高中物理 第十章 热力学定律 12 功和内能 热和内能课件 新人教版选修

1功和内能2热和内能 1 了解焦耳的两个实验的原理 通过焦耳实验的探究 培养学生的科学探索精神 理解内能的概念 掌握绝热过程中做功与内能变化的关系 2 知道什么是热传递 会区分热量与内能的概念 掌握单纯的传热过程中热量与内能变化的关系 知道做功和热传递是改变系统内能的两种方式 并且在改变系统内能上是等效的 还要知道这两种方式在改变系统内能上的区别 一 二 一 焦耳的实验1 实验条件绝热过程 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 代表性实验 1 让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 即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1 2决定 而与做功的方式无关 三 一 二 三 二 功和内能1 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做的功相联系 是系统的一种能量 我们把它称为系统的内能 一 二 三 2 绝热过程中做功与系统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 U就等于外界对系统所做的功W 即 U W 一 二 三 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 在瓶塞跳出的过程中 会观察到什么现象 这个过程是外界对系统做功还是系统对外界做功 该过程系统的内能如何变化 提示 当瓶塞跳出时 我们会发现瓶内和瓶口处有 白雾 产生 我们所选的研究对象是瓶内水面上方的水蒸气 在瓶塞跳出的过程中 是系统膨胀对外界做功 在这个过程中系统的内能减少 温度降低 瓶内和瓶口处的 白雾 实际上是瓶内的水蒸气遇冷液化形成的小液滴 一 二 三 三 热和内能1 热传递 1 热传递的条件 不同物体 或一个物体的不同部分 存在温度差 2 热传递的方向 热量从高温物体传向低温物体 3 热传递的结果 最终温度相同 4 热传递的实质 不同物体 或一个物体的不同部分 之间内能的转移 5 热传递的三种方式 热传导 热对流 热辐射 一 二 三 2 热量 是用来衡量热传递过程中内能变化多少的一个物理量 它是一个过程量 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 3 热传递与系统内能变化的关系系统在单纯的传热过程中内能的增量 U等于外界向系统传递的热量Q 即 U Q 一 二 三 物体内能增加是否一定是从外界吸收了热量 提示 不一定 这是因为做功和热传递都可以改变物体的内能 一 功 内能 内能的变化之间的关系1 内能与内能的变化 1 物体的内能是指物体内所有分子热运动的动能和分子势能之和 在微观上由分子数 分子热运动剧烈程度和相互作用力决定 宏观上取决于物体的温度和体积 因此物体的内能是一个状态量 2 当物体温度变化时 分子热运动剧烈程度发生改变 分子平均动能变化 物体体积变化时 分子间距离变化 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 例如在绝热过程中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 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 例如 压缩气体时 外界对气体做功 气体的内能增加 气体内能的增加量等于外界对气体做的功 气体膨胀 是气体对外界做功 气体内能减少 气体内能的减少量等于气体膨胀对外做的功 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 只有在绝热过程中 做功才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 只有内能变化大 才可能做功多 4 判断绝热过程中内能变化的方法判断气体绝热过程的内能变化一般情况下只需看气体体积变化就可决定 若体积增大 气体对外界做功 W0 即 U 0 即内能增加 温馨提示 1 内能是物体所具有的 对于物体中的某一个具体分子 无内能可言 2 做功方式的多样性决定了能量转化方式的多样性 不同形式的功对于内能的变化是等效的 3 气体自由膨胀时 气体与外界相互不做功 因此这种情况下气体体积增大没有外界阻力 也就不需要对外界做功 温馨提示只要存在温度差 热传递就会进行 与原来物体内能的多少无关 热传递过程中能量可以由内能多的物体传到内能少的物体上 也可以由内能少的物体传到内能多的物体上 温馨提示 1 当一个系统的内能发生改变时 必然伴随着做功或热传递现象 2 当系统与外界只有做功 或热传递 现象时 系统的内能一定改变 类型一 类型二 功和内能 例1 一定质量的理想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 A 外界对气体做功 气体分子的平均动能增大B 外界对气体做功 气体分子的平均动能减小C 气体对外界做功 气体分子的平均动能增大D 气体对外界做功 气体分子的平均动能减小 类型一 类型二 点拨 在绝热过程中 外界对系统做功 系统内能增加 温度升高 系统对外界做功 系统内能减少 温度降低 解析 绝热膨胀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 U U2 U1 W可知 气体内能减少 由于气体分子间的势能忽略 故气体分子的平均动能减小 故选项D正确 答案 D 类型一 类型二 题后反思在判断做功与系统内能变化之间的关系时 应先判断系统是否处于绝热过程 若处于绝热过程 再依据系统对外界做功 还是外界对系统做功来判断系统内能的变化情况 类型一 类型二 触类旁通若本题中气体是在真空中发生绝热膨胀 不考虑分子势能 气体的内能如何变化 答案 不变 因气体在真空中绝热膨胀 无法对外做功 故内能不变 类型一 类型二 热和内能 例2 下列关于物体内能的说法正确的是 A 物体吸收热量 内能一定增加B 物体放出热量 内能一定减少C 当做功和热传递同时存在时 物体的内能可能不变D 物体对外做功 内能可能增加 类型一 类型二 点拨 改变物体的内能有两种方式 做功和热传递 不能只从一种方式得出结论 解析 当物体从外界吸收的热量Q与对外做的功W正好相等时 物体的内能不变 选项C正确 当物体对外做功时 如果同时吸收热量Q 且吸收的热量比对外做的功W多时 内能就可能增加 选项D正确 答案 C