物体的和,因此物体的内能是一个状态量.(2)在系统不吸热也不放热的绝热过程中,状态发生的变化是由于造成的,伴随的能量转化是外界的能量与系统自身的能量发生了转化,系统自身的能量称为内能.(3)造成系统内能变化的量与做功方式无关,与有关.(4)内能是,由它的状态、温度、体积、质量决定.2.(1)做功与内能变化的关系:当系统从某一状态经过绝热过程达到另一状态时,内能的增加量ΔU就等于外界对系统所做的功W,用式子表示为:ΔU=U2-U1=W.(2)系统内能的改变量ΔU只与初、末状态的内能U1和U2有关,与做功的过程、方式无关.(3)功和内能的区别①功是,内能是.②在绝热过程中,做功一定能引起的变化.③物体的内能大,并不意味着做功多,在绝热过程中,只有变化较大时,对应着做功较多.(4)分析绝热过程的方法1.在绝热的情况下,若外界对系统做,系统内能增加,ΔU为正值;若系统对外界做正功,系统内能,ΔU为负值.此过程做功的多少为内能转化多少的量度.2.在绝热过程中,内能和其他形式的能一样也是状态量,气体的初、末状态确定了,即在初、末状态的内能也相应地确定了,内能的变化ΔU也确定了.而功是的量度,所以ΔU=W,即W为恒量,这也是判断绝热过程的一种方法.3.热传递(1)热量从传递到,或从物体的高温部分传递到低温部分,叫做热传递.(2)热传递的三种方式:、和.2.热传递的实质:热传递实质上传递的是,结果是改变了系统的内能.传递能量的多少用热量来量度.3.传递的热量与内能改变的关系(1)在单纯热传递中,系统从外界吸收多少热量,系统的内能就多少.即Q吸=ΔU.(2)在单纯热传递中,系统向外界放出多少热量,系统的内能就多少.即Q放=-ΔU.4.热传递具有方向性热量从高温物体传递到低温物体,或从物体的高温部分传递到低温部分,不会自发地从低温物体传递到高温物体或从物体的低温部分传递到高温部分.52.做功和热传递都可改变物体的内能,从效果上是等效的.( )3.热量一定从内能多的物体传递给内能少的物体.( )1.(多)如图1012所示,柱形容器内封有一定质量的空气,质量为m的光滑活塞与容器都用良好的隔热材料制成.另有质量为M的物体从活塞上方的A点自由下落到活塞上,并随活塞一起到达最低点B而静止.在这一过程中,下述空气内能的改变量ΔU、外界对气体所做的功W与物体及活塞的重力势能的变化关系中不正确的是( ) A.Mgh+mgΔh=ΔU+W B.ΔU=W,W=Mgh+mgΔhC.ΔU=W,W<Mgh+mgΔh D.ΔU≠W,W=Mgh+mgΔh E.Mgh+mgΔh>ΔU2.(多)如图所示,一定质量的理想气体密封在绝热(即与外界不发生热交换)容器中,容器内装有一可以活动的绝热活塞.今对活塞施以一竖直向下的压力F,使活塞缓慢向下移动一段距离后,气体的体积减小.若忽略活塞与容器壁间的摩擦,则被密封的气体的下列说法不正确的是( ) A.温度升高,压强增大,内能减少 B.温度降低,压强增大,内能减少C.温度升高,压强增大,内能增加 D.温度降低,压强减小,内能增加E.分子的平均动能增加,分子对器壁单位面积碰撞的冲力增大3.(多)如图所示,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E.在绝热过程中,做功一定增加水的内能4.(多)关于物体的内能和热量,下列说法中不正确的有( )A.热水的内能比冷水的内能多 B.温度高的物体其热量必定多,内能必定大C.在热传递过程中,内能大的物体其内能将减小,内能小的物体其内能将增大,直到两物体的内能相等D.在热传递过程中,热量从高温物体传递到低温物体,直到两物体的温度相同为止E.