高二物理選修3-3_10.1_功和內(nèi)能_LI

1、第十章熱力學(xué)定律高中物理選修33知識回顧知識回顧: :1.1.什么叫內(nèi)能？什么叫內(nèi)能？ 與哪些因素有關(guān)？與哪些因素有關(guān)？2.2.質(zhì)量、溫度相同的物體，內(nèi)能必定相等質(zhì)量、溫度相同的物體，內(nèi)能必定相等對嗎？對嗎？ 物體內(nèi)所有分子做熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能和物體內(nèi)所有分子做熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能和分子勢能的總和叫物體的內(nèi)能。溫度、分子勢能的總和叫物體的內(nèi)能。溫度、體積、摩爾數(shù)體積、摩爾數(shù)錯(cuò)。比如錯(cuò)。比如0 00 0C C的冰和水。的冰和水。物體的內(nèi)能與溫度和體積的關(guān)系物體的內(nèi)能與溫度和體積的關(guān)系 溫度變化時(shí)分子動(dòng)能變化，體積變化時(shí)溫度變化時(shí)分子動(dòng)能變化，體積變化時(shí)分子勢能變化，因此物體的內(nèi)能決定于它的分子勢能變化，因此物

2、體的內(nèi)能決定于它的溫度和體積，溫度和體積，雖然溫度、體積能影響內(nèi)能，雖然溫度、體積能影響內(nèi)能，但是這句話卻不能作為判斷兩物體內(nèi)能大小但是這句話卻不能作為判斷兩物體內(nèi)能大小的依據(jù)。如，的依據(jù)。如，0 0OOC C的冰熔化成的冰熔化成OOC C水體積減小，水體積減小，不能就此認(rèn)為其勢能也減小，而應(yīng)該從改變不能就此認(rèn)為其勢能也減小，而應(yīng)該從改變內(nèi)能的方式上分析內(nèi)能的方式上分析, ,冰熔化過程吸收熱量，內(nèi)冰熔化過程吸收熱量，內(nèi)能增加，而溫度不變，所增加的只是分子的能增加，而溫度不變，所增加的只是分子的勢能勢能 一、焦耳的實(shí)驗(yàn)一、焦耳的實(shí)驗(yàn)焦耳焦耳 1818年年12月月24日生于英日生于英國曼徹斯特國曼

3、徹斯特 ，起初研究電，起初研究電學(xué)和磁學(xué)。學(xué)和磁學(xué)。 1840年在英國年在英國皇家學(xué)會(huì)上宣布了電流通過皇家學(xué)會(huì)上宣布了電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生熱量的定律，即焦導(dǎo)體產(chǎn)生熱量的定律，即焦耳定律。焦耳測量了熱與機(jī)耳定律。焦耳測量了熱與機(jī)械功之間的當(dāng)量關(guān)系械功之間的當(dāng)量關(guān)系熱熱功當(dāng)量，為熱力學(xué)第一定律功當(dāng)量，為熱力學(xué)第一定律和能量守恒定律的建立奠定和能量守恒定律的建立奠定了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。1 1絕熱過程絕熱過程 系統(tǒng)只通過對外界做功或外界對它做功而與系統(tǒng)只通過對外界做功或外界對它做功而與外界交換能量，它不從外界吸熱，也不向外外界交換能量，它不從外界吸熱，也不向外界放熱，這樣的過程叫做絕熱過程。界放熱，這

