高中物理-功和内能 热和内能
热功内能概念辨析
功、热和内能概念辩析功、热和内能是中学物理教材中最易混淆的物理概念之一。
很多同学对它们的联系和区别难以弄清。
现辩析如下。
高中物理甲种本教材中对三个物理量的叙述是这样的：“能够改变物体内能的物理过程有两个：做功和热传递。
做功使物体的内能发生变化的时候，内能的变化就用做功来量度；热传递使物体内能发生变化的时候，内能的变化是用热量来量度的。
”“所谓热能不过是内能的一种通俗的说法”等。
由此可见，功和热与内能的关系是：功是内能转化．．的量度，热是内能转移．．的量度。
两者仅仅是一种量度而已，就象直尺用来测量布匹的长度、量筒用来测量水量的体积、质量用来量度物体惯性的大小等一样，两者本身并不是内能的一部分。
因此，象“一个物体包含了多少功”、“一个物体内能越多，热量就越多”、“热量就是内能的一种通俗的说法”等等，都是错误的说法。
也就是说，内能是物体本身具有的一种能量，而热量和功则不是物体所具有的东西，只有当内能发生变化时，才需要做功或者热传递，才用功或者热量来量度其变化大小。
功与热是改变内能的两种方式，两者在内能改变的效果上是相同的。
但它们有着本质的区别。
做功是内能与其它形式的能之间发生转化，如机械能、电能转化为内能等，即能量在形式上发生了改变。
而热传递仅仅是内能发生了转移，从一个物体(或物体的一部分)转移到另一个物体(或物体的另一个部分)，能的形式没有改变。
我们可以讲“做功产生了热量”、“消耗热量可以做功”，但不能说“功可以转化为热”或“热可以转化为功”。
因此，两者的共性是：都是内能改变的量度，区别是：本质及量度的对象(即能的形式)不同。
两者的数量关系为：1卡＝4.2焦，即热功当量为J=4.2J/cal。
另外，内能的一个通俗但不确切的说法是热能，即通常讲的热能是指物体的内能。
但热能不是热量，两者不要搞错。
下面举例辩析。
例1：对铁丝加热，铁丝的温度升高了；用锤子敲打铁丝，铁丝的温度也升高，这说明：A.功可以转化为热量B.功和热量在本质上是相同的C.对物体做功和对物体传热是一回事D.做功和热传递对改变物体内能是等效的辩析：有不少同学是这样分析的：因为锤子对铁丝做了功，铁丝的温度就升高，故功转化成了物体内能，故A正确；又不管是用做功,还是用传热的方式,铁丝的温度都一样地升高了,因此两者本质上肯定是相同的,故BCD正确。
10.1-2-3 功和内能、热和内能、 热力学第一定律 能量守恒定律
3．下列关于热量的说法，正确的是( CD )
A．温度高的物体含有的热量多 B．内能多的物体含有的热量多 C．热量、功和内能的单位相同 D．热量和功都是过程量，而内能是一个状态量
做功
改变内能的两种方式 热传递
对内 对外
（外界对物 （物体对 体做功） 外界做功）
内能增加 内能减少
U W
吸热
（物体从 外界吸热）
（1）热传导：热量从系统的一部分传到另一部分或由一个系统传到另一系统的现象叫做 热传导。
（2）对流：液体或气体中较热部分和较冷部分之间通过循环流动使温度趋于均匀的过程 （3）热辐射：物体因自身的温度而具有向外发射能量的本领，这种热传递的方式叫做热 辐射。
二、热量
1、定义：在单纯的传热过程中系统内能变化的量度。
（1）在单纯的热传递过程中，系统从外界吸收多少热量，系统的内能就增 加多少，即Q吸=△U 。（2）在单纯的热传递过程中，系统向外界放出多少 热量，系统的内能就减少多少，即Q放= -△U。
3、热传递具有方向性：热量不会自发地从低温物体传递到高温物体。 4、做功和热传递在改变内能上的比较
（1）做功和热传递在改变内能上是等效的。
结论：做功使得物体（密闭气体）温度升高，即做功可以改变物体的内能。
焦耳的实验
焦耳
詹姆斯·普雷斯科 特·焦耳（1818年12月24 日－1889年10月11日）， 英国物理学家，出生于曼 彻斯特近郊的沙弗特 。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.
