1 功和内能

温度不变
第十章：热力学定律 第一节：功和内能
学习目标： 1、了解焦耳的两个实验的原理。 2 、知道什么是绝热过程。 3 、从热力学角度认识内能的概念 4 、知道在绝热的过程中系统的内能的变化与外界系 统所做的功的关系。
学习指导：要注意从实验和模型来建立物理图景，把抽象的事物 形象化，更要注意利用科学的假说和模型来研究问题 把不能直接观测 对象转化 为能够直接观测的对象。
A．外界对气体做功，气体内能增大 B．外界对气体做功，气体内能减小
内能增加
C．气体界做功，气体内能减小
练一练
2.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
实验录像：气体膨胀
4、拓展：
K b
? （1）气体在真空中绝热膨胀
c 气体A
a
真空B
? 的过程中，不受阻力，所以气体
d 10-1-1
? 不做功。需要特别注意的是，当气体向真空中膨胀时，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
K b
知识回顾：
1、机械功的两个不可缺少的因素是什么？ 电流做功与哪些因素有关？
2、什么是内能？内能与哪些因素有关？
3、质量、温度相等的物体，他们内能一定 相等吗？
用物理学术语解释下列生活现象
摩擦生热
钻木取火
演示实验:
1、你看到了什么现象？实验现象说明了什么？ 2、用力按压活塞时为什么要快速呀？
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 .
重力势能的变化 电势能的变化
状态的变化？
二、内能
1、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 . 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？
? 气体的内能，因此在此过程中，
c
气体 A
a
气体 C
? 气体的内能要减少。
d 10-1-2
练一练
1.下图为某种椅子与其升降部分的结构示意图， M、N两筒间密闭了
一定质量的气体， M可沿N的内壁上下滑动，设筒内气体不与外界发
生热交换，在 M向下滑动的过程中 ( A )
气体体积减小，外界对气体做功
△U=W
1、焦耳测量了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。
2、发现了电流通过导体产生热量——焦耳定律
3、第一次 计算了分子的速度
4、与W·汤姆孙合作研究了气体分子自有膨胀 降温的实验。
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？
重力 做功 电场力做功 外力对系统做功
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( C )
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
W>0 绝热
△U=W 内能增加
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
3.如图所示，绝热容器中间用隔板隔开，
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？
（1）在各种不同的绝热过程中，系统从状态 1变为状态2，所 需外界做功的数量是相同的.
(2)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、做功过程无关.
2、功和内能变化的关系
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：
（1）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？
（2）在绝热过程中，若系统对外界做功，系统的内能怎么变？ 数量上有什么关系？
3 、功和内能的区别： （1）功是过程量，内能是状态量
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
△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
（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； 在绝热的过程中只有内能变化较大时，对应做功较多。
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？ 空气对活塞做功，内能减少，温 度降低，使水蒸气液化成小水珠 .