4、樣的過程叫做絕熱過程。2 2焦耳的實(shí)驗(yàn)及結(jié)論焦耳的實(shí)驗(yàn)及結(jié)論(1)(1)熱功當(dāng)量實(shí)驗(yàn)熱功當(dāng)量實(shí)驗(yàn)熱量以卡為單位時(shí)與功的單位焦耳之間的數(shù)熱量以卡為單位時(shí)與功的單位焦耳之間的數(shù)量關(guān)系量關(guān)系, ,相當(dāng)于單位熱量的功的數(shù)量相當(dāng)于單位熱量的功的數(shù)量, ,叫做熱功叫做熱功當(dāng)量，當(dāng)量，即即1卡卡=4.1840焦耳焦耳 焦耳熱功當(dāng)量實(shí)驗(yàn)裝置焦耳熱功當(dāng)量實(shí)驗(yàn)裝置機(jī)械功機(jī)械功 在測定熱功當(dāng)量的實(shí)驗(yàn)中，在測定熱功當(dāng)量的實(shí)驗(yàn)中，重物下落帶重物下落帶動(dòng)葉片攪拌容器中的水，引起水溫上升動(dòng)葉片攪拌容器中的水，引起水溫上升。焦。焦耳的多次實(shí)驗(yàn)測量表明，耳的多次實(shí)驗(yàn)測量表明，只要重力所做的功只要重力所做的功相同，容器內(nèi)水溫上升

5、的數(shù)值就相同相同，容器內(nèi)水溫上升的數(shù)值就相同，即系，即系統(tǒng)的狀態(tài)變化是相同的。統(tǒng)的狀態(tài)變化是相同的。焦耳熱功當(dāng)量實(shí)驗(yàn)裝置焦耳熱功當(dāng)量實(shí)驗(yàn)裝置電功電功(2)(2)通過電流的熱效應(yīng)給水加熱通過電流的熱效應(yīng)給水加熱 在通過電流的熱效應(yīng)給水加熱的實(shí)驗(yàn)中在通過電流的熱效應(yīng)給水加熱的實(shí)驗(yàn)中，多次實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，對同一個(gè)系統(tǒng)，如果過多次實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，對同一個(gè)系統(tǒng)，如果過程是絕熱的，程是絕熱的，只要所做的電功相等，則系統(tǒng)只要所做的電功相等，則系統(tǒng)溫度上升的數(shù)值是相同的溫度上升的數(shù)值是相同的，即系統(tǒng)的狀態(tài)變，即系統(tǒng)的狀態(tài)變化相同?；嗤＃?）實(shí)驗(yàn)結(jié)論：實(shí)驗(yàn)結(jié)論：要使系統(tǒng)狀態(tài)通過絕熱過程發(fā)生變化，做要使系統(tǒng)狀態(tài)通

6、過絕熱過程發(fā)生變化，做功的數(shù)量只由過程始末兩個(gè)狀態(tài)決定，而功的數(shù)量只由過程始末兩個(gè)狀態(tài)決定，而與做功的方式無關(guān)與做功的方式無關(guān)二、功與系統(tǒng)內(nèi)能改變的關(guān)系二、功與系統(tǒng)內(nèi)能改變的關(guān)系1.1.做功可以改變系統(tǒng)的內(nèi)能做功可以改變系統(tǒng)的內(nèi)能外界對系統(tǒng)做功，系統(tǒng)的內(nèi)能增加外界對系統(tǒng)做功，系統(tǒng)的內(nèi)能增加系統(tǒng)對外界做功，系統(tǒng)的內(nèi)能減少。系統(tǒng)對外界做功，系統(tǒng)的內(nèi)能減少。2.2.功是系統(tǒng)內(nèi)能轉(zhuǎn)化的量度功是系統(tǒng)內(nèi)能轉(zhuǎn)化的量度3.3.實(shí)質(zhì)實(shí)質(zhì): :其他形式的能與內(nèi)能的相互轉(zhuǎn)化其他形式的能與內(nèi)能的相互轉(zhuǎn)化4.4.國際單位制中，國際單位制中，內(nèi)能和功的單位都是內(nèi)能和功的單位都是焦耳焦耳( J )( J )UU2U1 =W