高中物理 第十章 热力学定律 第1、2节 功和内能 热和内能讲义(含解析)新人教版选修3-3-新人教
第1、2节功和内能热和内能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，也不向外界放热的过程。
2．绝热过程中系统内能的增加量等于外界对系统所做的功，即ΔU＝W。
3．热传递：热量从物体的高温部分传递到低温部分，或从高温物体传递给低温物体的过程。
4．系统在单纯的传热过程中，内能的增量ΔU等于外界向系统传递的热量Q，即ΔU＝Q。
5．做功和热传递是改变内能的两种方式且具有等效性，但二者实质不同。
一、焦耳的实验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。
3．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。
二、功和内能1．内能的概念(1)内能是描述热力学系统自身状态的物理量。
(2)在绝热过程中做功可以改变热力学系统所处的状态。
2．绝热过程中内能的变化(1)表达式：ΔU＝W。
(2)外界对系统做功，W为正；系统对外界做功，W为负。
三、热和内能1．热传递(1)条件：物体的温度不同。
(2)过程：温度不同的物体发生热传递，温度高的物体要降温，温度低的物体要升温，热量从高温物体传到低温物体。
(3)热传递的三种方式：热传导、热对流、热辐射。
2．热和内能(1)单纯地对系统传热也能改变系统的热力学状态，即热传递能改变物体的内能。
(2)热量：在单纯的传热过程中系统内能变化的量度。
(3)单纯的传热过程中内能的变化。
①公式：ΔU＝Q。
②物体吸热，Q为正；物体放热，Q为负。
1．自主思考——判一判(1)温度高的物体含有的热量多。
(×)(2)内能大的物体含有的热量多。
(×)(3)热量一定从内能多的物体传递给内能少的物体。
(×)(4)做功和热传递都可改变物体的内能，从效果上是等效的。
(√)(5)在绝热过程中，外界对系统做的功小于系统内能的增加量。
功、热、内能及热力学第一定律
做功和热传递的区别与联系
（1）做功改变内能的实质： 其它形式的能和内能之间的转化
（2）热传递改变内能的实质： 各系统间内能的转移
（3）做功和热传递在改变内能的效果： 效果相同
（不同能量形式的转化） （同种能量形式的转移）
改变内能的两种方式
做功
热传递
对内
对外
吸热
放热
（外界对系统做功） （系统对外界做功） （系统从外界吸热） （系统对外界放热）
自主学习：能量守恒定律
1.各科学家对能量守恒的贡献？ 2.热力学第一定律与能量守恒定律的关系？
解：取1 g水为研究对象，大气视为外界，1 g 沸腾的水变成同温度的 水蒸气需要吸收热量，同时由于体积膨胀，系统要对外做功，所以有 ΔU＜Q吸.
气体在等压下膨胀做功： W=p(V2-V1)=1.013×105×(1 676-1.043)×10-6 J=169.7 J.
气体吸热：Q=mL=1×2 263.8 J=2 263.8 J. 根据热力学第一定律：
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
内能与状态参量温度、体积有关，即由它的状态决定
系统由状态1经过绝热过程到状态2内能的增加量△U＝U2－U1
等于外界对系统所做的功 即 △U＝W（注意W的正负）
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。
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。
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：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。
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。
选修3-3 功和内能-热和内能 优秀课件
⑶ 实验现象
水由于摩擦
而温度上升
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
⑷ 实验结论
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
3 绝热过程
系统内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。
结论： 使系统状态的绝热过程发生变化，做 功的数量只由过程始末状态决定，与 做功方法与做功过程无关。
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
做功和热传递的区别
1、做功使物体内能发生改变的时候，内能的改 变就用功数值来量度．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．
热传递使物体的内能发生改变的时候，内能 的改变用热量来量度的．物体吸收多少热量， 物体的内能就增加多少；物体放出多少热量， 物体的内能就减少多少．
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，压强减小，内能增加
图10－1－2
【思路点拨】 明确研究对象是密闭的气体，由功和内能的 关系得出温度的变化，再利用理想气体状态方程求解．
•【自主解答】 由F对密闭的气体做功，容器及活塞绝热， 则Q＝0，由功和内能的关系知理想气体内能增大，T升高， 再根据pV/T＝C，V减小，p增大，故选C.
描述系统两状态间差别与外界在 绝热过程中对系统做功的物理量
精品课件 高中物理必修 功、热和内能的改变
新知讲解
二、功与内能的改变
在绝热过程中，外界对系统做功，系统的内能增加；系统对外做功，系统的内能减少。
新知讲解
二、功与内能的改变
1.内能
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对系统所做的功相联系。我们把这个物理量称为系统的内能。
新知讲解
三、热与内能的改变
4.热与内能的改变
（1）像做功一样，热量的概念也只有在涉及能量的传递时才有意义。所以不能说物体具
有多少热量，只能说物体吸收或放出了多少热量。
（2）做功和热传递都可以改变物体的内能，且效果是相同的。
外界没有对系统（水）做功，只对系统传
热，同样能改变系统的状态。
结论：热量是在单纯的传热过程中系统内
7．在下述现象中没有通过做功而使物体内能改变的是（ BD ）
A．电流通过电炉而使温度升高
B．在阳光照射下，水的温度升高
C．铁锤打铁块，使铁块温度升高
D．夏天在室内放几块冰，室内会变凉快
课堂练习
8．对于热量、功、内能三个量，下列说法中正确的是（ CD ）
A．热量、功、内能三个量的物理意义是等同的
B．热量和功二者可作为物体内能大小的量度
被密封的气体（ C ）
A．温度传感器
B．压力传感器
C．磁传感器
D．光传感器
课堂练习
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 ）
A．气体对外界做功，温度降低，内能减少
B．气体对外界做功，温度不变，内能减少
高中物理 功和内能 热和内能
3.发生热传递的条件
结论：当物体之间或物体的不同部分之间存在温度差 时才能发生热传递.
