高中物理-功和内能

人教版 物理 选择性必修第三册
第三章 热力学定律 1.功、热和内能的改变
基础认识 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 ,
这样的过程叫作绝热过程。 2.代表性实验。 (1)重物下落带动叶片搅拌容器中的水,引起水温上升。 (2)通过电流的热效应给水加热。 (3)实验结论:在各种不同的绝热过程中,如果使系统从状态1
学以致用 (多选)下图为焦耳实验装置图,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( AC ) A.这个装置可测定重物机械能的 改变与水的内能改变的比值 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
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正确的是
(C)
A.m0gh+mgΔh=ΔU+W C.ΔU=W,W<m0gh+mgΔh
B.ΔU=W,W=m0gh+mgΔh D.ΔU≠W,W=m0gh+mgΔh
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<m0gh+mgΔh,选项C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。
二、功与内能的改变 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 。

核心素养提升
做功和热传递在改变物体内能上的关系 改变内能的两种方式的比较：
比较项目
做功
热传递
外界对物体做功，物体的内能 物体吸收热量，内能增加；物
内能变化 增加；物体对外界做功，物体 体放出热量，内能减少
的内能减少
比较项目
做功
热传递
其他形式的能与内能之间的转 不同物体间或同一物体不同部
物理实质
或放出了多少热量。
思考辨析
『判一判』
(1)某一系统经历绝热过程时，只要初末状态相同，则做功数量也一
定相同。
( √)
(2)在绝热过程中，做功方式不同会直接影响系统状态变化的最终结
果。
( ×)
(3)在绝热过程中，系统对外界做的功等于系统内能的增加量。
()
×
(4)热量一定从内能多的物体传递给内能少的物体。
要点提炼
1．内能与内能变化 (1)物体的内能是指物体内所有分子热运动的动能和分子势能之和。 (2)当物体温度变化时，分子平均动能变化。物体体积变化时，分子 势能发生变化，即物体的内能是由它的状态决定的，且物体的内能变化 只由初、末状态决定，与中间过程及方式无关。
2．做功与内能变化的关系 (1)做功改变物体内能的过程是其他形式的能(如机械能)与内能相互 转化的过程。 (2)在绝热过程中，外界对物体做多少功，就有多少其他形式的能转 化为内能，物体的内能就增加多少。
典例剖析
典例 2 对于热量、功、内能三个物理量，下列各种说法中正确
的是
(D)
A．热量、功、内能的物理意义等同
B．热量、功都可以作为物体内能的量度
C．热量、功、内能的单位不相同
D．热量和功是由过程决定的，而内能是由物体状态决定的

解：由热力学第一定律ΔU = Q + W 知： W= ΔU－Q = +1.5 ×105J -（- 2.0 ×105J） = +3.5 ×105J>0 所以此过程中外界对空气做了3.5 ×105J的功
3．下列关于热量的说法，正确的是( CD )
A．温度高的物体含有的热量多 B．内能多的物体含有的热量多 C．热量、功和内能的单位相同 D．热量和功都是过程量，而内能是一个状态量
做功
改变内能的两种方式 热传递
对内 对外
（外界对物 （物体对 体做功） 外界做功）
内能增加 内能减少
U W
吸热
（物体从 外界吸热）
（1）热传导：热量从系统的一部分传到另一部分或由一个系统传到另一系统的现象叫做 热传导。
（2）对流：液体或气体中较热部分和较冷部分之间通过循环流动使温度趋于均匀的过程 （3）热辐射：物体因自身的温度而具有向外发射能量的本领，这种热传递的方式叫做热 辐射。
二、热量
1、定义：在单纯的传热过程中系统内能变化的量度。
（1）在单纯的热传递过程中，系统从外界吸收多少热量，系统的内能就增 加多少，即Q吸=△U 。（2）在单纯的热传递过程中，系统向外界放出多少 热量，系统的内能就减少多少，即Q放= -△U。
3、热传递具有方向性：热量不会自发地从低温物体传递到高温物体。 4、做功和热传递在改变内能上的比较
（1）做功和热传递在改变内能上是等效的。
结论：做功使得物体（密闭气体）温度升高，即做功可以改变物体的内能。
焦耳的实验
焦耳
詹姆斯·普雷斯科 特·焦耳（1818年12月24 日－1889年10月11日）， 英国物理学家，出生于曼 彻斯特近郊的沙弗特 。起 初研究电学和磁学. 1840 年在英国皇家学会上宣布 了电流通过导体产生热量 的定律，即焦耳定律.焦 耳测量了热与机械功之间 的当量关系——热功当量， 为热力学第一定律和能量 守恒定律的建立奠定了实 验基础.

