2　热和内能 (5).ppt

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1、第第1、2节：功、热和内能节：功、热和内能知识准备知识准备1.什么叫内能？与哪些因素有关？什么叫内能？与哪些因素有关？2.质量、温度相同的物体，内能必定相等。对吗？质量、温度相同的物体，内能必定相等。对吗？物理学中，我们把物体内物理学中，我们把物体内所有所有分子做分子做无规则运动无规则运动的动能的动能和和分子势能分子势能的总和叫做物体的的总和叫做物体的内能。内能。温度和体积，摩尔数。温度和体积，摩尔数。不对不对 因为内能和组成物体的分子的个数、物体的温度和体积、物态因为内能和组成物体的分子的个数、物体的温度和体积、物态共同确定。共同确定。（比如（比如00c的水和冰）的水和冰）结论：结论：做功使

2、得物体（密闭气体）温度升高做功使得物体（密闭气体）温度升高情景一：情景一：焦耳焦耳 18181818年年1212月月2424日生于英国曼彻斯日生于英国曼彻斯特特 ，起初研究电学和磁学。，起初研究电学和磁学。18401840年在英国皇家学会上宣布了电流通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律。焦耳测量了热与机械功之间的当量关系当量关系热功当量，为热力学热功当量，为热力学第一定律和能量守恒定律的建立奠第一定律和能量守恒定律的建立奠定了实验基础。定了实验基础。一、焦耳的实验 系统只由于外界对它做功而与外界交换能量它不

3、从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，这样的过程叫外界吸热，也不向外界放热，这样的过程叫绝热过程绝热过程绝热过程：绝热过程：焦耳实验是一个需要在绝热过程中完成的实验焦耳实验是一个需要在绝热过程中完成的实验焦耳的两个代表性实验：焦耳的两个代表性实验：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 实验结论：只要重力所做的功相同，容器内水温上实验结论：只要重力所做的功相同，容器内水温上升的数值都是相同的，即系统状态的变化是相同的。升的数值都是相同的，即系统状态的变化是相同的。重物下落带动轮叶旋转，通过搅拌对绝热容器内的液体重物下落带动轮叶旋转，通过搅拌对绝热

4、容器内的液体做功，使液体升温，即状态发生变化。做功，使液体升温，即状态发生变化。实验二：对系统做电功实验二：对系统做电功 电流通过电热丝使电流通过电热丝使绝热容器内的液体温绝热容器内的液体温度升高。度升高。结论：结论：对同一系统，在绝热过程中只要所做的电功相同，系统对同一系统，在绝热过程中只要所做的电功相同，系统温度上升的数值就相同，即系统的状态变化相同。温度上升的数值就相同，即系统的状态变化相同。焦耳的实验说明什么问题？焦耳的实验说明什么问题？1、在各种不同的绝热过程中，如果使系统从状在各种不同的绝热过程中，如果使系统从状态态1变为状态变为状态2，所需外界做功的数量是相同的。，所需外界做功的

5、数量是相同的。也就是说，在各种不同的绝热过程中，要使系也就是说，在各种不同的绝热过程中，要使系统状态发生变化，做功的数量只由始末两个状态统状态发生变化，做功的数量只由始末两个状态决定，与做功方式无关。决定，与做功方式无关。2.2.测出了热功当量（热与机械功之间的当量关系）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，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。了实验基础。在热力学系统的绝热过程中，外界对系统所做的功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仅由过程的始末两个状态始末两个状态决定，不依赖于做功的决定，不依赖于做功的具体具

6、体过程和方式过程和方式。类比思考：哪些力做功仅由物体的起点和终点类比思考：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？两个位置决定，与物体的运动路径无关？重力重力 电场力电场力 重力做功对应重力势能重力做功对应重力势能电场力做功对应电势能（电能）电场力做功对应电势能（电能）在热力学系统的绝热过程中，外界对系统所做的功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仅由过程的始末两个状态始末两个状态决定，不依赖于做功的决定，不依赖于做功的具体具体过程和方式过程和方式。功是能量转化的量度功是能量转化的量度内能U：只依赖于系统自身状态的物理量：只依赖于系统自身状态的物理量

7、 内能与状态参量温度、体积有关，内能与状态参量温度、体积有关，即由它的状态决定即由它的状态决定 内能的增加量内能的增加量UU2U1等于外界对系等于外界对系统所做的功统所做的功UW二、内能二、内能呈现雾状呈现雾状1.系统指的是什么？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，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。那么我们的系统也就是这二部分气体。2.出现了什么现象？出现了什么现象？3.为什么会呈现雾状？为什么会呈现雾状？为什么会呈现雾状？为什么会呈现雾状？当用打气筒向瓶内打气时，外界对系统当用打气筒向瓶内打气时，外界对系统做功，使得系统的内