7、（用（用U U表示表示內(nèi)能內(nèi)能；WW表示表示功功）做功與內(nèi)能的變化做功與內(nèi)能的變化 做功改變物體內(nèi)能的過程是將其他形式的做功改變物體內(nèi)能的過程是將其他形式的能能( (如機(jī)械能如機(jī)械能) )與內(nèi)能相互轉(zhuǎn)化的過程，做與內(nèi)能相互轉(zhuǎn)化的過程，做功使物體內(nèi)能發(fā)生變化時(shí)，內(nèi)能改變了多功使物體內(nèi)能發(fā)生變化時(shí)，內(nèi)能改變了多少用做功的數(shù)值來量度。少用做功的數(shù)值來量度。外界對物體做多外界對物體做多少功，物體的內(nèi)能就增加多少；物體對外少功，物體的內(nèi)能就增加多少；物體對外界做多少功，物體的內(nèi)能就減少多少界做多少功，物體的內(nèi)能就減少多少。需要注意的幾個(gè)問題需要注意的幾個(gè)問題 壓縮氣體，壓縮氣體，外界對氣體做了功，氣體的

8、外界對氣體做了功，氣體的內(nèi)能增加，內(nèi)能增加，氣體內(nèi)能的增加量等于外界對氣體內(nèi)能的增加量等于外界對氣體做的功的多少；氣體做的功的多少；氣體膨脹，氣體膨脹，是氣體對是氣體對外界做功，氣體內(nèi)能減小，外界做功，氣體內(nèi)能減小，氣體內(nèi)能的減氣體內(nèi)能的減少量等于氣體膨脹對外做的功的多少少量等于氣體膨脹對外做的功的多少。 實(shí)質(zhì)上對氣體我們還能從另一個(gè)方面實(shí)質(zhì)上對氣體我們還能從另一個(gè)方面來判斷，那就是看氣體的體積來判斷，那就是看氣體的體積，被研究的，被研究的氣體體積增大就一定對外做功。氣體的體氣體體積增大就一定對外做功。氣體的體積減小，外界就一定對氣體做功。積減小，外界就一定對氣體做功。 在絕熱過程中，末態(tài)內(nèi)能

9、大于初態(tài)內(nèi)能在絕熱過程中，末態(tài)內(nèi)能大于初態(tài)內(nèi)能時(shí)，時(shí)， U U為正，為正，WW為正，外界對系統(tǒng)做功。為正，外界對系統(tǒng)做功。末態(tài)內(nèi)能小于初態(tài)內(nèi)能時(shí)，末態(tài)內(nèi)能小于初態(tài)內(nèi)能時(shí)， U U為負(fù)，為負(fù)，WW為負(fù)，系統(tǒng)對外界做功為負(fù)，系統(tǒng)對外界做功。內(nèi)能和其他形式。內(nèi)能和其他形式的能一樣，是狀態(tài)量，物體的狀態(tài)一定時(shí)，的能一樣，是狀態(tài)量，物體的狀態(tài)一定時(shí)，它的內(nèi)能也一定。和討論重力勢能一樣，它的內(nèi)能也一定。和討論重力勢能一樣，我們能確定的只是內(nèi)能的變化。因?yàn)槿魏挝覀兡艽_定的只是內(nèi)能的變化。因?yàn)槿魏螤顟B(tài)的內(nèi)能，只有在標(biāo)準(zhǔn)參考態(tài)的值確定狀態(tài)的內(nèi)能，只有在標(biāo)準(zhǔn)參考態(tài)的值確定后，才可能做出相應(yīng)的確定值。由此可知，后，

10、才可能做出相應(yīng)的確定值。由此可知，要測得物體某一狀態(tài)內(nèi)能的絕對值，是不要測得物體某一狀態(tài)內(nèi)能的絕對值，是不可能的?？赡艿摹?dòng)畫：熱傳遞動(dòng)畫：熱傳遞3、熱傳遞有三種方式：熱傳導(dǎo)、熱對流、熱輻射。、熱傳遞有三種方式：熱傳導(dǎo)、熱對流、熱輻射。2、發(fā)生條件：、發(fā)生條件：物體之間或物體的不同部分之間存在溫物體之間或物體的不同部分之間存在溫度差。度差。1、兩個(gè)溫度不同的物體相互接觸時(shí)溫度高的物、兩個(gè)溫度不同的物體相互接觸時(shí)溫度高的物體要降溫，溫度低的物體要升溫，我們說熱量體要降溫，溫度低的物體要升溫，我們說熱量從高溫物體傳到了低溫物體。這樣的過程叫做從高溫物體傳到了低溫物體。這樣的過程叫做熱傳遞。熱傳遞。

