功、热和内能的改变_课件
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如图所示，大口玻璃瓶内有一些水，水的上方有水蒸气，向瓶 内打气，当瓶塞跳出时，瓶内会有什么变化？为什么？
瓶口附近呈现雾状
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。
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。
电场力
电场力做功对应电势能（电能）
内能
宏观定义（热力学对内能的定义）： 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 一种能量，这种能量叫做系统的内能。 微观定义（分子动理论对内能的定义）： 物体中所有分子的热运动动能和分子势能的总和，叫做物体的 内能。
微观：分子热运动的激烈程度、分子间距、分子数 U
因此内能的两种定义是一致的
做功与气体体积变化的关系
压缩气体
V减小
气体不自由膨胀 气体自由膨胀
V增加 V增加
绝热
外界对气体做功
U增加
绝热
气体对外界做功
U减小
绝热
气体对外界不做功 U不变
做功与系统内能改变的关系
做功可以改变系统的内能：功是能量转化的量度
在热力学系统的绝热过程中 ①若外界对系统做功，系统的内能增加 ②若系统对外界做功，系统的内能减少
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
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 。
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
重力做功对应重力势能
体积变→分子势能变
物体的内能决定于它的温度和体积
虽然温度、体积能影响内能， 但是注意这句话却不能作为判断两物体内能大小的依据。
如 0°C的冰熔化成0°C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
滑滑梯滑至底端时，有灼 热感，这是为什么？
问题与练习
举几个例子说明做功可以改变系统的内能。
①在水平公路上行驶的汽车，发动机熄火后，速度越来越小，最后停 止。汽车克服阻力做功，将机械能转化为内能。 ②在阻尼震动中，单摆的振幅越来越小，最后停下来。单摆克服阻 力做功，机械能转化为内能。 ③在电磁感应中，将线框的机械能转化为线框中的电能，电能再转 化为内能，使线框发热。 ④柴油机工作中的压缩冲程。 ⑤给自行车打气时，气筒壁会发热 ⑥锯木头，锯条会很烫 ⑦冬天，手冷时，两手互相搓一搓
前情回顾
什么是内能？内能大小的影响因素是什么？
内能：物体内所有分子热运动的动能和分子势能的总和，叫做 物体的内能。
与摩尔数有关
与温度有关 与体积有关
内能与物体的摩尔数、温度和体积有关
前情回顾
质量、温度相同的物体，内能必定相等对吗？ 不一定。比如0°C的冰和水
物体的内能与温度和体积的变化
温度变→分子动能变
重物下落带动叶片搅拌容器中的水，引起水温上升
焦耳的实验
焦耳二个代表性实验：焦耳热功当量实验装置—电功
实验结论：对同一个系统，如果 过程是绝热的，只要所做的电功 相等，则系统温度上升的数值是 相同的，即系统的状态变化是相 同的。
焦耳的实验
实验结论： 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
焦耳的实验
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，这样的过程叫做绝热过程。
焦耳实验是一个需要在绝热过程中完成的实验
焦耳的实验
焦耳二个代表性实验：焦耳热功当量实验装置—机械功
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。
实质:其他形式的能 与内能的相互转化
末态内能大于初态内能时，ΔU 末态内能小于初态内能时，ΔU为 为正，W为正，外界对系统做功 负，W为负，系统对外界做功
内能与做功
需要注意的几个问题 ①做功与内能的变化（绝热过程） 做功改变物体内能的过程是将其他形式的能(如机械能)与内 能相互转化的过程 做功使物体内能发生变化时，内能改变了多少用做功的数值来 量度
宏观：温度、体积、物质的量（状态）
对绝热系统做功：
国际单位制中，内能和功的单位都是焦耳( J )
内能
试分析说明内能的两种定义并不矛盾
当系统状态改变时， 按照热力学对内能的 定义，则物体的内能 改变；
而按分子动理论，系统状态改变时 ，描述系统状态的参量发生了变化 ，例如温度和体积改变，
而分子的平均动能与温度有关，分 子的势能与体积有关，所以系统的 内能就要改变。
古人用钻木取火的方 式获取火源 为何用钻木的方式可 以获得火源？
给你一根钢丝，如何才能改变它的内能呢？
做功
热传递
“摩擦”
“烧”
“折”
“晒”
“敲打”
“烤”
“锯”
“烫”
… “冻”或者“冰
”
…
演示实验
在有机玻璃筒底放置少量易燃物，例如硝化棉，或浸过乙醚的棉花、 火柴头等。迅速压下筒中的活塞，观察筒底物品的变化。
这个实验说明了什么？
做功使得物体（密闭气 体）温度升高
焦耳实验
了解焦耳两个实验的原理和结论 理解做功方式可以改变内能
焦耳的实验
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。
精品 课件
高中物理Hale Waihona Puke Baidu择性必修3 第三章 热力学定律
功、热和内能的改变
新人教版
特级教师优秀课件精选
教学目标
了解焦耳的两个实验的原 理 知道做功和传热是改变内能的两种方 式 通过焦耳实验的研究，培养学生的科学探索精神
教学重点 理解物体内能的概念 绝热过程中的功与内能的关系
教学难点 内能的改变与做功的方式无关，仅与做功的数量有关
外界对物体做多少功，物体的内能就增加多少 物体对外界做多少功，物体的内能就减少多少
内能与做功
需要注意的几个问题
②和讨论重力势能一样，我们能确定的只是内能的变化 因为任何状态的内能，只有在标准参考态的值确定后，才可 能做出相应的确定值。 由此可知，要测得物体某一状态内能的绝对值，是不可能的。