热量是热传递过程中内能转移的量度5.一铜块和一铁块,质量相等,铜块的温度T1比铁块的温度T2高,当它们接触在一起时,如果不和外界交换能量,则( )A.从两者开始接触到热平衡的整个过程中,铜块内能的减少量等于铁块内能的增加量B.在两者达到热平衡以前的任意一段时间内,铜块内能的减少量不等于铁块内能的增加量C.在两者达到热平衡以前的任意一段时间内,铜块内能的减少量都等于铁块内能的增加量D.达到热平衡时,铜块的温度比铁块的低 E.热平衡时,两者的温度相等6.关于热量、功和内能的下列说法中正确的是( )A.热量、功、内能三者的物理意义等同 B.热量、功都可以作为物体内能的量度C.热量、功都可以作为物体内能变化的量度 D.热量、功、内能的单位相同E.热量和功是由过程决定的,而内能是由物体状态决定的2.做功和热传递都可改变物体的内能,从效果上是等效的.(√)3.热量一定从内能多的物体传递给内能少的物体.(×)1.如图1012所示,柱形容器内封有一定质量的空气,质量为m 的光滑活塞与容器都用良好的隔热材料制成.另有质量为M 的物体从活塞上方的A 点自由下落到活塞上,并随活塞一起到达最低点B 而静止.在这一过程中,下述空气内能的改变量ΔU 、外界对气体所做的功W 与物体及活塞的重力势能的变化关系中不正确的是( )图1012A .Mgh +mg Δh =ΔU +WB .ΔU =W ,W =Mgh +mg ΔhC .ΔU =W ,W <Mgh +mg ΔhD .ΔU ≠W ,W =Mgh +mg ΔhE .Mgh +mg Δh >ΔU【解析】 物体与活塞碰撞时有机械能损失,因此物体和活塞重力势能的减少量大于气体内能的增加量;根据功与内能增加量的关系可知,外界对气体所做的功W 与空气内能的变化量相等,因此ΔU =W ,W <Mgh +mg Δh ,C 、E 正确,A 、B 、D 错误.特别注意物体与活塞碰撞时有机械能损失.【答案】 ABD2.如图1013所示,一定质量的理想气体密封在绝热(即与外界不发生热交换)容器中,容器内装有一可以活动的绝热活塞.今对活塞施以一竖直向下的压力F ,使活塞缓慢向下移动一段距离后,气体的体积减小.若忽略活塞与容器壁间的摩擦,则被密封的气体的下列说法不正确的是( )图1013A .温度升高,压强增大,内能减少B .温度降低,压强增大,内能减少C .温度升高,压强增大,内能增加D .温度降低,压强减小,内能增加E .分子的平均动能增加,分子对器壁单位面积碰撞的冲力增大【解析】 由F 对密闭的气体做正功,容器及活塞绝热,则系统与外界传递的热量Q =0,由功和内能的关系知,理想气体内能增大,温度升高,再根据pV T=C ,V 减小,p 增大.答案A 、B 、D.【答案】 ABD3.如图1014所示,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( )图1014A .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E.在绝热过程中,做功一定增加水的内能【解析】将做功过程和吸热过程在同等条件下比较,可测出热功当量,故A正确;做功增加了水的内能,热量只是热传递过程中内能改变的量度,故B错误,C正确;做功和传热产生的效果相同,但功和热量是不同的概念,D错误.【答案】ACE4.关于物体的内能和热量,下列说法中不正确的有( )A.热水的内能比冷水的内能多B.温度高的物体其热量必定多,内能必定大C.在热传递过程中,内能大的物体其内能将减小,内能小的物体其内能将增大,直到两物体的内能相等D.在热传递过程中,热量从高温物体传递到低温物体,直到两物体的温度相同为止E.