功和内能 热和内能--优质获奖精品课件 (24)

斯特，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
焦耳
定了实验基础。
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，这样的过程叫绝热过程。
3、做功和热传递在改变系统内能时的效果是相同的， 但其本质却有所不同。做功是内能与其他形式的能发生 转化，而热传递只是不同物体（或同一个物体的不同部 分之间）内能的转移。
如果某过程中既有外界对系统做功，有存在热
传递，则系统内能的改变△U=U2-U1=W+Q
W：外界对系统所做的功 若是系统对外界做功，则W为负 Q：系统从外界吸收的热量 若系统向外界放热，则Q为负
功和内能 热和内能
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？
现象：棉花燃烧
说明：活塞对空气做功，活塞内能增加，空气 温度升高，达到燃点。
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。
一、焦耳的实验
1818年12月24日生于英国曼彻
影响因素：与物体的种类、分子数、温度、体积等因 素有关，即由它的状态决定。
1.观察瓶内变化？ 呈现雾状 2.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。
3、谁对谁做功？ 系统对外界做功
4、内能变化？ 内能在减少
由此可知：
1．外界对物体做功，物体的内能增加
谢谢！
练习巩固
1.下列说法正确的是（ D ） A 分子的动能与分子的势能的和叫做这个分

的变化ΔU也确定了,而功是能量转化的量度,所以ΔU=W,即W也确
定了,这也是判断绝热过程的一种方法。
热和内能
“围炉夜话”是古代中国文人认为最有生活情趣的一种生活方式。
在“围炉”的过程中,人的身体并没有和炉子本身发生接触,为什么还
能够感到温暖?现代取暖的方式主要是暖气,暖气和炉子在能量传
递方面有什么相同点?

积V减小,压强p增大,故选C。
答案:C
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;若系统
对外界做正功,系统内能减少,此过程做功的多少为转化为内能多
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
要点提示炉子和人身体没有发生接触也可以感到温暖是因为热
量可以通过热传导的方法向外扩散,这和暖气的散热方式是相同的。
温度、内能和热量的区别与联系
概念 区别
联系
表示物体的冷热程度,其实质是反映了物体内部 温度是衡量
温度
内能多少的
大量分子无规则运动的激烈程度
因素之一;热
物体内部所有分子的动能和分子势能的总和。
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,即ΔU=W。
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,只有在
绝热过程中,做功才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
的增量ΔU等于外界向系统传递的热量Q,即ΔU=Q。

典例2 关于热传递，下列说法正确的是( ) 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
求解此题应注意以下三点： (1)热传递发生的条件; (2)热传递的实质; (3)热传递与内能改变之间的关系.
2.日常生活中还有哪些压缩空气做功使温度升高的例子？ 提示：在给自行车轮胎打气时，打气筒也会变热，这也是压 缩空气做功的缘故.
3.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？ 提示：不同.在各种不同的绝热过程中，系统状态的改变与做 功方式无关，仅与做功多少有关. 4.从做功的角度，如何来定义系统的内能？ 提示：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.
5.在绝热过程中，怎样计算内能的增量？其实质是什么？ 提示：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ΔU=U2-U1,等于外界对系统所做的功W，即ΔU=W.实 质是其他形式的能和系统内能相互转 (1)密封性要好，主要是活塞与管壁的密封.实验时应在活塞 上涂少许蓖麻油，起密封和润滑作用. (2)管内保持足够的氧气.实验时可用尖嘴吹风球，向管内注 入新鲜空气. (3)所用燃料燃点低，普通棉花难于压燃,实验中要用硝化棉. (4)下压的动作一定要迅速，这样能有效避免热量散失，使得 被压缩气体温度能够上升到硝化棉的着火点.
热传递的三种方式比较 热传递的方式有三种:热传导、对流和热辐射.热传导过程发 生在相互接触的两固体之间，或同一物体的不同部分间，如 用酒精灯灼烧铁棒的一端，另一端会发烫，这主要是通过热 传导来传递热量的;而对流发生在气体、液体的传热过程中， 如加热水壶的底部，表层的水温也上升,冬天暖气片能使整间 房屋里的气温上升，这都是靠对流来完成的；晒衣服时，衣 服温度升高，主要是太阳依靠热辐射来传递热量的.