第1、2节功和内能热和内能1.绝热过程：系统只由于外界对它做功而与外界交换能量，它不从外界吸热，也不向外界放热的过程。

2．绝热过程中系统内能的增加量等于外界对系统所做的功，即ΔU＝W。

3．热传递：热量从物体的高温部分传递到低温部分，或从高温物体传递给低温物体的过程。

4．系统在单纯的传热过程中，内能的增量ΔU等于外界向系统传递的热量Q，即ΔU＝Q。

5．做功和热传递是改变内能的两种方式且具有等效性，但二者实质不同。

一、焦耳的实验1．绝热过程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，也不向外界放热。

2．代表实验(1)重物下落带动叶片搅拌容器中的水，引起水温度上升。

(2)通过电流的热效应给水加热。

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，而与做功的方式无关。

二、功和内能1．内能的概念(1)内能是描述热力学系统自身状态的物理量。

(2)在绝热过程中做功可以改变热力学系统所处的状态。

2．绝热过程中内能的变化(1)表达式：ΔU＝W。

(2)外界对系统做功，W为正；系统对外界做功，W为负。

三、热和内能1．热传递(1)条件：物体的温度不同。

(2)过程：温度不同的物体发生热传递，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低温物体。

(3)热传递的三种方式：热传导、热对流、热辐射。

2．热和内能(1)单纯地对系统传热也能改变系统的热力学状态，即热传递能改变物体的内能。

(2)热量：在单纯的传热过程中系统内能变化的量度。

(3)单纯的传热过程中内能的变化。

①公式：ΔU＝Q。

②物体吸热，Q为正；物体放热，Q为负。

1．自主思考——判一判(1)温度高的物体含有的热量多。

(×)(2)内能大的物体含有的热量多。

(×)(3)热量一定从内能多的物体传递给内能少的物体。

(×)(4)做功和热传递都可改变物体的内能，从效果上是等效的。

(√)(5)在绝热过程中，外界对系统做的功小于系统内能的增加量。

高中物理知识点总结热力学基础IMB standardization office【IMB 5AB- IMBK 08- IMB 2C】一.教学内容：热力学基础（一）改变物体内能的两种方式：做功和热传递1. 做功：其他形式的能与内能之间相互转化的过程，内能改变了多少用做功的数值来量度，外力对物体做功，内能增加，物体克服外力做功，内能减少。

2. 热传递：它是物体间内能转移的过程，内能改变了多少用传递的热量的数值来量度，物体吸收热量，物体的内能增加，放出热量，物体的内能减少，热传递的方式有：传导、对流、辐射，热传递的条件是物体间有温度差。

（二）热力学第一定律1. 内容：物体内能的增量等于外界对物体做的功W和物体吸收的热量Q 的总和。

2. 表达式：。

3. 符号法则：外界对物体做功，W取正值，物体对外界做功，W取负值，吸收热量Q 取正值，物体放出热量Q取负值；物体内能增加取正值，物体内能减少取负值。

（三）能的转化和守恒定律能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式或从一个物体转移到另一个物体。