1．关于热传递，下列说法正确的是( B)
A．热传递的实质是热温量度的传递
B．物体间存在温度差，才能发生热传递 C．热传递可以在任何情况下进行
物体间存在温度
差才能发生热传 递.在达到温度相 同后停止热传递
D．物体内能发生改变，一定是吸收或放出了热量
其他形 式的能
外界对系统做正功 加入水，水的上方有水蒸气.用带孔橡皮塞把 瓶口塞住，向瓶内打气，当瓶塞跳出时，观察瓶内的变化. 1.系统指的是什么？ 2.出现了什么现象？ 3.为什么会呈现雾状？
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？
2．做功和热传递在本质上是不同的： 做功使物体的内能改变，是其他形式的能量和内能之间的 转化（不同形式能量间的转化）
热传递使物体的内能改变，是物体间内能的转移（同种形 式能量的转移）
四、内能与热量的区别
内能是一个状态量,一个物体在不同的状态下有不同的内能
热量是一个过程量，它表示由于热传递而引起的变化过程 中转移的能量，即内能的改变量. 如果没有热传递，就没有热量可言，但此时仍有内能.
可能是与外界发生了热传递，也可能 是由于外界对其做功或其对外界做功
二、热和内能
外界没有对系统（水）做 功，只对系统传热，同样 能改变系统的状态.
结论：热量是在单纯的传热过程中系统内能变化的量度.当系统从状态1 经过单纯的传热达到状态2，内能的增量△U=U2-U1就等于外界向系统 传递的热量Q，即△U=Q.
说明
像做功一样，热量的概念也只有在涉及能量的传递时才有意 义.所以不能说物体具有多少热量，只能说物体吸收或放出 了多少热量.
高中物理选修3-3-功和内能+热和内能
功和内能热和内能知识元改变内能的两种方式知识讲解一、功和内能1.功与系统内能改变的关系：做功可以改变系统的内能。
（1）外界对系统做功，系统的内能增加，在绝热过程中，内能的增量就等于外界对系统做的功，即：ΔU=U2-U1=W（2）系统对外界做功，系统的内能减少。
在绝热过程中，系统对外界做多少功，内能就减少多少，即W=-ΔE2.在绝热过程中，功是系统内能转化的量度3.功和内能的区别（1）功是能量转化的量度，是过程量，而内能是状态量（2）做功过程中，能量一定会发生转化，而内能不一定变化（3）内能变化时不一定有力做功，也可能是传热改变了物体的内能。
物体的内能大，并不意味着做功多二、热和内能1.传热与内能改变的关系（1）不仅对系统做功可以改变系统的热力学业状态，单纯的对系统传热也能改变系统的热力淡定状态，所以热量是在单纯的传热过程中系统内能变化的量度（2）在单纯传热中，系统从外界吸收多少热量，内能就增加多少；系统向外界放出多少热量，系统的内能就减少多少。
即：ΔU=U2-U1=Q2.传热改变物体内能的过程是物体间内能转移的过程3.内能与热量的区别内能是一个状态量，一个物体在不同的状态下具有不同的内能，而热量是一个过程量，它表示由于传热而引起的内能变化过程中转移的能量，即内能的改变量。
如果没有传热，就无所谓热量，但此时物体仍有一定的内能例题精讲改变内能的两种方式例1.用力搓手感觉手会发热、冬天在阳光下觉得暖和等物理现象表明：____和_____在改变物体内能上可以起到相同的效果。
例2.关于热传递，下列说法中正确的是（）A．热传递的实质是温度的传递B．物体间存在着温度差，才能发生热传递C．热传递可以在任何情况下进行D．物体内能发生改变，一定是吸收或放出了热量例3.如图所示，在较厚的有机玻璃筒底部，放置少量易燃物，如蓬松的硝化棉。
迅速压下筒中的活塞，可看到硝化棉被点燃而发出火光。
对该实验现象的下列说法中正确的是（）A．这个实验说明功可以变成能B．这个实验说明做功可以改变筒内空气的内能C．用厚有机玻璃做筒和迅速压缩都是为了保证该过程为绝热过程D．活塞向下迅速压缩过程，筒内空气的分子平均动能和分子势能都增大了例4.小实验：将钢丝掰直后，快速来回弯曲，用手接触弯曲部分会感觉____，这是由于________________________________________。
2021学年高中物理第10章热力学定律第1节功和内能课件新人教版选修3_3
• (1)在绝热过程中，外界对系统做功，系统的__内__能__增__加。内能的增量就等于外 界对__系__统__做__的__功_____，即ΔU＝U2－U1＝__W____。
• (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_____，即ΔU＝U2－U1＝__－__W____。
• 『选一选』
• (多项选择)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BC物D理量有(不计气体分子势能)(
)
• A．气体体积
B．气体分子密度
• C．气体内能 D．气体分子的平均动能
• 解析：外力做功，气体体积减小，分子密度增大，内能增 加，温度升高，分子的平均动能增加。
• 『想一想』
根据理想气体状态方程pTV＝C 可判断压强一定增大，选项 B、D 错误。
〔对点训练〕 如图所示，厚壁容器的一端通过胶塞插进一个灵敏温度计和一 根气针，另一端有个用卡子卡住的可移动的胶塞。用 打气筒慢慢向筒内打气，使容器内的压强增加到一定 程度，这时读出温度计示数。打开卡子，胶塞冲出容
器口后( C )
• “火〞不但可以用来取暖，还可以用来加 热食物，“火〞把人类带入了文明的殿堂 。我们的祖先很早就创造了“钻木取火〞 的用具，使人们不再仅仅依靠自然的“恩 赐〞而得到“火〞。
• 你知道“钻木取火〞的道理吗？
提示：做功可以改变物体的内能，“钻木取火”就是通过外力做功，机械能 转化为内能。木材内能增加，温度达到着火点而燃烧。
第一节 功和内能
※ ※※