第1讲 功和内能~第2讲 热和内能
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例3 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
减少量不等于铁块内能的增加量
第1讲 功和内能~第2讲 热和内能
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借题发挥 (1)压缩气体，外界对气体做功，内能增大， 温度升高，柴油机就是利用这个原理点火的. (2)在绝热过程中，末态内能大于初态内能时，ΔU为正， W为正，外界对系统做功.末态内能小于初态内能时，ΔU 为负，W为负，系统对外界做功.
第1讲 功和内能~第2讲 热和内能
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解析 系统的内能是一个只依赖于系统自身状态的物理
量，所以是由系统的状态决定的，A对；
正因为内能是由系统的状态决定的，所以分子动理论中
引入的内能和热力学中引入的内能是一致的，B对；
做功和热传递都可以改变系统的内能，C错；
气体绝热膨胀时对外界做了功，又因为与外界没有热交
换，所以系统的内能要减小，故D错.
二、内能 1.任何一个热力学系统都存在一个只依赖于系统 自身状态 的 物理量，我们把它称之为系统的内能 . 2.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 ΔU＝ U2－U1 就等于外界对系统所做的 功W ，即ΔU＝W .
第1讲 功和内能~第2讲 热和内能
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三、热和内能 1.不仅对系统做功可以改变系统的内能，单纯的对系统传热 也能改变系统的内能. 2.当系统从状态1经过单纯的传热达到状态2，内能的增加量 ΔU＝U2－U1 就等于外界向系统传递的 热量Q ，即 ΔU＝Q .

2.测出了热功当量（热与机械功之间的当量 关系），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。
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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。
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 电场力
解析：做功和热传递对改变物体的内能是等效的， 温度升高可能是做功，也可能是热传递。故C正确。 答案：C
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例2 下列关于热量的说法，正确的是 （
）
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
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物体的内能与温度和体积的关系
温度变时分子动能变，体积变时分子势 能变，因此物体的内能决定于它的温度和体 积，但是这句话却不能作为判断两物体内能 大小的依据。如两物体温度和体积均相同， 而内能却没有确定的关系。再如，0OC的冰 熔化成OC水体积减小，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,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势能
两个温度不同的物体互相接触时温度高的物体 要降温，温度低的物体要升温，并将持续到系统间达 到热平衡即温度相等为止，这个过程称之为热传递
热传递的三种方式：热传导、热对流、热辐射
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动画：热传递 17
四、热和内能
1、 在外界对系统没有做功的情况下， 内能和热量之间有什么样的关系呢？
△U＝Q
即在外界对系统不做功的情况下，外界传 递给系统的热量等于系统内能的改变量
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功与系统内能改变的关系 1.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 ②系统对外界做功，系统的内能减少。 2.功是系统内能转化的量度 3.实质:其他形式的能与内能的相互转化 4.国际单位制中，内能和功的单位都是焦耳( J )

• 用做功来改变系统的内能，是系统内分子随整体 的有序运动转化为另一系统的分子的无规则运动 的过程，是机械能或其他形式的能和内能之间的 转化过程．
• 用传热来改变系统的内能，是通过传导、对流和 辐射来完成的，它将分子的无规则运动，从一个 系统转移到另一个系统，这种转移就是系统间内 能转换的过程．
• 即时应用(即时突破，小试牛刀)
• 分子间距离变化，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，与中间过程及 方式无关．
• 2．做功与内能的变化的关系
• (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；物体对外界做多少功，就有多少内能转化 为其他形式的能，物体的内能就减少多少．
气体做功，又因为与外界没有热交换，所以内能 增加，故A正确．
• 二、“温度”、“热量”、“功”、“内能”的 辨析
• 1．内能和温度 • 从宏观看，温度表示的是物体的冷热程度；从微
观看，温度反映了分子热运动的剧烈程度，是分 子平均动能的标志．物体的温度升高，其内能一 定增加．但物体吸收热量内能增加时，温度却不 一定升高．
• 2．对于热量、功和内能三者的关系下列说法中正 确的是( )
• A．三者单位相同，物理意义相同
• B．热量和功是内能的量度
• C．热量和功由过程决定，而内能由物体状态决 定
• D．系统内能增加了100 J，可能是外界采用绝热 方式对系统做功100 J，也可能是外界单纯地对系 统传热100 J
• 解析：选CD.热量、功和内能三者尽管单位相同， 但物理意义有本质区别，A错．热量和功由过程 决定，内能由物体状态决定，热量和功是内能变 化的量度，C对，B错．对一个绝热过程ΔU＝W ＝100 J，对一个单纯传热过程ΔU＝Q＝100 J，D 对．

