第十章1.功和内能

【判断】
(1)做功可以改变物体的内能．( √ ) (2)做功改变内能的过程实际上是机械 能转化为内能的过程．(√ ) (3)“钻木取火”是内能转化为机械 能．(× )
【选择】 • 4．如图所示为焦耳实验装置简图，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，使水温升 高．关于这个实验，下列说法正确的是( AC )
探究二：功和内能的定量关系
2 焦耳的两个代表性实验
代表性实验1:(对系统做机械功) 重物下落带动叶片搅拌水
代表性实验2:(对系统做电功) 电流的热效应给水加热
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．它启迪人们继续发 现了各种物质运动之间的相互转化关系，为能量转 化和守恒定律的建立奠定了基础．
答案：AC
练习
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 （ D） A．外界对气体做功，气体分子的平均动能增加 B．外界对气体做功，气体分子的平均动能减少 C．气体对外界做功，气体分子的平均动能增加 D．气体对外界做功，气体分子的平均动能减少
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 子的内能
小试身手 1．(多选)用下述方法改变物体的内能，属于做功的 方式是( ) A．搓搓手会感到手暖和些 B．汽油机气缸内被压缩的气体 C．车刀切下的炽热的铁屑 D．物体在阳光下被晒热 答案： ABC
判断正误 1．在焦耳的热功当量实验中是通过做功使水温升 高．( √ ) 2．绝热过程中系统内部与外界不存在热交换．( √ )
3 归纳与总结
焦耳的实验表明： 在各种不同绝热过程中，如果使系统
从状态1变为状态2，所需外界做功的数量 是相同的。
也就是： 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、内能
内能的宏观认识
绝热过程中，外界对系统所做 的功，仅由过程的始末状态决定， 不依赖于做功的具体过程和方式。
2、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（ ）
A.迅速向里推活塞 B.迅速向外拉活塞 C.缓慢向里推活塞 D.缓慢向外拉活塞
如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( )
不计分子 间的势能
wenku.baidu.com 练一练
1.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
容器壁间的摩擦力，则被密封的气体( 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，内能增加
任何一个热力学系统，都必定存在一个 只依赖于自身状态的物理量，这个物理量 在两个状态间的差别与外界在绝热过程中 所做的功相联系。我们把这个物理量称为 内能。
2 做功与改变内能的关系
由ΔU = W 可知： 若外界对系统做功（W > 0）， 则系统内能增加（ΔU> 0 ）； 若系统对外界做功（W < 0）， 则系统内能减小（ΔU < 0 ）。
我们的祖先很早就发明了“钻木取火”的用具 你知道“钻木取火”的道理吗？
〔演示〕——教材P50
压下活塞，观察筒底物品的变化
焦耳
1818年12月24日生于英国曼彻 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 立奠定了实验基础。
• A．这个装置可测定热功当量 • B．传热增加了水的内能 • C．做功增加了水的内能 • D．功和热量是完全等价的，无区别
牛刀小试：
1、下列现象属于用做功的方法改变系统内能 的是（ ） A.放在火炉边的物体温度升高了 B.把一 杯热水放在冷水中冷却 C.用铁锤锻打工件，工件会发热 D.拉弯 的弓把箭射出去
实验一：对系统做机械功
探究二：功和内能的定量关系
一、焦耳的实验(Joule experiment)
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，这样的过程叫做绝热过程。
特点： 内外有能量交换，无热交换方式
探究二：功和内能的定量关系
代表性实验1
⑴ 实验装置
功是能量转化的量度,有多少能量发生转化就做了多少功．即 W=ΔE 或 W=-ΔE； 例如：Ｗ合＝ΔEＫ；ＷＧ外＝ΔE 机 ；Ｗq＝-ΔEp；ＷG＝-ΔEP 3.做功与内能的关系 做功可以改变系统的内能，在国际单位制中，内能和功的单位都是焦耳(J)。 绝热过程中功是系统内能转化的__量__度____，做功与内能变化的关系：ΔU＝W .