在转化和转移的过程中，能的总量不变，这就是能量守恒定律。

（四）热力学第二定律两种表述：（1）不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化。

（2）不可能从单一热源吸收热量，并把它全部用来做功，而不引起其他变化。

热力学第二定律揭示了涉及热现象的宏观过程都有方向性。

（3）热力学第二定律的微观实质是：与热现象有关的自发的宏观过程，总是朝着分子热运动状态无序性增加的方向进行的。

（4）熵是用来描述物体的无序程度的物理量。

物体内部分子热运动无序程度越高，物体的熵就越大。

（五）说明的问题1. 第一类永动机是永远无法实现的，它违背了能的转化和守恒定律。

2. 第二类永动机也是无法实现的，它虽然不违背能的转化和守恒定律，但却违背了热力学第二定律。

（六）能源和可持续发展1. 能量与环境（1）温室效应：化石燃料燃烧放出的大量二氧化碳，使大气中二氧化碳的含量大量提高，导致“温室效应”，使得地面温度上升，两极的冰雪融化，海平面上升，淹没沿海地区等不良影响。

EXIT
二.功与内能的改变
2.气体膨胀压缩时做功的特点： ①压缩气体：
外界对系统做正功（系统对外界做负功），系统的内能增加
②气体膨胀：
外界对系统做负功（系统对外界做正功），系统的内能减少
思考与讨论：一绝热容器用隔板分成两部分，左 边A内充满气体，右边B内是真空，现抽去隔板， 气体内能如何变化？
答：气体向真空膨胀，气体并不需要克服外
实验结论： 只要重力做功相同，容器内水温上升的数值就相 同，即系统状态的变化相同。
一.焦耳的实验
实验二：对系统做电功
用绝热性能良好的材料制作容器， 让正在下降的重物带动发电机发 电，电流通过浸在液体中的电阻 丝，由电流的热效应给液体加热， 使液体温度上升。
实验结论： 只要电流做功相等，系统温度上升的数值就相同， 即系统状态的变化相同。
从1840年开始，焦耳进行了多种多 样的实验， 焦耳实验揭示了热量与功 之间确定的当量关系（1卡＝4.186焦耳）， 表明机械运动或电磁运动与热运动之间是可以相互转化 的。
这项研究工作为热力学第一定律和能量守恒定律的建 立奠定了坚实的实验基础。
一.焦耳的实验
实验一：对系统做机械功
用绝热性能良好的材料制作容器， 容器中安装着叶片组成的搅拌器。 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.内能：内能是系统在绝热条件下与做功相联系 的、描述热力学系统本身状态的能量。符号：U， 单位：焦耳。(宏观定义)
二.功与内能的改变
1.做功可以改变物体内能：在绝热过程中，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，即：
U U2 U1 W
压缩引火仪工作原理：迅速压下活塞， 引火仪筒内气体被压缩，体积变小，外 界对气体做了功，内能增加，温度升高。 当温度达到易燃物的燃点时，易燃物发 生自燃。 迅速压缩，空气“来不及” 对外传热， 可以看成绝热过程。若缓慢压缩，空气会对外传热，从 而做等温变化，这个实验就不能成功。

3.发生热传递的条件
结论：当物体之间或物体的不同部分之间存在温度差 时才能发生热传递.
1．关于热传递，下列说法正确的是( B)
A．热传递的实质是热温量度的传递
B．物体间存在温度差，才能发生热传递 C．热传递可以在任何情况下进行
物体间存在温度
差才能发生热传 递.在达到温度相 同后停止热传递
D．物体内能发生改变，一定是吸收或放出了热量
其他形 式的能
外界对系统做正功 加入水，水的上方有水蒸气.用带孔橡皮塞把 瓶口塞住，向瓶内打气，当瓶塞跳出时，观察瓶内的变化. 1.系统指的是什么？ 2.出现了什么现象？ 3.为什么会呈现雾状？
1.系统指的是什么？ 实验研究的对象是瓶中的气体 与打气筒中的气体，那么我们 的系统也就是这二部分气体. 2.出现了什么现象？
2．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，是物体间内能的转移（同种形 式能量的转移）
四、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有不同的内能
热量是一个过程量，它表示由于热传递而引起的变化过程 中转移的能量，即内能的改变量. 如果没有热传递，就没有热量可言，但此时仍有内能.
可能是与外界发生了热传递，也可能 是由于外界对其做功或其对外界做功
二、热和内能
外界没有对系统（水）做 功，只对系统传热，同样 能改变系统的状态.
结论：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1 经过单纯的传热达到状态2，内能的增量△U=U2-U1就等于外界向系统 传递的热量Q，即△U=Q.
说明
像做功一样，热量的概念也只有在涉及能量的传递时才有意 义.所以不能说物体具有多少热量，只能说物体吸收或放出 了多少热量.