了解焦耳的热功当量实验，明确实验原理 理解内能的概念，并了解功是能量改变的量度
1
课前预习
新教材 人教版高中物理选择性必修第三册 第三章 热力学定律(知识点详解及配套习题)
第三章热力学定律1．功、热和内能的改变................................................................................................ - 1 -2. 热力学第一定律....................................................................................................... - 10 -3. 能量守恒定律........................................................................................................... - 10 -4. 热力学第二定律....................................................................................................... - 18 -章末复习提高................................................................................................................ - 28 -1．功、热和内能的改变一、功和内能1．焦耳的实验(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。
(2)代表性实验①重物下落带动叶片搅拌容器中的水，引起水温上升；②通过电流的热效应给水加热。
(3)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。
2．功和内能(1)内能：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对系统所做的功相联系。
10.1功和内能10.2热和内能
结论：做功使得物体（密闭气体）温度升高
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？
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
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
3、 如果铁丝的温度升高了，则（ C ）
A.铁丝一定吸收了热量
C.外界可能对铁丝做功
B.铁丝一定放出了热量
D.外界一定对铁丝做功
解析：做功和也可能是热传递。故C正确。 答案：C
巩固.练习
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
4、 下列关于热量的说法，正确的是
A.温度高的物体含有的热量多
（ CD ）
B.内能多的物体含有的热量多
C.热量、功和内能的单位相同 D.热量和功都是过程量，而内能是一个状态量 解析：热量和功都是过程量，而内能是一个状态量， 所以不能说温度高的物体含有的热量多，内能多的 物体含有的热量多；热量、功和内能的单位相同都 是焦耳。选C、D 答案：C、D
功、热和内能的改变(课件)高中物理(人教版2019选择性必修第三册)
热量（Q）：是在单纯的 传热过程中系统内能变化 的量度.（过程量，国际 制单位焦耳） Q
T1
T2
U1
U2
系统内能增量 ΔU=U2-U1
当系统从状态1经过单纯的传热达到状态2，内能的增量△U=U2-U1就等于外界向系统传 递的热量Q，即在外界对系统不做功的情况下，外界传递给系统的热量等于系统内能的
改变量。
特别提醒 (1)外界对某一系统做功时，系统的内能不一定增加，还要看该系统 有没有向外放热，以及向外放热的多少。 (2)在绝热过程中，系统内能的增加量等于外界对系统所做的功。
小试牛刀
对于热量、功和内能三个物理量，下列说法中正确的是( A ) A．热量和功与过程有关，而内能与状态有关 B．热量、功和内能的物理意义相同 C．热量和功都可以作为内能的量度 D．内能大的物体具有的热量多
内能减少
水内能增加
碳的内能减少
做功和热传递的区别
做功使物体内能发生改变，内能的改变就用功的数值来量度。
1、
热传递使物体的内能发生改变，内能的改变用热量来量度。
2、做功和热传递在本质上是不同的： 做功使物体的内能改变，是其他形式的能量
和内能之间的转化（不同形式能量间的转化）
热传递使物体的内能改变，是物体间内能的转 移（同种形式能量的转移），从微观角度，传热是 在分子相互作用下，通过分子热运动的碰撞实现内 能的转移。
1、外界对系统做功：
W>0 ，ΔU>0 内能增加 如果一个热学过程的状态变化发生得极快、经历时间很短，系统与外界交 换的热量就很少，即系统与外界来不及交换热量，这样的过程若不计传递的热， 可以看成绝热过程。
压燃实验
做一做 取一个透明塑料瓶，向瓶内注入少量的水。将橡胶塞打孔，
10.1功和内能热和内能
△U＝W
physic
练习巩固
1.下列说法正确的是（ ）
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
physic
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（ ） A.物体的机械能和内能都不变
physic
焦耳的实验（二）
physic
实验结论
