《功和内能》导学案

1、 第第1 1节节功功 和和 内内 能能大约在大约在280年前年前,有位德国博士奥尔菲留斯发明了一台有位德国博士奥尔菲留斯发明了一台“永动机永动机”自动轮自动轮。当时波兰国王把这位博士请到了波兰。当时波兰国王把这位博士请到了波兰,并派人鉴定其真伪。奥尔菲留斯把并派人鉴定其真伪。奥尔菲留斯把安装机器的房子与四周隔离安装机器的房子与四周隔离,自动轮安装完毕并开始转动。公证人亲自锁上自动轮安装完毕并开始转动。公证人亲自锁上了门了门,贴上了封条贴上了封条,派了两名卫兵昼夜看守这座房子。两周以后启封开锁派了两名卫兵昼夜看守这座房子。两周以后启封开锁,轮轮子还在转动子还在转动,于是再次上锁加封于是再次上锁加

2、封,又过了又过了40天再次开封天再次开封,轮子还在转轮子还在转,于是就给于是就给奥尔菲留斯颁发了鉴定证书。从此以后奥尔菲留斯名声大噪奥尔菲留斯颁发了鉴定证书。从此以后奥尔菲留斯名声大噪,他周游欧洲列他周游欧洲列国展示他的自动轮国展示他的自动轮,卖票赚了许多钱卖票赚了许多钱,并得到各国大人物的褒奖和舆论界的赞并得到各国大人物的褒奖和舆论界的赞扬。科学界一直认为这绝对是一个大骗局扬。科学界一直认为这绝对是一个大骗局,并且悬赏并且悬赏1000马克给揭穿骗局的马克给揭穿骗局的人。最后骗局被博士先生的女仆揭穿了。原来这间安放自动轮的房子里修人。最后骗局被博士先生的女仆揭穿了。原来这间安放自动轮的房子里修

3、了一个夹壁墙了一个夹壁墙,只要有人在夹壁墙内牵动绳子只要有人在夹壁墙内牵动绳子,轮子就会转。轮子不是轮子就会转。轮子不是“永动永动”的的,而是而是“人动人动”的。的。 课时时10.1功功 和和 内内 能能 1.知道什么是绝热过程知道什么是绝热过程,了解焦耳的两个实验的原理。了解焦耳的两个实验的原理。2.从热力学的角度认识内能的概念。从热力学的角度认识内能的概念。3.知道内能和功的单位是相同的知道内能和功的单位是相同的,知道做功是改变内能的两种方式之一知道做功是改变内能的两种方式之一,理理解做功与内能改变的数量关系。解做功与内能改变的数量关系。4.通过焦耳实验的探究通过焦耳实验的探究,培养学生的

4、科学探索精神。培养学生的科学探索精神。1.焦耳的实验焦耳的实验(1)绝热过程绝热过程:系统只通过对外界做功或系统只通过对外界做功或_做功而与外界做功而与外界_能量能量,它不从外界它不从外界_,也不向外界也不向外界_。(2)代表实验代表实验重物下落带动叶片搅拌容器中的水重物下落带动叶片搅拌容器中的水,引起水温引起水温_。通过电流的通过电流的_给水加热。给水加热。(3)实验结论实验结论:在各种不同的绝热过程中在各种不同的绝热过程中,系统状态的改变与系统状态的改变与_无关无关,仅与做功仅与做功_有关。有关。吸热吸热外界对它外界对它散热散热交换交换做功方式做功方式热效应热效应数量数量上升上升2.功和内

5、能功和内能(1)任何一个热力学系统都存在一个任何一个热力学系统都存在一个只只_的物理量的物理量,叫系统的内能。叫系统的内能。(2)做功可以改变系统的内能做功可以改变系统的内能,功是系统内能转化的功是系统内能转化的_,在国际单位制中在国际单位制中,内能和功的单位都是焦耳内能和功的单位都是焦耳(J)。(3)内能变化与做功的关系内能变化与做功的关系:在绝热过程中在绝热过程中,外界对系统做功外界对系统做功,系统的系统的 _。内能的增量就等于外界。内能的增量就等于外界_,即即U=U2-U1= _。在绝热过。在绝热过程中程中,系统对外界做功系统对外界做功,系统的系统的 _。内能的减少量就等于系统。内能的减