11、三、熱和內(nèi)能三、熱和內(nèi)能 1、熱量是在單純的傳熱過程中系統(tǒng)內(nèi)能變化的量度。、熱量是在單純的傳熱過程中系統(tǒng)內(nèi)能變化的量度。當(dāng)系統(tǒng)從狀態(tài)當(dāng)系統(tǒng)從狀態(tài)1經(jīng)過單純的傳熱達(dá)到狀態(tài)經(jīng)過單純的傳熱達(dá)到狀態(tài)2，內(nèi)能的增，內(nèi)能的增量量U=U2-U1就等于外界向系統(tǒng)傳遞的熱量就等于外界向系統(tǒng)傳遞的熱量Q，即，即U=Q。 2、像做功一樣，熱量的、像做功一樣，熱量的概念也只有在涉及能量的概念也只有在涉及能量的傳遞時(shí)才有意義。所以不傳遞時(shí)才有意義。所以不能說物體具有多少熱量，能說物體具有多少熱量，只能說物體吸收或放出了只能說物體吸收或放出了多少熱量。多少熱量。 外界沒有對系統(tǒng)（水）外界沒有對系統(tǒng)（水）做功，只對系統(tǒng)傳熱

12、，做功，只對系統(tǒng)傳熱，同樣能改變系統(tǒng)的狀態(tài)。同樣能改變系統(tǒng)的狀態(tài)。拓展思考拓展思考：在單純傳熱過程在單純傳熱過程中，系統(tǒng)從外界吸熱，系統(tǒng)中，系統(tǒng)從外界吸熱，系統(tǒng)的內(nèi)能怎么變？數(shù)量上有什的內(nèi)能怎么變？數(shù)量上有什么關(guān)系？若系統(tǒng)對外界放熱么關(guān)系？若系統(tǒng)對外界放熱呢？呢？1 1、物體從外界吸熱，物體內(nèi)能增加。、物體從外界吸熱，物體內(nèi)能增加。2 2、物體對外界放熱，物體內(nèi)能減少。、物體對外界放熱，物體內(nèi)能減少。做功和熱傳遞的區(qū)別做功和熱傳遞的區(qū)別 1、做功使物體內(nèi)能發(fā)生改變的時(shí)候，內(nèi)能的改、做功使物體內(nèi)能發(fā)生改變的時(shí)候，內(nèi)能的改變就用功數(shù)值來量度外界對物體做多少功，變就用功數(shù)值來量度外界對物體做多少功，

13、物體的內(nèi)能就增加多少；物體對外界做多少功物體的內(nèi)能就增加多少；物體對外界做多少功，物體的內(nèi)能就減少多少，物體的內(nèi)能就減少多少 熱傳遞使物體的內(nèi)能發(fā)生改變的時(shí)候，內(nèi)能熱傳遞使物體的內(nèi)能發(fā)生改變的時(shí)候，內(nèi)能的改變用熱量來量度的物體吸收多少熱量，的改變用熱量來量度的物體吸收多少熱量，物體的內(nèi)能就增加多少；物體放出多少熱量，物體的內(nèi)能就增加多少；物體放出多少熱量，物體的內(nèi)能就減少多少物體的內(nèi)能就減少多少 2做功和熱傳遞在改變物體的內(nèi)能上是等效的做功和熱傳遞在改變物體的內(nèi)能上是等效的 3做功和熱傳遞在本質(zhì)上是不同的：做功和熱傳遞在本質(zhì)上是不同的： 做功使物體的內(nèi)能改變，是其他形式的能量做功使物體的內(nèi)能改