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________________________________________。

越大时，相应地做功才越多。
三、 热与内能的改变
1.热传递 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，即热量从高温物体传到了低温物体，这个过程就叫作热传递。 传递的方式：热传导、热对流和热辐射。
热传递的条件：存在温度差。 实质：热传递过程实质是能量转移的过程。 2. 热和内能 (1) 热传递与内能改变的关系 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。 (2)热量
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点两个位置决定，与物体的运动路径无关？
重力 电场力
重力做功对应重力势能 电场力做功对应电势能（电能）
1.内能与内能变化 (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。我们把它称为系统的内能。 (2)物体的内能：物体内所有分子的动能和势能之和。因此，物体内能是 一个状态量。 (3)内能的变化：当物体温度变化时，分子平均动能变化；物体体积变化 时，分子势能发生变化。因此，物体的内能变化只由初、末状态决定，与 中间过程无关。
第三章 热力学定律 1 功、热和内能的改变
前情回顾
什么是内能？内能大小的影响因素是什么？ 内能：物体内所有分子热运动的动能和分子势能的总和，叫做物体的内能。
与摩尔数有关
与温度有关 与体积有关
内能与物体的摩尔数、温度和体积有关
质量、温度相同的物体，内能必定相等对吗？
不一定。比如0°C的冰和水

高中物理选修3-3课件
• 2．内能 • (1)内能的概念 • ①内能是描述热力学系统 自身状态 的物理 量． • ②在绝热过程中 做功 可以改变热力学系统 所处的状态． • (2)内能的变化 • 绝热过程中做功与内能的变化关系：ΔU ＝W. • 外界对系统做功，W为 正 ，系统对外界做功， W为 ．负
高中物理选修3-3课件
• ◎ 教材资料分析 • 〔演示〕——教材P50
• 压下活塞，观察筒底物品的变化
高中物理选修3-3课件
• 在有机玻璃筒底放置少量易燃物，例如硝化棉， 或浸过乙醚的棉花、火柴头等．迅速压下筒中 的活塞，观察筒底物品的变化． • 这个实验说明了什么？ • 【点拨】 这个实验说明了什么？ • 解析： 这个实验说明了活塞对气体做了功， 气体内能增加．活塞对气体做功，气体温度增 加，浸过乙醚的棉花着火点很低，因此燃烧起 来．
高中物理选修3-3课件
高中物理选修3-3课件
• 2．做功与内能变化的关系 • (1) 做功改变物体内能的过程是其他形式的能 (如机械能)与内能相互转化的过程． • (2) 在绝热过程中，外界对物体做多少功，就 有多少其他形式的能转化为内能，物体的内能 就增加多少． • 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，只有内能变化越大时，对应着做功
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• 解析： 绝热过程是指气体膨胀过程未发生热 传递，膨胀过程气体体积增大，外界对气体做 的功 W<0 ，由 ΔU ＝ U2 － U1 ＝ W 可知，气体内 能减小．由于气体分子间的势能忽略，故气体 分子的平均动能减小．故D正确． • 答案： D

1功、热和内能的改变[学习目标] 1.了解焦耳的两个实验的原理，知道做功和传热的实质。

2.知道做功和传热是改变内能的两种方式，明确两种方式的区别(重难点)。

3.明确内能、功、热量、温度四个物理量的区别和联系。

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。

1．在焦耳研究功与热等效性的实验中，为什么要求盛水的容器采用绝热材料做外皮？答案隔绝与外界热量的交换，使水温度的升高只由叶片搅拌引起。

2．在教材图3.1－1和图3.1－2 所示的两个实验中，各是什么形式的能转化为系统的内能？答案(1)重物下落，减少的重力势能转为系统的内能；(2)重物带动发电机工作，将机械能转化为电能，发电机工作，将电能转化为液体的内能。