多次实验结果表明：对同一系统，如果过 程是绝热的，那么不管通过电阻丝的电流 或大或小、通电时间或长或短，只要所做 的功相等，则系统温度上升的数值是相同 的，即系统的状态变化相同。 焦耳的实验说明什么问题？
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。
physic
physic
physic
热传导－－热沿着物体传递的热传递方式，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－－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
热传导－－热沿着物体传递的热传递方式，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－－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－－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
1.2.功和内能 热和内能
• 2．内能 • (1)内能的概念 • ①内能是描述热力学系统 自身状态 的物理 量． • ②在绝热过程中 做功 可以改变热力学系统 所处的状态． • (2)内能的变化 • 绝热过程中做功与内能的变化关系：ΔU ＝W. • 外界对系统做功，W为 正 ，系统对外界做功， W为 ．负
高中物理选修3-3课件
• ◎ 教材资料分析 • 〔演示〕——教材P50
• 压下活塞，观察筒底物品的变化
高中物理选修3-3课件
• 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？ • 【点拨】 这个实验说明了什么？ • 解析： 这个实验说明了活塞对气体做了功， 气体内能增加．活塞对气体做功，气体温度增 加，浸过乙醚的棉花着火点很低，因此燃烧起 来．
高中物理选修3-3课件
高中物理选修3-3课件
• 2．做功与内能变化的关系 • (1) 做功改变物体内能的过程是其他形式的能 (如机械能)与内能相互转化的过程． • (2) 在绝热过程中，外界对物体做多少功，就 有多少其他形式的能转化为内能，物体的内能 就增加多少． • 3．功和内能的区别 • (1)功是过程量，内能是状态量． • (2) 在绝热过程中，做功一定能引起内能的变 化． • (3) 物体的内能大，并不意味着做功多．在绝 热过程中，只有内能变化越大时，对应着做功
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• 解析： 绝热过程是指气体膨胀过程未发生热 传递，膨胀过程气体体积增大，外界对气体做 的功 W<0 ，由 ΔU ＝ U2 － U1 ＝ W 可知，气体内 能减小．由于气体分子间的势能忽略，故气体 分子的平均动能减小．故D正确． • 答案： D
功、热和内能的改变-高二物理课件(人教2019选择性必修第三册)
二、功与内能的改变
1．外界对物体做功，物体的内能增加。
2．物体对外界做功，物体的内能减少。
二、功与内能的改变
功和内能变化的关系：做功可以改变系统的内能。功是系统内 能转化的量度。
(1)ΔU＝W的适用条件是绝热过程.
一、焦耳的实验
小组讨论： 焦耳的热功当量实验和电流热效应给水加热的实验中做功的方式相 同吗？你能得出什么结论？ 在热力学系统的绝热过程中，外界对系统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.
热功当量：做功和热传递对改变物体的内能是等效的。
一、焦耳的实验
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
重力做功对应重力势能
电场力
电场力做功对应电势能（电能）
二、功与内能的改变
1、内能：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 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对系统所做的功 相联系.我们把这个物理量称为系统的内能.
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.
1、研究对象——热力学系统： 容器中的水——封闭系统：与外
界没有物质交换，但有能量交换。
2、状态变化过程 绝热过程：系统状态变化过程中
，只有外界对它做功而不与外界交换 能量。
3、焦耳的多次实验测量结论： 尽管各次悬挂重物的质量不同，下落的高度也不一样，但只要重力所做的
功相同，容器内水温上升的数值都是相同绝热过程中：外界对系统做功，系统的内能增加；系统 对外做功，系统的内能减少.
教科版高中物理选择性必修第三册第三章第1节热力学第一定律
三、做功与气体体积变化的关系
压缩气体
V减小
外界对气体做功 绝热 U增加
气体不自由膨胀
V增加
气体对外界做功 绝热 U减小
气体自由膨胀
V增加
气体对外界不做功 绝热 U不变
K
K
K
气体A
气体A 真空B
气体A 真空B
气体的自由膨胀不做功。
1.计算对气体做功
Δx
P
Sp
气体等压变化对外界做功
W
Va
Vb V
非等压变化
二、热力学第一定律
1.内容： 在系统跟外界同时发生做功和热传递的过程中，系
统内能的增加量ΔU等于系统从外界吸收的热量Q与外界
对系统所做的功W之和。
2.表达式：
ΔU=Q+W
ΔU ：物体内能的增加量
Q： 物体吸收的热量
热力学第一定律
W： 外界对物体做的功 3.物理意义：热力学第一定律不仅反映了做功与传热在改变系统内能方 面是等效的，而且给出了功、热量跟系统内能改变之间的定量关系.
