高中物理：功和内能 热和内能

（
D）
A．EP全部转换为气体的内能
B. EP一部分转换成活塞的重力势能,其余部分仍
为弹簧的弹性势能
理想 气体
C．EP全部转换成活塞的重力势能和气体的内能
D．EP一部分转换成活塞的重力势能,一部分转换
为气体的内能,其余部分仍为弹簧的弹性势能
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？
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
从焦耳的实验中可以得出什么结论？
1.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,仅与做功数量有关。
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。
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。
如图所示,绝热具有一定质量的活塞,活塞的上部封闭着气体, 下部为真空,活塞与器壁的摩擦忽略不计,置于真空中的轻弹簧的一 端固定于理想气体容器的底部.另一端固定在活塞上,弹簧被压缩后 用绳扎紧,此时弹簧的弹性势能为EP(弹簧处于自然长度时的弹性 势能为零),现绳突然断开,弹簧推动活塞向上运动,经过多次往复运 动后活塞静止,气体达到平衡态,经过此过程
为什么会呈现雾状？
• 当用打气筒向瓶内打气时,外界对系统做 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,温度下降,水蒸汽（或酒精蒸 气）有一部分被液化成小液滴
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
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
重物下落带动轮叶旋转,通过搅拌对绝热容器内 的液体做功,使液体升温,即状态发生变化。
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,即系统状态的
变化是相同的。
实验二：对系统做电功
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。
内能与状态参量温度、体积有关, 即由它的状态决定
内能的增加量△U＝U2－U1等于外界对系统
所做的功
△U＝W
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△U=U2-U1就等于外界对系统所做的 功W,即△U=W。
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？
一、焦耳的实验(Joule experiment)
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．
焦耳在做热功当量实验
实验一：对系统做机械功
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？ 呈现雾状
3.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,温度下降,水蒸汽（或酒精蒸 气）有一部分被液化成小液滴
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
重力做功对应重力势能
电场力做功对应电势能（电能）
二、内能
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。
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
K b c 气体A a 真空B
• 不做功。需要特别注意的是,当气体向真d 10空-1-1 中膨胀
时,气体不做功,这样的膨胀通常称为自由膨胀．
• （2）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 • 气体的内能,因此在此过程中, • 气体的内能要减少。
b
K
c 气体A a 气体C
d
1Байду номын сангаас-1-2
拓展
• 对于气体在膨胀或压缩的情况下,气体 做功有如下结论：膨胀时气体对外界做功； 压缩时外界对气体做功．也即气体体积增 大,则气体对外界做功；气体体积减小,则外 界对气体做功．若在绝热的情况下,气体对 外界做功其内能减少；外界对气体做功其 内能增加．
问题与练习
• 4.（1）气体在真空中绝热膨胀 • 的过程中,不受阻力,所以气体