8、能增加，温度升高，做功，使得系统的内能增加，温度升高，压强增大，使瓶塞从瓶口中喷出。看到雾压强增大，使瓶塞从瓶口中喷出。看到雾状物的原因在于，在塞子突然跳起时，气状物的原因在于，在塞子突然跳起时，气体绝热膨胀对外做功，内能减少，温度下体绝热膨胀对外做功，内能减少，温度下降，水蒸汽（或酒精蒸气）有一部分被液降，水蒸汽（或酒精蒸气）有一部分被液化成小液滴化成小液滴功与系统内能改变的关系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

9、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，内能和功的单位都是焦耳国际单位制中，内能和功的单位都是焦耳(J)(J)三、热传递三、热传递 两个温度不同的物体互相接触时温度高的物体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，这个过程称之为到热平衡即温度相等为止，这个过程称之为热传递热传递热传递的热传递的三种方式三种方式：热传导热传导、热对流热对流、热辐射热辐射思考：思考：请同学们想办法如何将一段铁丝的温

10、度升高？请同学们想办法如何将一段铁丝的温度升高？四、热和内能四、热和内能 1、在外界对系统没有做功的情况在外界对系统没有做功的情况下，下，内能和热量之间有什么样的关系呢？内能和热量之间有什么样的关系呢？即在外界对系统不做功的情况下，外界传即在外界对系统不做功的情况下，外界传递给系统的递给系统的热量热量等于系统内能的改变量等于系统内能的改变量UQ五、功、热和内能五、功、热和内能做功做功是内能和其他形式的能发生转化是内能和其他形式的能发生转化热传递热传递是不同物体或同一物体不同部分内能的转移是不同物体或同一物体不同部分内能的转移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

11、等效的 但是它们还是有但是它们还是有重要区别重要区别的的 UQUW不同能量形式的转化不同能量形式的转化同种能量形式的转移同种能量形式的转移例例1 1、如果铁丝的温度升高了，则（、如果铁丝的温度升高了，则（）A.A.铁丝一定吸收了热量铁丝一定吸收了热量 B.B.铁丝一定放出了热量铁丝一定放出了热量C.C.外界可能对铁丝做功外界可能对铁丝做功 D.D.外界一定对铁丝做功外界一定对铁丝做功解析：解析：做功和做功和热传递对热传递对改改变变物体的内能是等效的，物体的内能是等效的，温度升高可能是做功，也可能是温度升高可能是做功，也可能是热传递热传递。故。故C正确。正确。答案：答案：C例例2 2 下列关于热

12、量的说法，正确的是下列关于热量的说法，正确的是 （）A.A.温度高的物体含有的热量多温度高的物体含有的热量多 B.B.内能多的物体含有的热量多内能多的物体含有的热量多C.C.热量、功和内能的单位相同热量、功和内能的单位相同 D.D.热量和功都是过程量，而内能是一个状态量热量和功都是过程量，而内能是一个状态量解析：解析：热热量和功都是量和功都是过过程量，而内能是一个状程量，而内能是一个状态态量，量，所以不能所以不能说说温度高的物体含有的温度高的物体含有的热热量多，内能多的量多，内能多的物体含有的物体含有的热热量多；量多；热热量、功和内能的量、功和内能的单单位相同都位相同都是焦耳。是焦耳。选选C、

13、D答案：答案：C、D注意：注意：热量是单纯的传热过程热量是单纯的传热过程中系统内能变化的一个量度，中系统内能变化的一个量度，是一个是一个过程量过程量，不能讲在某个，不能讲在某个时刻物体具有多少热量应该讲时刻物体具有多少热量应该讲在热传递过程中有多少热量从在热传递过程中有多少热量从高温物体传递到了低温物体高温物体传递到了低温物体热传导热传导热沿着物体传递的热传递方式，不同物质热沿着物体传递的热传递方式，不同物质传导热的能力各不相同，容易传导热的物体称之为热传导热的能力各不相同，容易传导热的物体称之为热的良导体，所有金属都是热的良导体，不容易传导热的良导体，所有金属都是热的良导体，不容易传导热的物

