1．功、熱和內(nèi)能的改變第三章熱力學定律學習任務1．了解焦耳的兩個實驗的原理，認識焦耳實驗探究對建立熱力學規(guī)律的意義。2．會用功能關系構建內(nèi)能的概念。3．知道做功與傳熱在改變系統(tǒng)內(nèi)能上的區(qū)別，并會區(qū)分熱量和內(nèi)能的概念。4．理解做功與內(nèi)能的改變和傳熱與內(nèi)能的改變關系，會解釋相關的現(xiàn)象。關鍵能力·情境探究達成1．絕熱過程：系統(tǒng)不從外界____，也不向外界____的過程。2．代表性實驗(1)重物下落帶動葉片攪拌容器中的水，引起水溫____。(2)通過電流的______給水加熱。3．實驗結論：要使系統(tǒng)狀態(tài)通過絕熱過程發(fā)生變化，做功的數(shù)量只由過程始末兩個狀態(tài)決定，而與做功的____無關。知識點一焦耳的實驗吸熱放熱上升熱效應方式如圖所示，用絕熱性良好的材料制作容器，容器中安裝著翼輪。砝碼下落時帶動翼輪轉動，攪拌容器中的水?！締栴}】(1)如何求得該裝置機械能的減少量？(2)這個實驗說明了什么問題？提示：(1)機械能的減少量可由砝碼質量和下降的高度求得。(2)做功可以改變物體的內(nèi)能，只要重力所做的功相同，容器內(nèi)水溫上升的數(shù)值就相同，即系統(tǒng)狀態(tài)的變化是相同的。兩個實驗實驗一實驗二實驗裝置

焦耳的兩個代表性實驗兩個實驗實驗一實驗二做功方式通過重物下落帶動葉片攪水，靠葉片與水摩擦使水溫升高，通過機械功實現(xiàn)能量的轉化通過重物下落使發(fā)電機發(fā)電，電流通過電阻絲做功使水溫升高，通過電功實現(xiàn)能量的轉化實驗條件容器及其中的水組成的系統(tǒng)與外界絕熱共性外界對系統(tǒng)做的功數(shù)值上相同，系統(tǒng)溫度上升的數(shù)值相同，內(nèi)能改變量相同【典例1】如圖是研究內(nèi)能改變與做功之間關系的兩個典型實驗，那么從這兩個實驗中可得出的結論是(

)A．能量守恒定律B．機械能守恒定律C．在各種不同的絕熱過程中，系統(tǒng)狀態(tài)的改變與做功方式無關，僅與做功數(shù)量有關D．在各種不同的絕熱過程中，系統(tǒng)狀態(tài)的改變不僅與做功方式有關，還與做功數(shù)量有關√C

[通過這兩個實驗，可得出的結論是，在各種不同的絕熱過程中，系統(tǒng)狀態(tài)的改變與做功方式無關，僅與做功數(shù)量有關。故選項C正確。][跟進訓練]1．(多選)如圖為焦耳實驗裝置圖，用絕熱性能良好的材料將容器包好，重物下落帶動葉片攪拌容器里的水，引起水溫升高，關于這個實驗，下列說法正確的是(

