功和内能 热和内能

功、热和内能概念辩析功、热和内能是中学物理教材中最易混淆的物理概念之一。

很多同学对它们的联系和区别难以弄清。

现辩析如下。

高中物理甲种本教材中对三个物理量的叙述是这样的：“能够改变物体内能的物理过程有两个：做功和热传递。

做功使物体的内能发生变化的时候，内能的变化就用做功来量度；热传递使物体内能发生变化的时候，内能的变化是用热量来量度的。

”“所谓热能不过是内能的一种通俗的说法”等。

由此可见，功和热与内能的关系是：功是内能转化．．的量度，热是内能转移．．的量度。

两者仅仅是一种量度而已，就象直尺用来测量布匹的长度、量筒用来测量水量的体积、质量用来量度物体惯性的大小等一样，两者本身并不是内能的一部分。

因此，象“一个物体包含了多少功”、“一个物体内能越多，热量就越多”、“热量就是内能的一种通俗的说法”等等，都是错误的说法。

也就是说，内能是物体本身具有的一种能量，而热量和功则不是物体所具有的东西，只有当内能发生变化时，才需要做功或者热传递，才用功或者热量来量度其变化大小。

功与热是改变内能的两种方式，两者在内能改变的效果上是相同的。

但它们有着本质的区别。

做功是内能与其它形式的能之间发生转化，如机械能、电能转化为内能等，即能量在形式上发生了改变。

而热传递仅仅是内能发生了转移，从一个物体(或物体的一部分)转移到另一个物体(或物体的另一个部分)，能的形式没有改变。

我们可以讲“做功产生了热量”、“消耗热量可以做功”，但不能说“功可以转化为热”或“热可以转化为功”。

因此，两者的共性是：都是内能改变的量度，区别是：本质及量度的对象(即能的形式)不同。

两者的数量关系为：1卡＝4.2焦，即热功当量为J=4.2J/cal。

另外，内能的一个通俗但不确切的说法是热能，即通常讲的热能是指物体的内能。

但热能不是热量，两者不要搞错。

下面举例辩析。

例1：对铁丝加热，铁丝的温度升高了；用锤子敲打铁丝，铁丝的温度也升高，这说明：A.功可以转化为热量B.功和热量在本质上是相同的C.对物体做功和对物体传热是一回事D.做功和热传递对改变物体内能是等效的辩析：有不少同学是这样分析的：因为锤子对铁丝做了功，铁丝的温度就升高，故功转化成了物体内能，故A正确；又不管是用做功,还是用传热的方式,铁丝的温度都一样地升高了,因此两者本质上肯定是相同的,故BCD正确。

3.1 功、热和内能的改变知识点一、焦耳的实验1．绝热过程：系统不从外界吸热，也不向外界放热的过程．2．代表性实验(1)重物下落时带动叶片转动，搅拌容器中的水，水由于摩擦而温度上升．(2)通过电流的热效应给液体加热．3．实验结论：在热力学系统的绝热过程中，外界对系统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．4．内能：只依赖于热力学系统自身状态的物理量．知识点二、功与内能的改变1．功与内能的改变在热力学系统的绝热过程中，当系统从状态1经过绝热过程达到状态2时，内能的变化量ΔU＝U2－U1，等于外界对系统所做的功W，即ΔU＝W.2．理解(1)ΔU＝W的适用条件是绝热过程．(2)在绝热过程中：外界对系统做功，系统的内能增加；系统对外做功，系统的内能减少．知识点三、热与内能的改变1．传热(1)条件：物体的温度不同．(2)传热：热从高温物体传到了低温物体．2．热和内能(1)热量：在单纯的传热过程中系统内能变化的量度．(2)热与内能的改变当系统从状态1经过单纯的传热达到状态2时，内能的变化量ΔU＝U2－U1等于外界向系统传递的热量Q，即ΔU＝Q.(3)传热与做功在改变系统内能上的异同．①做功和传热都能引起系统内能的改变．②做功时，内能与其他形式的能发生转化；传热只是不同物体(或一个物体的不同部分)之间内能的转移．改变内能的两种方式的比较[例题1]（2023•慈溪市校级开学）在一个真空的钟罩中，用不导热的细线悬吊一个铁块，中午时铁块的温度是28℃，晚上铁块的温度是23℃。

铁块的内能（）A．变大B．变小C．不变D．无法判断【解答】解：因为物体的内能与温度、体积有关，当铁块的温度降低时，铁块的体积变化很小，所以其内能随温度降低而减小，故ACD错误，B正确。

故选：B。

[例题2]（2023•和平区模拟）关于热现象，下列说法正确的是（）A．温度由摄氏温度t升至2t，对应的热力学温度便由T升至2TB．相同温度下液体中悬浮的花粉小颗粒越大，布朗运动越剧烈C．做功和热传递是改变物体内能的两种方式D．分子间距离越大，分子势能越大，分子间距离越小，分子势能也越小【解答】解：A．温度由摄氏温度t升至2t，对应的热力学温度便由T升至T′，且T＝（t+273）K，T′＝（2t+273）K，所以T′不等于2T，故A错误；B．相同温度下液体中悬浮的花粉小颗粒越小，受力越不易平衡，布朗运动越剧烈，故B错误；C．做功和热传递都可以改变内能，是改变内能的两种方式，故C正确；D．若分子力表现为斥力时，分子间距离越大，分子力做正功，分子势能越小；分子间距离越小，分子力做负功，分子势能越大；若分子力表现为引力时，分子间距离越大，分子力做负功，分子势能越大；分子间距离越小，分子力做正功，分子势能越小，所以分子间距离越大，分子势能不一定越大，分子间距离越小，分子势能也不一定越小，故D错误。

内能,热量和功的微观含义
内能、热量和功是热力学中的三个基本概念，它们在微观上的含义如下：
内能（U）：指系统内部微观粒子的总能量，包括其动能和势能。

内能是一个状态量，只与系统的初始状态和最终状态有关，而与系统经历的具体路径无关。

热量（Q）：指由于温度差而在两个系统间传递的能量。

热量不是一个状态量，而是一个过程量，只有在系统发生热传递时才有意义。

热量的传递是由温度梯度驱动的，从高温处流向低温处。

功（W）：指外力对系统所作的机械功。

功也是一个过程量，只有在系统发生功传递时才有意义。

功的传递是由力的作用驱动的，通过物体的运动实现能量的转换。

需要注意的是，内能、热量和功都是能量的形式，它们之间可以相互转化。

在热力学中，内能、热量和功的变化量之间存在着热力学第一定律的关系式，即ΔU = Q - W，其中ΔU 表示系统内能的变化量，Q 表示系统吸收的热量，W 表示系统所做的功。

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________________________________________。

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。