6、少量就等于系统_,即即U=U2-U1=_。内能减少内能减少只依赖于系统自身状态只依赖于系统自身状态对外界做的功对外界做的功对系统做的功对系统做的功内能增加内能增加w量度量度w解答解答:在给自行车轮胎打气时在给自行车轮胎打气时,打气筒也会变热打气筒也会变热,这是压缩空气做功和这是压缩空气做功和克服摩擦力做功的缘故。将一根铁丝反复弯折数十次克服摩擦力做功的缘故。将一根铁丝反复弯折数十次,铁丝被弯折铁丝被弯折处发热处发热,铁丝内能的改变是由于人对铁丝做了功。铁丝内能的改变是由于人对铁丝做了功。1.日常生活中有哪些做功会使物体温度升高的例子日常生活中有哪些做功会使物体温度升高的例子?2.用锤子反复敲打

7、一铁块用锤子反复敲打一铁块,铁块会发生怎样的变化铁块会发生怎样的变化?为什么为什么?解答解答:铁块的温度升高铁块的温度升高,同时会发生形变。在敲打铁块的过程中同时会发生形变。在敲打铁块的过程中,锤头对铁锤头对铁块做功块做功,使铁块的内能增加使铁块的内能增加,温度升高。铁块由于受到力的作用温度升高。铁块由于受到力的作用,会发生形会发生形变。变。解答解答:(1)在绝热过程中在绝热过程中,外界对系统做的功等于系统内能的增加量外界对系统做的功等于系统内能的增加量;系系统对外界做的功等于系统内能的减少量统对外界做的功等于系统内能的减少量,故故(1)错。错。(2)功是能量转化的量度功是能量转化的量度,内能

8、不是能量转化的量度内能不是能量转化的量度,故故(2)错。错。3.判断下列说法是否正确。判断下列说法是否正确。(1)在绝热过程中在绝热过程中,系统对外界做的功等于系统内能的增加量。系统对外界做的功等于系统内能的增加量。(2)功和内能都是能量转化的量度。功和内能都是能量转化的量度。主题主题1:实验探究实验探究做功和物体内能的变化做功和物体内能的变化问题问题:阅读课本阅读课本“焦耳的实验焦耳的实验”标题下的内容标题下的内容,回答下列问题。回答下列问题。(1)焦耳的两个实验为什么都要强调焦耳的两个实验为什么都要强调“绝热过程绝热过程”?(2)在有机玻璃筒底放少量棉花在有机玻璃筒底放少量棉花,压下活塞压

9、下活塞,观察棉花的变化观察棉花的变化,你能看到什么现你能看到什么现象象?实验现象说明了什么实验现象说明了什么?(3)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?你能得出什么结论你能得出什么结论?解答解答:(1)只有在绝热的条件下只有在绝热的条件下,才能探究出做功与内能改变的定量关系。才能探究出做功与内能改变的定量关系。(2)可以看到棉花燃烧的现象。实验现象说明压缩空气做功可以看到棉花燃烧的现象。实验现象说明压缩空气做功,使空气内能增大使空气内能增大,达到达到棉花的燃点后引起棉花燃烧。棉花的燃点后引起棉花燃烧。(3

10、)不同。在各种不同的绝热过程中不同。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系统状态的改变与做功方式无关,仅与做功多仅与做功多少有关。少有关。知识链接知识链接:绝热过程中绝热过程中,系统只通过做功与外界交换能量系统只通过做功与外界交换能量,它不吸热也不放热。做它不吸热也不放热。做功改变物体内能的过程是其他形式的能功改变物体内能的过程是其他形式的能(如机械能如机械能)与内能相互转化的过程。与内能相互转化的过程。主题主题2:内能内能问题问题:(1)从做功的角度从做功的角度,如何来定义系统的内能如何来定义系统的内能?(2)绝热过程中如何使物体内能发生变化绝热过程中如何使物体内能发生变化?

11、如何计算内能的增量如何计算内能的增量?解答解答:(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。相联系。我们把这个物理量称为系统的内能。(2)在绝热过程中在绝热过程中,外界对物体做功或物体对外界做功均能引起物体内能外界对物体做功或物体对外界做功均能引起物体内能的变化。的变化。外界对系统所做的功外界对系统所做的功W等于系统从状态等于系统从状态1到状态到状态2时