一
、
功 、
研究表明
热
如果一个物体既不吸热也不放热，那么，当外界
量
对它做功时，物体内能增加，且增加量等于外界做的
与 内
功。当物体对外界做功时，物体内能减少，且减少量 等于物体做的功。
能
热传递可以改变物体内能
2.热传递可能改变物体的内能
研究表明 如果一个物体既不对外界做功，外界也不对它做
功，那么当物体从外界吸热时，物体内能增加，其增 加量等于吸收的热量；当物体向外放热时，物体内能 减少，其减少量等于放出的热量。
解 (1)1→3，不做功 3→2，做功为 W32=20×105×40×10-3J
高中物理复习 功,热量与内能
2．功和内能：(1)内能：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对系统所做的功相联系．鉴于功是能量变化的量度，所以这个物理量必定是系统的一种能量，我们把它称为系统的内能．(2)功和内能：在绝热过程中，外界对系统做的功等于系统内能的增加量，即ΔU＝W.二、热量与内能：1．热传递(1)条件：物体的温度不同．(2)定义：两个温度不同的物体相互接触时，温度高的物体要降温，温度低的物体要升温，热量从高温物体传到了低温物体．2．热和内能(1)热量：它是在单纯的传热过程中系统内能变化的量度．(2)表达式：ΔU＝Q.(3)热传递与做功在改变系统内能上的异同：①做功和热传递都能引起系统内能的改变．②做功时是内能与其他形式能的转化；热传递只是不同物体(或一个物体的不同部分)之间内能的转移．三、理解：1．内能：物体的内能是指物体内所有分子的平均动能和势能之和．(1)在微观上由分子数、分子热运动的剧烈程度和相互作用力决定，宏观上体现为物体的温度和体积，因此物体的内能是一个状态量．(2)在系统不吸热也不放热的绝热过程中，状态发生的变化是由于做功造成的，伴随的能量转化是外界的能量与系统自身的能量发生了转化，系统自身的能量称为内能．(3)造成系统内能变化的量与做功方式无关，与做功的数量有关．(4)内能是状态量，由它的状态、温度、体积、质量决定．2．(1)做功与内能变化的关系：当系统从某一状态经过绝热过程达到另一状态时，内能的增加量ΔU就等于外界对系统所做的功W，用式子表示为：ΔU＝U2－U1＝W.(2)系统内能的改变量ΔU只与初、末状态的内能U1和U2有关，与做功的过程、方式无关．(3)功和内能的区别①功是过程量，内能是状态量．②在绝热过程中，做功一定能引起内能的变化．③物体的内能大，并不意味着做功多，在绝热过程中，只有变化较大时，对应着做功较多．(4)分析绝热过程的方法1．在绝热的情况下，若外界对系统做正功，系统内能增加，ΔU为正值；若系统对外界做正功，系统内能减少，ΔU为负值．此过程做功的多少为内能转化多少的量度．2．在绝热过程中，内能和其他形式的能一样也是状态量，气体的初、末状态确定了，即在初、末状态的内能也相应地确定了，内能的变化ΔU也确定了．而功是能量转化的量度，所以ΔU＝W，即W为恒量，这也是判断绝热过程的一种方法．3．热传递(1)热量从高温物体传递到低温物体，或从物体的高温部分传递到低温部分，叫做热传递．(2)热传递的三种方式：热传导、热对流和热辐射．2．热传递的实质：热传递实质上传递的是能量，结果是改变了系统的内能．传递能量的多少用热量来量度．3．传递的热量与内能改变的关系(1)在单纯热传递中，系统从外界吸收多少热量，系统的内能就增加多少．即Q吸＝ΔU.(2)在单纯热传递中，系统向外界放出多少热量，系统的内能就减少多少．即Q放＝－ΔU.4．热传递具有方向性热量从高温物体传递到低温物体，或从物体的高温部分传递到低温部分，不会自发地从低温物体传递到高温物体或从物体的低温部分传递到高温部分．52．功和内能：(1)内能：任何一个热力学系统都必定存在一个只依赖于系统的物理量，这个物理量在两个状态间的差别与外界在过程中对系统所做的功相联系．鉴于功是能量的量度，所以这个物理量必定是系统的一种能量，我们把它称为系统的内能．(2)功和内能：在绝热过程中，外界对系统做的功等于系统内能的增加量，即 .二、热量与内能：1．热传递(1)条件：物体的不同．(2)定义：两个不同的物体相互接触时，温度高的物体要降温，温度低的物体要升温，从高温物体传到了低温物体．2．热和内能(1)热量：它是在单纯的传热过程中系统变化的量度．(2)表达式： .(3)热传递与做功在改变系统内能上的异同：①做功和热传递都能引起系统的改变．②做功时是内能与其他形式能的；热传递只是不同物体(或一个物体的不同部分)之间．三、理解：1．内能：物体的内能是指物体内所有分子的和之和．(1)在微观上由分子数、分子热运动的和决定，宏观上体现为物体的和，因此物体的内能是一个状态量．(2)在系统不吸热也不放热的绝热过程中，状态发生的变化是由于造成的，伴随的能量转化是外界的能量与系统自身的能量发生了转化，系统自身的能量称为内能．(3)造成系统内能变化的量与做功方式无关，与有关．(4)内能是，由它的状态、温度、体积、质量决定．2．(1)做功与内能变化的关系：当系统从某一状态经过绝热过程达到另一状态时，内能的增加量ΔU就等于外界对系统所做的功W，用式子表示为：ΔU＝U2－U1＝W.(2)系统内能的改变量ΔU只与初、末状态的内能U1和U2有关，与做功的过程、方式无关．(3)功和内能的区别①功是，内能是．②在绝热过程中，做功一定能引起的变化．③物体的内能大，并不意味着做功多，在绝热过程中，只有变化较大时，对应着做功较多．(4)分析绝热过程的方法1．在绝热的情况下，若外界对系统做，系统内能增加，ΔU为正值；若系统对外界做正功，系统内能，ΔU为负值．此过程做功的多少为内能转化多少的量度．2．在绝热过程中，内能和其他形式的能一样也是状态量，气体的初、末状态确定了，即在初、末状态的内能也相应地确定了，内能的变化ΔU也确定了．而功是的量度，所以ΔU＝W，即W为恒量，这也是判断绝热过程的一种方法．3．