2017-2018学年高中物理 第十章 热力学定律 第1节 功和内能 第2节 热和内能教学案 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，这样的

过程叫做绝热过程。

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物理过程。

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)内能多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。(×)

(6)热传递只能发生在两个物体间，同一物体不能发生热传递。(×)

2．合作探究——议一议

(1)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？

提示：不同。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，仅与做功多少有关。

(2)用锤子反复敲打一块铁，铁块会发生怎样的变化？为什么？

提示：铁块的温度升高，同时会发生形变，在敲打铁块的过程中，锤头对铁块做功，使铁块的内能增加，温度升高。铁块由于受到力的作用，会发生形变。

(3)热传递是热量从内能多的物体传递给内能少的物体吗？

提示：不是。热传递是热量从高温物体传向低温物体，并非从内能多的物体传向内能少的物体。

1．内能与内能变化

(1)物体的内能是指物体内所有分子的动能和势能之和。因此，物体的内能是一个状态量。

(2)当物体温度变化时，分子平均动能变化；物体体积变化时，分子势能发生变化。因此，物体的内能变化只由初、末状态决定，与中间过程及方式无关。

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，相应地做功才越多。

1．(多选)在下述各种现象中，由做功引起系统温度变化的是( )

A．在阳光照射下，水的温度升高

B．用铁锤不断锤打铅块，铅块温度会升高

C．在炉火上烧水，水的温度升高

D．电视机工作一段时间，其内部元件温度升高

解析：选BD 阳光照射下水温升高是热辐射使水的温度升高，在炉火上烧水是热传导和对流使水的温度升高，用铁锤锤打铅块的过程，是做功的过程，铅块温度升高，是由于外界做功引起的。电视机工作时，电流通过各元件，电流做功使其温度升高。可见B、D是由做功引起温度变化的。

2．采用绝热的方式使一定量的气体由初状态A变化至末状态B。对于不同的绝热方式，下列说法正确的是( )

A．对气体所做的功不同

B．对气体所做的功相同

C．对气体不做功，因为没有能量的传递

D．以上三种说法都不对

解析：选B 对于一定质量的气体，不管采用任何一种绝热方式由状态A变化到状态B，都是绝热过程。在这一过程中，气体在初状态A有一确定的内能U A，在状态B有另一确定的内能U B，由绝热过程中ΔU＝U B－U A＝W知，W为恒量，所以B正确。

3. (多选)如图10­1­1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10­1­1

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：选AC 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。

1．热量与功：热量和功都是系统内能变化的量度，都是过程量，一定量的热量与一定量的功相当，热量可以通过系统转化为功，功也可以通过系统转化为热量，但它们之间有着本质的区别。

2．改变内能的两种方式的比较：