C) W>0 △U=W 内能增加
绝热
理想
气体
温度升高
分子平均动能增加
pV C T
压强增大
练一练
2.如图所示，绝热容器中间用隔板隔开，左
侧装有气体，右侧为真空．现将隔板抽掉,
使左侧气体自由膨胀直至达到平衡，则在
此过程中(不计气体的分子势能)( C)
气体自由膨胀不做功
A．气体对外界做功，温度降低，内能减少
知识点二 内能 提炼知识 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，我们把这个物理量称之为系统的内能． 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 .
判断正误 1．内能的增加量始终等于外界对系统所做的 功．( × ) 2．系统的内能是由它的状态决定的．( √ )
3．实验结论 （1）在绝热过程中使系统状态发生变化，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。 （2）热量以卡为单位时与功的单位焦耳之间的数量关系,相当于 单位热量的功的数量,叫做热功当量，即 1卡=4.1840焦耳。
二、功和内能 1．内能：依赖于一个热力学系统 自身状态 的物理量，是热力学系统的一种能量. 2．功与能的关系：
轴
叶片
绝
重物P′
热 材
料
重物P
叶片
装水的容器
探究二：功和内能的定量关系
代表性实验1
⑵ 实验过程
重物下落 带动叶片转动 对水做功
⑶ 实验现象 水由于摩擦 而温度上升
⑷ 实验结论
尽管各次悬挂重物的重量不同，
下落高度也不一样，但只要做功相同， 容器内水温上升的数值都是相同的， 即系统的状态变化是相同的。
探究二：功和内能的定量关系
代表性实验2：对系统做电功
现象：电流通 过电热丝使绝 热容器内的液 体温度升高。
结论：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。
两个实验
焦耳的两个代表性实验教材P50
实验一
实验二
实验装置
通过重物下落带动叶片搅水，靠叶片与水 通过重物下落使发电机发
拓展思考：
什么是绝热过程？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，系统的内能怎么变？数量上有什么关系？
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。
知识回顾:
1.什么叫内能？ 与哪些因素有关？
物体内所有分子做热运动的动能和 分子势能的总和叫物体的内能。内能与 温度、体积、摩尔数等有关。
2.质量、温度相同的物体，内能必定相等 对吗？
错。比如00C的冰和水，分子平均动能相， 而分子势能不同。
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？
2.地面附近有一正在上升的空气团，它与外界的热交换忽略不计．已
知大气压强随高度增加而降低，则该空气团在上升过程中(不计气团
内分子间的势能) ( C ) A．体积减小，温度降低
压强减小
B．体积减小，温度不变
体积增大
温度降低
C．体积增大，温度降低 D．体积减小，温度不变
对外界做功
△U=W
内能减小
动能减小
B 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 D 物体的内能减小时，物体的温度可能增加
2.一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（ D ） A 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 C 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
做功正负与内能变化的关系
(1)在绝热过程中，外界对系统做功，系统的__内__能__增__加__。 U2__>_U1,内能的增量就等于外界__对__系__统___做__的__功___， 即W=ΔU＝U2－U1__>__0。 (2)在绝热过程中，系统对外界做功，系统的__内__能__减__少__。 内能的减少量就等于系统__对__外__界__做__的__功__，U2___<U1, 即ΔU＝U2－U1__<__0。
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
解析：该实验测定做功和内能变化的关系．可以 测定热功当量，A正确；该实验是绝热过程，没有 热传递，内能的改变是由于做功，C正确；做功表 示能量的转化，而热量表示热传递中内能的转移， 二者有区别，B、D错误．
△U=W
B．气体对外界做功，温度不变，内能减少
内能不变 不计气体的
C．气体不做功，温度不变，内能不变
分子势能
D．气体不做功，温度不变，内能减少
温度不变
做功方式
摩擦使水温升高，通过机械功实现能量转 化,这个装置可测定热功当量实验测定做
电，电流通过电阻丝做功使 水温升高，通过电功实现能
功和内能变化的关系——热功当量。 量转化
实验条件 容器及其中的水组成的系统与外界绝热
共性 外界对系统做功数值上相同，系统温度上升数值相同，内能改变相同
探究二：功和内能的定量关系