热传递(1)热量从传递到，或从物体的高温部分传递到低温部分，叫做热传递．(2)热传递的三种方式：、和．2．热传递的实质：热传递实质上传递的是，结果是改变了系统的内能．传递能量的多少用热量来量度．3．传递的热量与内能改变的关系(1)在单纯热传递中，系统从外界吸收多少热量，系统的内能就多少．即Q吸＝ΔU.(2)在单纯热传递中，系统向外界放出多少热量，系统的内能就多少．即Q放＝－ΔU.4．热传递具有方向性热量从高温物体传递到低温物体，或从物体的高温部分传递到低温部分，不会自发地从低温物体传递到高温物体或从物体的低温部分传递到高温部分．52．做功和热传递都可改变物体的内能，从效果上是等效的．( )3．热量一定从内能多的物体传递给内能少的物体．( )1．（多）如图1012所示，柱形容器内封有一定质量的空气，质量为m的光滑活塞与容器都用良好的隔热材料制成．另有质量为M的物体从活塞上方的A点自由下落到活塞上，并随活塞一起到达最低点B而静止．在这一过程中，下述空气内能的改变量ΔU、外界对气体所做的功W与物体及活塞的重力势能的变化关系中不正确的是( ) A．Mgh＋mgΔh＝ΔU＋W B．ΔU＝W，W＝Mgh＋mgΔhC．ΔU＝W，W<Mgh＋mgΔh D．ΔU≠W，W＝Mgh＋mgΔh E．Mgh＋mgΔh>ΔU2．（多）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，则被密封的气体的下列说法不正确的是( ) 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，压强减小，内能增加E．分子的平均动能增加，分子对器壁单位面积碰撞的冲力增大3．（多）如图所示，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( )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E．在绝热过程中，做功一定增加水的内能4．（多）关于物体的内能和热量，下列说法中不正确的有( )A．热水的内能比冷水的内能多 B．温度高的物体其热量必定多，内能必定大C．在热传递过程中，内能大的物体其内能将减小，内能小的物体其内能将增大，直到两物体的内能相等D．在热传递过程中，热量从高温物体传递到低温物体，直到两物体的温度相同为止E．热量是热传递过程中内能转移的量度5．一铜块和一铁块，质量相等，铜块的温度T1比铁块的温度T2高，当它们接触在一起时，如果不和外界交换能量，则( )A．从两者开始接触到热平衡的整个过程中，铜块内能的减少量等于铁块内能的增加量B．在两者达到热平衡以前的任意一段时间内，铜块内能的减少量不等于铁块内能的增加量C．在两者达到热平衡以前的任意一段时间内，铜块内能的减少量都等于铁块内能的增加量D．达到热平衡时，铜块的温度比铁块的低 E．热平衡时，两者的温度相等6．关于热量、功和内能的下列说法中正确的是( )A．热量、功、内能三者的物理意义等同 B．热量、功都可以作为物体内能的量度C．热量、功都可以作为物体内能变化的量度 D．热量、功、内能的单位相同E．热量和功是由过程决定的，而内能是由物体状态决定的2．做功和热传递都可改变物体的内能，从效果上是等效的．(√)3．热量一定从内能多的物体传递给内能少的物体．(×)1．如图1012所示，柱形容器内封有一定质量的空气，质量为m 的光滑活塞与容器都用良好的隔热材料制成．另有质量为M 的物体从活塞上方的A 点自由下落到活塞上，并随活塞一起到达最低点B 而静止．在这一过程中，下述空气内能的改变量ΔU 、外界对气体所做的功W 与物体及活塞的重力势能的变化关系中不正确的是( )图1012A ．Mgh ＋mg Δh ＝ΔU ＋WB ．ΔU ＝W ，W ＝Mgh ＋mg ΔhC ．ΔU ＝W ，W <Mgh ＋mg ΔhD ．ΔU ≠W ，W ＝Mgh ＋mg ΔhE ．Mgh ＋mg Δh >ΔU【解析】 物体与活塞碰撞时有机械能损失，因此物体和活塞重力势能的减少量大于气体内能的增加量；根据功与内能增加量的关系可知，外界对气体所做的功W 与空气内能的变化量相等，因此ΔU ＝W ，W <Mgh ＋mg Δh ，C 、E 正确，A 、B 、D 错误．特别注意物体与活塞碰撞时有机械能损失．【答案】 ABD2．如图1013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，则被密封的气体的下列说法不正确的是( )图1013A ．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，压强减小，内能增加E ．分子的平均动能增加，分子对器壁单位面积碰撞的冲力增大【解析】 由F 对密闭的气体做正功，容器及活塞绝热，则系统与外界传递的热量Q ＝0，由功和内能的关系知，理想气体内能增大，温度升高，再根据pV T＝C ，V 减小，p 增大．答案A 、B 、D.【答案】 ABD3．如图1014所示，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( )图1014A ．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E．在绝热过程中，做功一定增加水的内能【解析】将做功过程和吸热过程在同等条件下比较，可测出热功当量，故A正确；做功增加了水的内能，热量只是热传递过程中内能改变的量度，故B错误，C正确；做功和传热产生的效果相同，但功和热量是不同的概念，D错误．【答案】ACE4．关于物体的内能和热量，下列说法中不正确的有( )A．热水的内能比冷水的内能多B．温度高的物体其热量必定多，内能必定大C．在热传递过程中，内能大的物体其内能将减小，内能小的物体其内能将增大，直到两物体的内能相等D．