14、變，是其他形式的能量和內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)化（不同形式能量間的轉(zhuǎn)化）和內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)化（不同形式能量間的轉(zhuǎn)化） 熱傳遞使物體的內(nèi)能改變，是物體間內(nèi)能的熱傳遞使物體的內(nèi)能改變，是物體間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移（同種形式能量的轉(zhuǎn)移）轉(zhuǎn)移（同種形式能量的轉(zhuǎn)移） 例例1.1.如圖所示，活塞將汽缸分成甲、乙兩氣室，如圖所示，活塞將汽缸分成甲、乙兩氣室，汽缸、活塞汽缸、活塞( (連同拉桿連同拉桿) )是絕熱的，且不漏氣。是絕熱的，且不漏氣。以以E E甲甲、E E乙乙分別表示甲、乙兩氣室中氣體的分別表示甲、乙兩氣室中氣體的內(nèi)能，則在將拉桿緩慢向外拉的過程中內(nèi)能，則在將拉桿緩慢向外拉的過程中( ( ) )A AE E甲甲不變，不變，

15、E E乙乙減小減小B BE E甲甲不變，不變，E E乙乙增大增大C CE E甲甲增大，增大，E E乙乙不變不變DDE E甲甲增大，增大，E E乙乙減小減小D例例2.2.絕熱過程中，外界壓縮氣體做功絕熱過程中，外界壓縮氣體做功20 J20 J，下列說法中正確的是下列說法中正確的是( ( ) )A A氣體內(nèi)能一定增加氣體內(nèi)能一定增加20 J20 JB B氣體內(nèi)能增加必定小于氣體內(nèi)能增加必定小于20 J20 JC C氣體內(nèi)能增加可能小于氣體內(nèi)能增加可能小于20 J20 JDD氣體內(nèi)能可能不變氣體內(nèi)能可能不變A例例3.3.采用絕熱采用絕熱( (即不與外界交換熱量即不與外界交換熱量) )的方式的方式使一

16、定量的氣體由初狀態(tài)使一定量的氣體由初狀態(tài)A A變化至終狀態(tài)變化至終狀態(tài)B B。對于不同的絕熱方式，下面說法中正。對于不同的絕熱方式，下面說法中正確的是確的是( () )A A對氣體所做的功不同對氣體所做的功不同B B對氣體所做的功相同對氣體所做的功相同C C對氣體不需做功，因?yàn)闆]有能量的傳遞對氣體不需做功，因?yàn)闆]有能量的傳遞DD可以確定可以確定A A狀態(tài)的內(nèi)能狀態(tài)的內(nèi)能B例例4.4.如圖所示，容器如圖所示，容器A A、B B中各有一個(gè)可自由移中各有一個(gè)可自由移動(dòng)的活塞，活塞下面是水，上面是大氣，大動(dòng)的活塞，活塞下面是水，上面是大氣，大氣壓恒定，氣壓恒定，A A、B B的底部由帶閥門的底部由帶閥

17、門K K的管道相的管道相連，整個(gè)裝置與外界絕熱，原先連，整個(gè)裝置與外界絕熱，原先A A中水面比中水面比B B中高，打開閥門，使中高，打開閥門，使A A中的水逐漸向中的水逐漸向B B中流，中流，最后達(dá)到平衡，在這個(gè)過程中最后達(dá)到平衡，在這個(gè)過程中 ( ( ) )A A大氣壓力對水做功，水的內(nèi)能增加大氣壓力對水做功，水的內(nèi)能增加B B水克服大氣壓力做功，水的內(nèi)能減少水克服大氣壓力做功，水的內(nèi)能減少C C大氣壓力對水不做功，大氣壓力對水不做功，水的內(nèi)能不變水的內(nèi)能不變DD大氣壓力對水不做功，大氣壓力對水不做功，水的內(nèi)能增加水的內(nèi)能增加D1.1.金屬制成的氣缸中裝有柴油與空氣的混合物金屬制成的氣缸中裝有柴油與空氣的混合物有可能使氣缸中柴油