二、功与内能的改变在空气压缩引火仪底部放置少量的硝化棉，迅速压下筒中的活塞，可以观察到硝化棉燃烧的火苗。

为什么筒底的硝化棉会被点燃呢？答案外界对筒内气体做功，使气体内能增加，温度升高，达到硝化棉的燃点后引起硝化棉燃烧。

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，外界对物体做功，则W>0外界对物体做多少功，物体的内能就增加多少，物体对外界做功，则W<0，物体对外界做多少功，物体的内能就减少多少。

如图所示，用隔板将一绝热汽缸分成两部分，隔板左侧充有理想气体，右侧与绝热活塞之间是真空的。

现将隔板抽开，气体会自发扩散至整个汽缸。

待气体达到稳定后，缓慢推压活塞，将气体压回到原来的体积。

拓展思考： 在绝热过程中，外界对系统做功，系统的内能怎么变？数量上有什么关系？ 若系统对外界做功呢？
二、功与内能的改变
1．外界对物体做功，物体的内能增加。
2．物体对外界做功，物体的内能减少。
二、功与内能的改变
功和内能变化的关系：做功可以改变系统的内能。功是系统内 能转化的量度。
(1)ΔU＝W的适用条件是绝热过程.
一、焦耳的实验
小组讨论： 焦耳的热功当量实验和电流热效应给水加热的实验中做功的方式相 同吗？你能得出什么结论？ 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.
热功当量：做功和热传递对改变物体的内能是等效的。
一、焦耳的实验
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？
重力
重力做功对应重力势能
电场力
电场力做功对应电势能（电能）
二、功与内能的改变
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.我们把这个物理量称为系统的内能.
当系统从状态1经过绝热过程达到状态2时，内能的增加量△U=U2-U1就等 于外界对系统所做的功W，即△U=W.
1、研究对象——热力学系统： 容器中的水——封闭系统：与外
界没有物质交换，但有能量交换。
2、状态变化过程 绝热过程：系统状态变化过程中
，只有外界对它做功而不与外界交换 能量。
3、焦耳的多次实验测量结论： 尽管各次悬挂重物的质量不同，下落的高度也不一样，但只要重力所做的
功相同，容器内水温上升的数值都是相同绝热过程中：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.

三、做功与气体体积变化的关系
压缩气体
V减小
外界对气体做功 绝热 U增加
气体不自由膨胀
V增加
气体对外界做功 绝热 U减小
气体自由膨胀
V增加
气体对外界不做功 绝热 U不变
K
K
K
气体A
气体A 真空B
气体A 真空B
气体的自由膨胀不做功。
1.计算对气体做功
Δx
P
Sp
气体等压变化对外界做功
W
Va
Vb V
非等压变化
二、热力学第一定律
1.内容： 在系统跟外界同时发生做功和热传递的过程中，系
统内能的增加量ΔU等于系统从外界吸收的热量Q与外界
对系统所做的功W之和。
2.表达式：
ΔU=Q+W
ΔU ：物体内能的增加量
Q： 物体吸收的热量
热力学第一定律
W： 外界对物体做的功 3.物理意义：热力学第一定律不仅反映了做功与传热在改变系统内能方 面是等效的，而且给出了功、热量跟系统内能改变之间的定量关系.
一
、
功 、
研究表明
热
如果一个物体既不吸热也不放热，那么，当外界
量
对它做功时，物体内能增加，且增加量等于外界做的
与 内
功。当物体对外界做功时，物体内能减少，且减少量 等于物体做的功。
能
热传递可以改变物体内能
2.热传递可能改变物体的内能
研究表明 如果一个物体既不对外界做功，外界也不对它做
功，那么当物体从外界吸热时，物体内能增加，其增 加量等于吸收的热量；当物体向外放热时，物体内能 减少，其减少量等于放出的热量。
解 (1)1→3，不做功 3→2，做功为 W32=20×105×40×10-3J

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。