在热传递过程中，热量从高温物体传递到低温物体，直到两物体的温度相同为止E．热量是热传递过程中内能转移的量度【解析】物体的内能由温度、体积及物体的质量决定，不是只由温度决定，故A、B错；在热传递过程中，热量由高温物体传给低温物体，而与物体的内能大小无关，所以完全有可能是内能大的物体内能继续增大，内能小的物体内能继续减小，故C项错、D项对；关于热量的论述，E项是正确的．【答案】ABC5．一铜块和一铁块，质量相等，铜块的温度T1比铁块的温度T2高，当它们接触在一起时，如果不和外界交换能量，则( )A．从两者开始接触到热平衡的整个过程中，铜块内能的减少量等于铁块内能的增加量B．在两者达到热平衡以前的任意一段时间内，铜块内能的减少量不等于铁块内能的增加量C．在两者达到热平衡以前的任意一段时间内，铜块内能的减少量都等于铁块内能的增加量D．达到热平衡时，铜块的温度比铁块的低E．热平衡时，两者的温度相等【解析】热平衡条件是温度相等，热传递的方向是从温度高的物体传向温度低的物体．在热传递过程中高温物体放出的热量等于低温物体吸收的热量，因此A、C、E正确，B、D错误．【答案】ACE6．关于热量、功和内能的下列说法中正确的是( )A．热量、功、内能三者的物理意义等同B．热量、功都可以作为物体内能的量度C．热量、功都可以作为物体内能变化的量度D．热量、功、内能的单位相同E．热量和功是由过程决定的，而内能是由物体状态决定的【解析】物体的内能是指物体内所有分子动能和分子势能的总和，而要改变物体的内能可以通过做功和热传递两种途径，这三者的物理意义不同，A项错误；热量是表示在热传递过程中物体内能变化多少的，而功也是用做功的方式量度物体内能变化多少的，B项错误；C项正确．三者的单位都是焦耳，D项正确；热量和功是过程量，内能是状态量，E项正确．【答案】CDE。
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五、做功和热传递的区别
1、做功使物体内能发生改变的时候,内能的改变 就用功数值来量度．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．
热传递使物体的内能发生改变的时候,内能 的改变用热量来量度的．物体吸收多少热量,物 体的内能就增加多少；物体放出多少热量,物体 的内能就减少多少．
实验二：对系统做电功
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。
焦耳的实验说明什么问题？
在各种不同的绝热过程中,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决定,与 做功方式无关。
实验录像：气体膨胀
由此可知：
1．外界对物体做功,物体的内能增加
2．物体对外界做功,物体的内能减少．
用物理学术语解释下列生活现象
摩擦生热
钻木取火
三、热传递
演示实验：
动画：热传递
1、两个温度不同的物体相互接触时温度高的物体要降 温,温度低的物体要升温,我们说热量从高温物体传到了 低温物体。这样的过程叫做热传递。
2、发生条件：物体之间或物体的不同部分之间存在温 度差。
3、热传递有三种方式：热传导、热对流、热辐射。
四、热和内能
1、热量是在单纯的传热过程中系统内能变化的量度。当系统 从状态1经过单纯的传热达到状态2,内能的增量△U=U2-U1就等 于外界向系统传递的热量Q,即△U=Q。
外界没有对系统（水）做功,只对系 统传热,同样能改变系统的状态。
（1）猜测可能会发生的现象； （2）解释发生上述现象的原因。
实验录像：乙醚顶塞
问题讨论：
“做功”和“热传递”都是能量交换的方式,并在改变 系统状态上等效,二者在本质上有什么区别？
2、像做功一样,热量的概念也只有在涉及能量的传递时才有意 义。所以不能说物体具有多少热量,只能说物体吸收或放出了多少 热量。 拓展思考：在单纯传热过程中,系统从外界吸热,系统的内能怎么 变？数量上有什么关系？若系统对外界放热呢？
1、物体从外界吸热,物体内能增加。 2、物体对外界放热,物体内能减少。
2．做功和热传递在改变物体的内能上是等效的．
3．做功和热传递在本质上是不同的： 做功使物体的内能改变,是其他形式的能量和内能之
间的转化（不同形式能量间的转化） 热传递使物体的内能改变,是物体间内能的转移（同
种形式能量的转移）
实验：
如图所示,在薄壁金属圆筒内注入少量乙 醚,塞上塞子,用一根绳子在金属圆筒外壁 缠绕1－2圈。然后按图中箭头所指的方 向来回拉动绳子。
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？
实验录像：钻木取火
演示：在烧瓶里加入水,水的上方有水蒸气。用带孔橡 皮塞把瓶口塞住,向瓶内打气,当瓶塞跳出时,观察瓶内 的变化。
回顾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？
二、内能
1、任何一态的物理量,这个物理量在两个状态间的差别与 外界在绝热过程中对系统所做的功相联系。我们把这个 物理量称为系统的内能。
思考：在第七章中我们曾经学习过内能的概念是什么呢？ 当时讲的内能的变化与什么有关？而这一致吗？有何关 系？
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
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。
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？
演示:在有机玻璃筒底放置少量的易燃物,例 如蓬松的棉花,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？
实验录像：压缩空气引火
一、焦耳的实验(Joule experiment)