功、热和内能的改变 高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册

3.1功、热和内能的改变核心素养目标物理观念：能够知道功、热量和内能的概念．科学思维：能够理解改变物体内能的两种方式．科学探究：探究改变物体内能与做功和传热的关系.

问题导入

在空气压缩引火仪底部放置少量的硝化棉，迅速压下筒中的活塞，可以观察到硝化棉燃烧的火苗。为什么筒底的硝化棉会被，点燃呢?你能解释这个现象吗?分析：用活塞压缩空气对空气做功，空气内能增大，温度升高，达到燃点棉花燃烧。改变系统的热力学状态的方法：焦耳①传热②做功焦耳

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。一、焦耳的实验1818年12月24日生于英国曼彻斯特，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。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，这样的过程叫做绝热过程。焦耳实验是一个需要在绝热过程中完成的实验

焦耳的实验焦耳二个代表性实验：焦耳热功当量实验装置—机械功

重物下落带动叶片搅拌容器中的水，引起水温上升

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。

焦耳的实验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：对同一个系统，如果过程是绝热的，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。

焦耳的实验实验结论：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

热量以卡为单位时与功的单位焦耳之间的数量关系，相当于单位热量的功的数量，叫做热功当量，即1卡=4.1840焦耳

焦耳的实验

二功与内能的改变1.内能变化和做功的关系:∆U=U2-U1=W绝热过程中，内能的变化等于外力对系统所做的功。W>0,U↑,∆U>0W<0,U↓,∆U<02.说明1）内能变化只由初末状态有关，与中间做功过程及方式无关。2）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。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。3）3.做功可以改变物体内能：在绝热过程中，外界对系统做功，系统的内能增加；系统对外界做功，系统的内能减少，即：压缩引火仪工作原理：迅速压下活塞，引火仪筒内气体被压缩，体积变小，外界对气体做了功，内能增加，温度升高。当温度达到易燃物的燃点时，易燃物发生自燃。迅速压缩，空气“来不及”对外传热，可以看成绝热过程。若缓慢压缩，空气会对外传热，从而做等温变化，这个实验就不能成功。二.功与内能的改变4.气体膨胀压缩时做功的特点：①压缩气体：外界对系统做正功（系统对外界做负功），系统的内能增加②气体膨胀：外界对系统做负功（系统对外界做正功），系统的内能减少思考与讨论：一绝热容器用隔板分成两部分，左边A内充满气体，右边B内是真空，现抽去隔板，气体内能如何变化？答：气体向真空膨胀，气体并不需要克服外力做功，即气体不做功，内能不变，温度不变（物体在光滑水平面上滑动也不需要克服摩擦力做功，机能能也不变）A

B二.功与内能的改变5.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，只有内能变化较大时，对应着做功较多。三、热量与内能的改变

用铁锤反复敲击铁棒，铁棒的温度会升高，把铁棒放在火炉上烧，铁棒的温度也会升高，这说明了什么问题？说明做功和热传递都能改变物体的内能。如图所示是热传递的三种方式——传导、对流和辐射。如何理解热传递？(1)条件：物体的温度不同。(2)热传递：热量总是从高温物体向低温物体传递。

【小结】

1．下列生活实例中通过热传递改变物体内能的是（）A．野外生存中利用钻木取火B．暖手宝可以使手变得暖和C．搓搓手可以让手变得暖和D．铁钉被锤子敲打后会升温B2．对于热量、功和内能三个物理量，下列各种说法中正确的是（）A．热量和功与过程有关，而内能与状态有关B．热量、功和内