)A．這個裝置可測定熱量與做功的關系B．做功增加了水的熱量C．做功增加了水的內(nèi)能D．功和熱量是完全等價的，無區(qū)別√√AC

[該實驗可測定做功和熱量的關系，A正確；該實驗是絕熱過程，沒有熱傳遞，內(nèi)能的改變是做功引起的，C正確；做功引起能量的轉化，而熱量表示熱傳遞中內(nèi)能的轉移，二者有區(qū)別，B、D錯誤。]1．內(nèi)能：任何一個熱力學系統(tǒng)必定存在一個只依賴于系統(tǒng)________的物理量，這個物理量在兩個狀態(tài)間的差別與外界在____過程中對系統(tǒng)所做的功相聯(lián)系。鑒于功是能量____的量度，所以這個物理量必定是系統(tǒng)的一種能量，我們把它稱為系統(tǒng)的內(nèi)能。2．功和內(nèi)能：在絕熱過程中，外界對系統(tǒng)所做的功等于系統(tǒng)內(nèi)能的變化量，即________。知識點二功與內(nèi)能的改變自身狀態(tài)絕熱變化ΔU＝W如圖所示，瓶內(nèi)裝有少量的水，瓶口已塞緊，水上方空氣中有水蒸氣，用打氣筒向瓶內(nèi)打氣，當塞子從瓶口跳出時，瓶內(nèi)出現(xiàn)“白霧”。【問題】(1)打氣時，瓶內(nèi)氣體會發(fā)生怎樣的變化？(2)塞子從瓶口跳出后，瓶內(nèi)氣體壓強、溫度發(fā)生怎樣的變化？(3)瓶內(nèi)產(chǎn)生“白霧”的原因是什么？提示：(1)溫度升高，壓強增大。(2)壓強減小，溫度降低。(3)空氣推動瓶塞做功，空氣內(nèi)能減小、溫度降低，瓶內(nèi)水蒸氣液化成小水珠。1．內(nèi)能：物體的內(nèi)能是指物體內(nèi)所有分子的動能和勢能的總和。(1)在微觀上由分子數(shù)、分子熱運動的劇烈程度和相互作用力決定，宏觀上體現(xiàn)為物體的溫度和體積，因此物體的內(nèi)能是一個狀態(tài)量。(2)造成系統(tǒng)內(nèi)能變化的量與做功方式無關，與做功的數(shù)量有關。(3)內(nèi)能是狀態(tài)量，由它的狀態(tài)、溫度、體積、質量決定。2．(1)做功與內(nèi)能變化的關系：當系統(tǒng)從某一狀態(tài)經(jīng)過絕熱過程達到另一狀態(tài)時，內(nèi)能的變化量ΔU就等于外界對系統(tǒng)所做的功W，表達式為：ΔU＝U2－U1＝W。(2)系統(tǒng)內(nèi)能的變化量ΔU只與初、末狀態(tài)的內(nèi)能U1和U2有關，與做功的過程、方式無關。(3)功和內(nèi)能的區(qū)別。①功是過程量，內(nèi)能是狀態(tài)量。②在絕熱過程中，做功一定能引起內(nèi)能的變化。③物體的內(nèi)能大，并不意味著做功多，在絕熱過程中，只有變化較大才對應著做功較多?！镜淅?】如圖所示，一定質量的理想氣體密封在絕熱(即與外界不發(fā)生熱交換)容器中，容器內(nèi)裝有一可以活動的絕熱活塞。今對活塞施以一豎直向下的壓力F，使活塞緩慢向下移動一段距離后，氣體的體積減小。若忽略活塞與容器壁間的摩擦，則被密封的氣體(

)A．溫度升高，壓強增大，內(nèi)能減少B．溫度降低，壓強增大，內(nèi)能減少C．溫度升高，壓強增大，內(nèi)能增加D．溫度降低，壓強減小，內(nèi)能增加√思路點撥：(1)絕熱容器表明系統(tǒng)既不向外界傳熱，也不從外界吸熱。(2)活塞緩慢向下移動一段距離表明外界對理想氣體做了功。

規(guī)律方法

分析絕熱過程的方法(1)在絕熱的情況下，若外界對系統(tǒng)做正功，系統(tǒng)內(nèi)能增加，ΔU為正值；若系統(tǒng)對外界做正功，系統(tǒng)內(nèi)能減少，ΔU為負值。此過程做功的多少為內(nèi)能轉化多少的量度。(2)在絕熱過程中，內(nèi)能和其他形式的能一樣也是狀態(tài)量，氣體的初、末狀態(tài)確定了，即在初、末狀態(tài)的內(nèi)能也相應地確定了，內(nèi)能的變化量ΔU也確定了。而功是能量轉化的量度，所以ΔU＝W，即W為恒量，這也是判斷絕熱過程的一種方法。[跟進訓練]2．如圖所示，厚壁容器的一端通過膠塞插進一支靈敏溫度計和一根氣針，另一端有個用卡子卡住的可移動膠塞。用打氣筒慢慢向容器內(nèi)打氣，使容器內(nèi)的壓強增大到一定程度，這時讀出溫度計示數(shù)。打開卡子，膠塞沖出容器口后(

)A．溫度計示數(shù)變大，實驗表明氣體對外界做功，內(nèi)能減少B．溫度計示數(shù)變大，實驗表明外界對氣體做功，內(nèi)能增加C．溫度計示數(shù)變小，實驗表明氣體對外界做功，內(nèi)能減少D．溫度計示數(shù)變小，實驗表明外界對氣體做功，內(nèi)能增加C

[膠塞沖出容器口，氣體膨脹，對外做功。由于沒來得及發(fā)生熱交換，由W＝ΔU可知，內(nèi)能減少，溫度降低，A、B、D錯誤，C正確。]√1．熱傳遞(1)條件：物體的____不同。(2)定義：兩個____不同的物體相互接觸時，溫度高的物體要降溫，溫度低的物體要升溫，__從高溫物體傳到了低溫物體。知識點三熱與內(nèi)能的改變溫度溫度熱