14、体称之为热的不良导体，如空气、橡胶、绒毛、的物体称之为热的不良导体，如空气、橡胶、绒毛、棉纱、木头、水、油等棉纱、木头、水、油等热对流热对流靠液体或气体的流动来传递热的方式，热靠液体或气体的流动来传递热的方式，热对流是液体和气体所特有的热传递方式对流是液体和气体所特有的热传递方式热辐射热辐射热从高温物体向周围以电磁波的形式沿直热从高温物体向周围以电磁波的形式沿直线射出去的方式，热辐射不依赖媒介质，可在真空中线射出去的方式，热辐射不依赖媒介质，可在真空中进行，温差越大，表面颜色越深，物体向外的热辐射进行，温差越大，表面颜色越深，物体向外的热辐射能力越强能力越强详解热传递和三种方式详解热传递和三种

15、方式小结小结1、焦耳热功当量实验、焦耳热功当量实验2、绝热过程、绝热过程3、物体内能的宏观描述、物体内能的宏观描述4、绝热过程中作功和内能的关系、绝热过程中作功和内能的关系5、热传递、热传递6、热和内能、热和内能一、热传递说明：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。在这个过程中我们说，热量从高温物体传递到了低温物体，这个过程称之为热传递。问：热传递分别有哪几种方式？（热传导、热对流、热辐射）问：这三种方式如何区分？（热沿着物体传递的传递方式，不同物质传到热的能力各不相同，容易传到热的物体称之为热的良导体，所有金属都是热的良

16、导体，不容易传导热的物体称之为热的不良导体，如空气、橡胶、绒毛、棉纱、木头、水、油等；热对流是靠液体或气体的流动来传递热的方式，热对流是液体和气体所特有的热传递方式，热辐射是热从高温物体向周围以电磁波的形式沿直线射出去的方式，热辐射不依赖媒介质，可在真空中进行，温差越大，表面颜色越深，物体向外的热辐射能力越强）二、热和内能问：改变物体的内能有哪两种方式？（做功和热传递）问：在系统绝热过程中，内能和功之间有怎样的关系？（UW，即在系统和外界没有热交换的情况下，外界对系统所做的功等于系统内能的改变量）问：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？（UQ，即在外界对系统不做功的情

17、况下，外界传递给系统的热量等于系统内能的改变量）问：热量有什么需要注意的地方？（内能是单纯的传热过程中系统内能变化的一个量度，是一个过程量，与功类似，我们知道功是一个过程量，不能讲某个时候物体具有多少功，而应该讲在某个过程中物体做了多少功。与此相类似，不能讲在某个时刻物体具有多少热量应该讲在热传递过程中有多少热量从高温物体传递到了低温物体）问：做功和热传递对改变物体的内能有什么区别吗？（做功是内能和其他形式的能如机械能、电能等等发生转化；而热传递是不同物体或同一物体不同部分内能的转移）拓展阅读一：拓展阅读一：拓展阅读二：拓展阅读二：1.下列说法正确的是（下列说法正确的是（）A 分子的动能与分子

18、的势能的和叫做这个分分子的动能与分子的势能的和叫做这个分子的内能子的内能B 物体的分子势能由物体的温度和体积决定物体的分子势能由物体的温度和体积决定C 物体的速度增大时，物体的内能增大物体的速度增大时，物体的内能增大D 物体的内能减小时，物体的温度可能增加物体的内能减小时，物体的温度可能增加D练习巩固练习巩固2.一个铁块沿斜面匀速滑下，关于物体的机械能一个铁块沿斜面匀速滑下，关于物体的机械能和内能的变化，下列判断中正确的是（和内能的变化，下列判断中正确的是（）A 物体的机械能和内能都不变物体的机械能和内能都不变B 物体的机械能减少，内能不变物体的机械能减少，内能不变 C 物体的机械能增加，内能

19、增加物体的机械能增加，内能增加D 物体的机械能减少，内能增加物体的机械能减少，内能增加D 3 3、如如图图所所示示,绝绝热热具具有有一一定定质质量量的的活活塞塞,活活塞塞的的上上部部封封闭闭着着气气体体,下下部部为为真真空空,活活塞塞与与器器壁壁的的摩摩擦擦忽忽略略不不计计,置置于于真真空空中中的的轻轻弹弹簧簧的的一一端端固固定定于于理理想想气气体体容容器器的的底底部部.另另一一端端固固定定在在活活塞塞上上,弹弹簧簧被被压压缩缩后后用用绳绳扎扎紧紧,此此时时弹弹簧簧的的弹弹性性势势能能为为E EP P(弹弹簧簧处处于于自自然然长长度度时时的的弹弹性性势势能能为为零零),),现现绳绳突突然然断断