• 【答案】 CD
• 【方法总结】
• (1)做功和传热在改变物体的内能上是等效的，在只有传热 时ΔU＝Q.
• (2)应用公式Q＝cmΔt时明确各量的意义，并注意各量均 为国际单位．
•
内能、温度和热量、功的区别与联系
•
对于热量、功和内能三者的说法正确的是( )
• A．热量、功、内能三者的物理意义相同
• ②当物体温度变化时，分子热运动剧烈程度发生改变，分 子平均动能变化．物体体积变化时，分子间距离变化，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，与中间过程及方式无关．
• (2)做功与内能的变化的关系
• ①当系统从某一状态经过绝热过程到达另一状态时，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＝W.
功和内能 热和内能
•
焦耳的实验
• 1．重物下落带动叶片搅拌容器中的水
• (1)方法：在水中放置叶片，叶片上缠绕两条绳子，每条绳
子各跨过一个滑轮，且分别悬挂一个重物，盛水的容器用
绝热性能良好的材料包好．如图所示，当重物下落时便带
动叶片转动，容器中的水受叶片的搅动，水由于摩擦而温
度上升．
• (2)结论：只要重力所做的功相同，容器内水温上升的数值 就相同，即系统的状态变化相同．
•
做功与内能改变的关系
•
如图所示，厚壁容器的一端通过胶塞插进一只
灵敏温度计和一根气针，另一端有个用卡子卡住的可移动
的胶塞．用打气筒慢慢向筒内打气，使容器内的压强增加
到一定程度，这时读出温度计示数．打开卡子，胶塞冲出
容器后( )
• A．温度计示数变大，实验表明气体对外界做功，内能减 少
• B．温度计示数变大，实验表明外界对气体做功，内能增 加

【探究归纳】 热传递 （1）条件：两物体存在温度差。 （2）方向：热量由高温物体传向低温物体。 （3）量度：热量是单纯传热过程中内能变化的量度即ΔU=Q。
【典例2】关于热传递，下列说法正确的是( ) A．热传递的实质是温度的传递 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 D．物体内能发生改变，一定是吸收或放出了热量
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_Δ__U_=_W_。
【思路点拨】 求解此题应注意以下三点 (1)热传递的条件。 (2)热传递的实质。 (3)热传递与内能改变之间的关系。
【解析】选B。热传递的实质是物体间内能的转移，故A错。 热传递发生的条件是物体间存在着温度差，高温物体放出热量， 低温物体吸收热量，若两物体温度相同，它们之间便不会发生 热传递，故B对、C错。物体吸收或放出热量，内能会发生变化， 但内能变化不一定是热传递引起的，还可以用做功的方式，故 D错。
探究热传递和内能 1.热传递的条件是什么?能否发生热传递与物体内能的多少是 否有关? 提示:（1）热传递的条件:两个物体存在温度差。只要它们存在 温度差，热量就会从高温物体传到低温物体。 （2）与物体内能的多少无关。热传递过程中能量可以由内能 大的物体传到内能小的物体上，也可以由内能小的物体传到内 能大的物体上。
探究做功和物体内能的变化 1.焦耳的两个实验为什么都要强调“绝热过程”？ 提示：只有在绝热的条件下，才能探究出做功与内能改变的定 量关系。 2.在有机玻璃筒底放少量棉花，压下活塞，观察棉花的变化， 你能看到什么现象？实验现象说明了什么？ 提示：可以看到棉花燃烧。实验现象说明压缩空气做功，使空 气内能增大，达到棉花的燃点后引起棉花燃烧。