做功改变内能的运用
瓶口附近呈现雾状
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。
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。
电场力
电场力做功对应电势能（电能）
内能
宏观定义（热力学对内能的定义）： 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 一种能量，这种能量叫做系统的内能。 微观定义（分子动理论对内能的定义）： 物体中所有分子的热运动动能和分子势能的总和，叫做物体的 内能。
微观：分子热运动的激烈程度、分子间距、分子数 U
因此内能的两种定义是一致的
做功与气体体积变化的关系
压缩气体
V减小
气体不自由膨胀 气体自由膨胀
V增加 V增加
绝热
外界对气体做功
U增加
绝热
气体对外界做功
U减小
绝热
气体对外界不做功 U不变
做功与系统内能改变的关系
做功可以改变系统的内能：功是能量转化的量度
在热力学系统的绝热过程中 ①若外界对系统做功，系统的内能增加 ②若系统对外界做功，系统的内能减少
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
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 。
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
重力做功对应重力势能
体积变→分子势能变
物体的内能决定于它的温度和体积
虽然温度、体积能影响内能， 但是注意这句话却不能作为判断两物体内能大小的依据。
如 0°C的冰熔化成0°C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
滑滑梯滑至底端时，有灼 热感，这是为什么？
问题与练习
举几个例子说明做功可以改变系统的内能。
①在水平公路上行驶的汽车，发动机熄火后，速度越来越小，最后停 止。汽车克服阻力做功，将机械能转化为内能。 ②在阻尼震动中，单摆的振幅越来越小，最后停下来。单摆克服阻 力做功，机械能转化为内能。 ③在电磁感应中，将线框的机械能转化为线框中的电能，电能再转 化为内能，使线框发热。 ④柴油机工作中的压缩冲程。 ⑤给自行车打气时，气筒壁会发热 ⑥锯木头，锯条会很烫 ⑦冬天，手冷时，两手互相搓一搓
前情回顾
什么是内能？内能大小的影响因素是什么？
内能：物体内所有分子热运动的动能和分子势能的总和，叫做 物体的内能。
与摩尔数有关
与温度有关 与体积有关
内能与物体的摩尔数、温度和体积有关
前情回顾
质量、温度相同的物体，内能必定相等对吗？ 不一定。比如0°C的冰和水
物体的内能与温度和体积的变化
温度变→分子动能变
重物下落带动叶片搅拌容器中的水，引起水温上升
焦耳的实验
焦耳二个代表性实验：焦耳热功当量实验装置—电功
实验结论：对同一个系统，如果 过程是绝热的，只要所做的电功 相等，则系统温度上升的数值是 相同的，即系统的状态变化是相 同的。
焦耳的实验
实验结论： 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
焦耳的实验
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，这样的过程叫做绝热过程。
焦耳实验是一个需要在绝热过程中完成的实验
焦耳的实验
焦耳二个代表性实验：焦耳热功当量实验装置—机械功
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。
实质:其他形式的能 与内能的相互转化
末态内能大于初态内能时，ΔU 末态内能小于初态内能时，ΔU为 为正，W为正，外界对系统做功 负，W为负，系统对外界做功
内能与做功
需要注意的几个问题 ①做功与内能的变化（绝热过程） 做功改变物体内能的过程是将其他形式的能(如机械能)与内 能相互转化的过程 做功使物体内能发生变化时，内能改变了多少用做功的数值来 量度
宏观：温度、体积、物质的量（状态）
对绝热系统做功：
国际单位制中，内能和功的单位都是焦耳( J )
内能
试分析说明内能的两种定义并不矛盾
当系统状态改变时， 按照热力学对内能的 定义，则物体的内能 改变；
而按分子动理论，系统状态改变时 ，描述系统状态的参量发生了变化 ，例如温度和体积改变，
而分子的平均动能与温度有关，分 子的势能与体积有关，所以系统的 内能就要改变。
古人用钻木取火的方 式获取火源 为何用钻木的方式可 以获得火源？
给你一根钢丝，如何才能改变它的内能呢？
做功
热传递
“摩擦”
“烧”
“折”
“晒”
“敲打”
“烤”
“锯”
“烫”
… “冻”或者“冰
”
…
演示实验
在有机玻璃筒底放置少量易燃物，例如硝化棉，或浸过乙醚的棉花、 火柴头等。迅速压下筒中的活塞，观察筒底物品的变化。
这个实验说明了什么？
做功使得物体（密闭气 体）温度升高
焦耳实验
了解焦耳两个实验的原理和结论 理解做功方式可以改变内能
焦耳的实验
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。
精品 课件
高中物理Hale Waihona Puke Baidu择性必修3 第三章 热力学定律
功、热和内能的改变
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教学目标
了解焦耳的两个实验的原 理 知道做功和传热是改变内能的两种方 式 通过焦耳实验的研究，培养学生的科学探索精神
教学重点 理解物体内能的概念 绝热过程中的功与内能的关系
教学难点 内能的改变与做功的方式无关，仅与做功的数量有关
外界对物体做多少功，物体的内能就增加多少 物体对外界做多少功，物体的内能就减少多少
内能与做功
需要注意的几个问题
②和讨论重力势能一样，我们能确定的只是内能的变化 因为任何状态的内能，只有在标准参考态的值确定后，才可 能做出相应的确定值。 由此可知，要测得物体某一状态内能的绝对值，是不可能的。
做功改变内能的运用