20、开开,弹弹簧簧推推动动活活塞塞向向上上运运动动,经经过过多多次次往复运动后活塞静止往复运动后活塞静止,气体达到平衡态气体达到平衡态,经过此过程经过此过程（）A AE EP P全部转换为气体的内能全部转换为气体的内能B.EB.EP P一部分转换成活塞的重力势能一部分转换成活塞的重力势能,其余部分仍其余部分仍 为弹簧的弹性势能为弹簧的弹性势能C CE EP P全部转换成活塞的重力势能和气体的内能全部转换成活塞的重力势能和气体的内能D DE EP P一部分转换成活塞的重力势能一部分转换成活塞的重力势能,一部分转换一部分转换 为气体的内能为气体的内能,其余部分仍为弹簧的弹性势能其余部分仍为弹簧的弹性势

21、能04年全国理综年全国理综17理想理想气体气体 D05年全国卷年全国卷19.4 4、一定质量的气体经历一缓慢的绝热膨胀过程。、一定质量的气体经历一缓慢的绝热膨胀过程。设气体分子间的势能可忽略，则在此过程中设气体分子间的势能可忽略，则在此过程中（）A A外界对气体做功，气体分子的平均动能增加外界对气体做功，气体分子的平均动能增加B B外界对气体做功，气体分子的平均动能减少外界对气体做功，气体分子的平均动能减少C C气体对外界做功，气体分子的平均动能增加气体对外界做功，气体分子的平均动能增加D D气体对外界做功，气体分子的平均动能减少气体对外界做功，气体分子的平均动能减少D5.5.金属制成的气缸中

22、装有柴油与空气的混合物有可能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达到燃点的过程是使气缸中柴油达到燃点的过程是 ()()A A迅速向里推活塞迅速向里推活塞B B迅速向外拉活塞迅速向外拉活塞CC缓慢向里推活塞缓慢向里推活塞 D D缓慢向外拉活塞缓慢向外拉活塞A6.6.一个物体以较大的初速度沿粗糙的斜面向上滑行，一个物体以较大的初速度沿粗糙的斜面向上滑行，在物体上滑的过程中，物体内分子的平均动能将在物体上滑的过程中，物体内分子的平均动能将 ，物体的机械能将，物体的机械能将 ，物体的内能将，物体的内能将 。(填填“增大增大”“”“不变不变”或或“减小减小”)增大、减小、增大增大、减

23、小、增大7.7.一定质量的气体封闭在绝热的气缸内。当用活塞压一定质量的气体封闭在绝热的气缸内。当用活塞压缩气体时一定增大的物理量为：缩气体时一定增大的物理量为：气体的压强；气体的压强；气体的密度；气体的密度；气体的内能；气体的内能；气体的分子势能。其中正确的是气体的分子势能。其中正确的是 ()()A A B B CC D DB8.8.斜面的高度是斜面的高度是0.6m0.6m，倾角是，倾角是3737。质量是。质量是1kg1kg的的物体由斜面的顶端滑到底端，已知动摩擦因数是物体由斜面的顶端滑到底端，已知动摩擦因数是0.250.25、g=10m/sg=10m/s2 2，则在这过程中系统内能的增量，则

24、在这过程中系统内能的增量是是 ()()A A2J B2J B4J C4J C6J6J D D8J8JA问题与练习问题与练习1.（从功是能量转化的量度角度出发思考）（从功是能量转化的量度角度出发思考）例例1：汽车刹车：汽车刹车例例2：双手摩擦：双手摩擦例例3：电磁感应中，阻尼振动中的能量变化：电磁感应中，阻尼振动中的能量变化2.10.1-2重物的重力势能转化为水的内能；重物的重力势能转化为水的内能；10.1.3重物的机械能转化为电能，电能再重物的机械能转化为电能，电能再转化为液体的内能转化为液体的内能问题与练习问题与练习3（1）气体在真空中绝热膨胀）气体在真空中绝热膨胀的过程中，不受阻力，所以气体的过程中，不受阻力，所以气体不做功。不做功。需要特别注意的是，当气体向真空中膨需要特别注意的是，当气体向真空中膨胀时，气体不做功，这样的膨胀通常称为自由膨胀时，气体不做功，这样的膨胀通常称为自由膨胀胀（2）气体在大气中绝热膨胀的过程中，气体对外）气体在大气中绝热膨胀的过程中，气体对外做功，所需要的能量来自于做功，所需要的能量来自于气体的内能，因此在此过程中，气体的内能，因此在此过程中，气体的内能要减少。气体的内能要减少。K10-1-1abcd气体A真空BK10-1-2abcd气体A气体C