热量是热传递过程中内能转移的量度【解析】物体的内能由温度、体积及物体的质量决定,不是只由温度决定,故A、B错;在热传递过程中,热量由高温物体传给低温物体,而与物体的内能大小无关,所以完全有可能是内能大的物体内能继续增大,内能小的物体内能继续减小,故C项错、D项对;关于热量的论述,E项是正确的.【答案】ABC5.一铜块和一铁块,质量相等,铜块的温度T1比铁块的温度T2高,当它们接触在一起时,如果不和外界交换能量,则( )A.从两者开始接触到热平衡的整个过程中,铜块内能的减少量等于铁块内能的增加量B.在两者达到热平衡以前的任意一段时间内,铜块内能的减少量不等于铁块内能的增加量C.在两者达到热平衡以前的任意一段时间内,铜块内能的减少量都等于铁块内能的增加量D.达到热平衡时,铜块的温度比铁块的低E.热平衡时,两者的温度相等【解析】热平衡条件是温度相等,热传递的方向是从温度高的物体传向温度低的物体.在热传递过程中高温物体放出的热量等于低温物体吸收的热量,因此A、C、E正确,B、D错误.【答案】ACE6.关于热量、功和内能的下列说法中正确的是( )A.热量、功、内能三者的物理意义等同B.热量、功都可以作为物体内能的量度C.热量、功都可以作为物体内能变化的量度D.热量、功、内能的单位相同E.热量和功是由过程决定的,而内能是由物体状态决定的【解析】物体的内能是指物体内所有分子动能和分子势能的总和,而要改变物体的内能可以通过做功和热传递两种途径,这三者的物理意义不同,A项错误;热量是表示在热传递过程中物体内能变化多少的,而功也是用做功的方式量度物体内能变化多少的,B项错误;C项正确.三者的单位都是焦耳,D项正确;热量和功是过程量,内能是状态量,E项正确.【答案】CDE。
热力学中的能量转化关系热力学第一定律是能量守恒定律的体现,它描述了系统内能、热量和功之间的转化关系。
在热力学中,内能、热量和功是系统中能量的三种形式,它们之间的转化关系可以通过热力学第一定律来描述。
下面将详细介绍内能、热量和功在系统中的转化关系。
内能系统的内能是系统包含的所有微观粒子的总能量,包括其热能、动能和势能等各种形式。
内能通常用符号U表示,是系统的一个基本属性,与系统的热力学状态有关。
内能取决于系统的组成、温度和压强等因素。
热量热量是能量的一种传递方式,其传递方式是由高温物体向低温物体传递能量。
通常用符号Q表示,是系统与外界进行热交换时的能量变化。
热量是系统的一个重要属性,它可以改变系统的温度和内能。
功功是系统对外界做的有序能量转移,是能量的一种形式。
通常用符号W表示,是系统的一个重要属性,它可以改变系统的体积、形状和位置等特性。
功可以通过系统对外界的压力和体积变化来进行计算。
能量转化关系根据热力学第一定律,系统的内能、热量和功之间存在一定的转化关系,可以表示为:$$\\Delta U = Q - W$$其中,$\\Delta U$表示系统内能的变化量,Q表示系统吸收的热量,W表示系统对外界做的功。
这个方程描述了系统内能、热量和功之间的平衡关系,体现了能量守恒定律在热力学中的应用。
在一定条件下,热量可以使系统内能增加,从而提高系统温度;而功可以使系统内能发生变化,改变系统的位形、位置等性质。
系统内能、热量和功之间的相互转化关系,是热力学研究中的重要内容。
总结热力学第一定律描述了系统内能、热量和功之间的转化关系,在能量守恒的基础上,揭示了系统能量的平衡和转移规律。
通过了解内能、热量和功之间的相互作用,可以更好地理解系统的热力学性质,为热力学研究提供基础。
以上是关于热力学中内能、热量和功之间转化关系的介绍,希望对您有所帮助。