12、内能的增加量时内能的增加量,即即W=U=U2-U1,实质是其他形式的能和系统内能相互转化的过程。实质是其他形式的能和系统内能相互转化的过程。知识链接知识链接:在绝热过程中在绝热过程中,做功一定能引起内能的变化。物体的内能大做功一定能引起内能的变化。物体的内能大,并不并不意味着做功多。在绝热过程中意味着做功多。在绝热过程中,内能变化较大时内能变化较大时,对应做的功较多。对应做的功较多。B【解析】做功可以使物体的内能增加【解析】做功可以使物体的内能增加,但不是一定增加。物体的内能为物体内但不是一定增加。物体的内能为物体内所有分子动能和势能的总和所有分子动能和势能的总和,内能的增加内能的增加,不一定

13、是分子动能的增加不一定是分子动能的增加,如通过做功如通过做功使使0 的冰变成的冰变成0 的水。所以的水。所以B正确。正确。【点评】内能的变化有增加和减少两种情况【点评】内能的变化有增加和减少两种情况,在绝热条件下在绝热条件下,外界对系统做正功外界对系统做正功,系统内能增加系统内能增加;系统对外界做正功系统对外界做正功,系统内能减少。系统内能减少。1.(考查做功对内能的影响考查做功对内能的影响)把浸有乙醚的一小块棉花放在厚玻璃筒的底部把浸有乙醚的一小块棉花放在厚玻璃筒的底部,当当快速下压活塞时快速下压活塞时,能使浸有乙醚的棉花燃烧起来能使浸有乙醚的棉花燃烧起来,此实验的目的是要说明此实验的目的是

14、要说明( )。A.做功可以升高物体的温度做功可以升高物体的温度B.做功可以改变物体的内能做功可以改变物体的内能C.做功一定可以增加物体的内能做功一定可以增加物体的内能D.做功可以增加物体的热量做功可以增加物体的热量BD【解析】汽缸绝热【解析】汽缸绝热,封闭气体膨胀对活塞做功封闭气体膨胀对活塞做功,气体的内能减少。理想气体的气体的内能减少。理想气体的内能只与气体的温度有关内能只与气体的温度有关,可知气体内能减少可知气体内能减少,温度降低温度降低,故故B、D选项正确。选项正确。【点评】绝热过程中【点评】绝热过程中,外界对气体做功外界对气体做功,内能增加内能增加,气体的温度升高气体的温度升高;相反相

15、反,如果如果气体对外界做功气体对外界做功,内能减小内能减小,气体的温度降低。气体的温度降低。2.(考查做功对内能的影响考查做功对内能的影响)在一个绝热汽缸里在一个绝热汽缸里,若因气体膨胀若因气体膨胀,活塞把重物逐渐举活塞把重物逐渐举高高,则在这个过程中则在这个过程中,汽缸中的气体汽缸中的气体(可视为理想气体可视为理想气体)()。A.温度升高温度升高B.温度降低温度降低C.内能增加内能增加 D.内能减少内能减少B3.(考查做功与热传递的区别考查做功与热传递的区别)下列实例能说明做功改变了系统的内能的是下列实例能说明做功改变了系统的内能的是()。A.用热水袋取暖用热水袋取暖 B.用双手摩擦给手取暖

16、用双手摩擦给手取暖C.把手放在火炉旁取暖把手放在火炉旁取暖 D.用嘴对手呵气给手取暖用嘴对手呵气给手取暖【解析】双手摩擦做功【解析】双手摩擦做功,使手的内能增加使手的内能增加,感到暖和感到暖和,所以所以B选项正确选项正确;A、C、D都是通过热传递来改变系统的内能。都是通过热传递来改变系统的内能。【点评】正确认识热量、功和内能三者的关系【点评】正确认识热量、功和内能三者的关系,热传递和做功均可引起内能热传递和做功均可引起内能的变化的变化,而且是等效的。而且是等效的。4.(考查功能关系的实例分析考查功能关系的实例分析)在墙壁与外界无热传递的封闭房间里在墙壁与外界无热传递的封闭房间里,夏天为了降夏天为了降低室温低室温,同时打开电冰箱和电风扇同时打开电冰箱和电风扇,两电器在工作较长时间后两电器在工作较长时间后,房间内的气温将会房间内的气温将会怎样变化怎样变化?并说明原因。并说明原因。【解析】电冰箱工作时只是把箱内的热量转移到箱外【解析】电冰箱工作时只是把箱内的热量转移到箱外,起到对箱内降温的作起到对箱内降温的作用用;电风扇的扇页转动带动空气流动电风扇的扇页转动带动空气流动,加快空气对流加快空气对流,不能起到降温作用。如把不能起到降温作用。如把房间及其内的所有物品房间及其内的所有物品(包括电冰箱和电风扇包括电冰箱和