2．熱和內(nèi)能的改變(1)熱量：它是在單純的傳熱過程中系統(tǒng)____變化的量度。(2)表達式：________。(3)熱傳遞與做功在改變系統(tǒng)內(nèi)能上的異同：①做功和熱傳遞都能引起系統(tǒng)____的改變。②做功時是內(nèi)能與其他形式能的____；熱傳遞只是不同物體(或一個物體的不同部分)之間__________。提醒：我們不能說物體具有多少熱量，只能說某一過程中物體吸收或放出了多少熱量。內(nèi)能ΔU＝Q內(nèi)能轉化內(nèi)能的轉移某同學做了一個小實驗：先把空的燒瓶放入冰箱冷凍，一小時后取出燒瓶，并迅速把一個氣球緊密地套在瓶頸上，然后將燒瓶放進盛滿熱水的燒杯里，氣球逐漸膨脹起來。試探究：【問題】(1)燒瓶內(nèi)氣體的內(nèi)能增加了還是減少了？(2)請解釋氣球膨脹的原因。提示：(1)增加了。(2)由于熱水的溫度較高，將燒瓶放進盛滿熱水的燒杯里，燒瓶內(nèi)的氣體吸收了熱水的熱量，內(nèi)能增加，溫度升高，體積增大，故逐漸膨脹起來。1．傳熱(1)熱量從高溫物體傳遞到低溫物體，或從物體的高溫部分傳遞到低溫部分，叫作傳熱。(2)傳熱的三種方式：熱傳導、熱對流和熱輻射。2．傳熱的實質傳熱實質上傳遞的是能量，結果是改變了系統(tǒng)的內(nèi)能。傳遞能量的多少用熱量來量度。3．傳遞的熱量與內(nèi)能改變的關系(1)在單純傳熱中，系統(tǒng)從外界吸收多少熱量，系統(tǒng)的內(nèi)能就增加多少。即Q吸＝ΔU。(2)在單純傳熱中，系統(tǒng)向外界放出多少熱量，系統(tǒng)的內(nèi)能就減少多少。即Q放＝－ΔU。4．傳熱具有方向性熱量從高溫物體傳遞到低溫物體，或從物體的高溫部分傳遞到低溫部分，不會自發(fā)地從低溫物體傳遞到高溫物體或從物體的低溫部分傳遞到高溫部分。5．改變內(nèi)能的兩種方式的比較比較項目做功傳熱內(nèi)能變化外界對物體做功，物體的內(nèi)能增加；物體對外界做功，物體的內(nèi)能減少物體吸收熱量，內(nèi)能增加；物體放出熱量，內(nèi)能減少物理實質其他形式的能與內(nèi)能之間的轉化不同物體間或同一物體的不同部分之間內(nèi)能的轉移相互聯(lián)系做一定量的功或傳遞一定量的熱量在改變內(nèi)能的效果上是相同的【典例3】

(多選)一銅塊和一鐵塊，質量相等，銅塊的溫度T1比鐵塊的溫度T2高，當它們接觸在一起時，如果不和外界交換能量，則(

)A．從兩者開始接觸到熱平衡的整個過程中，銅塊內(nèi)能的減少量等于鐵塊內(nèi)能的增加量B．在兩者達到熱平衡以前的任意一段時間內(nèi)，銅塊內(nèi)能的減少量不等于鐵塊內(nèi)能的增加量C．達到熱平衡時，銅塊的溫度和鐵塊的相等D．達到熱平衡時，銅塊的溫度比鐵塊的低√√AC

[熱平衡條件是溫度相等，傳熱的方向是從溫度高的物體傳向溫度低的物體；在傳熱過程中高溫物體放出的熱量等于低溫物體吸收的熱量，故A、C正確，B、D錯誤。][跟進訓練]3．下列說法正確的是(

)A．物體的溫度升高，物體所含的熱量就增多B．物體的溫度不變，內(nèi)能一定不變C．熱量和功的單位與內(nèi)能的單位相同，所以熱量和功都作為物體內(nèi)能的量度D．熱量和功是由過程決定的，而內(nèi)能是由物體的狀態(tài)決定的√D

[熱量是一個過程量，不能說物體含有多少熱量，故A錯誤；物體的溫度不變，內(nèi)能不一定不變，例如0℃的冰變?yōu)?℃的水內(nèi)能增加，故B錯誤；功與熱量都是能量轉化的量度，熱量和功都可以作為物體內(nèi)能變化的量度，而不是內(nèi)能的量度，故C錯誤；熱量和功是由過程決定的，而內(nèi)能是由物體的狀態(tài)決定的，D正確。]學習效果·隨堂評估自測1．如圖所示，絕熱容器中間用隔板隔開，左側裝有氣體，右側為真空?，F(xiàn)將隔板抽掉，使左側氣體自由膨脹直至達到平衡，則在此過程中(不計氣體的分子勢能)(

)A．氣體對外界做功，溫度降低，內(nèi)能減少B．氣體對外界做功，溫度不變，內(nèi)能不變C．氣體不做功，溫度不變，內(nèi)能不變D．氣體不做功，溫度不變，內(nèi)能減少243題號1√C

[抽掉隔板后，氣體膨脹，體積增大，但由于右側為真空，所以氣體自由膨脹不做功，因而內(nèi)能不變，溫度不變，故C選項正確。]243題號12．下列過程中，通過傳熱來改變物體內(nèi)能的是(

)A．用鋸子鋸木料，鋸條溫度升高B．擦火柴時，火柴頭燃燒起來C．搓搓手就感覺手暖和些D．陽光照射地面，地面溫度升高243題號1√D

[用鋸子鋸木料，鋸條溫度升高，屬于做功使物體內(nèi)能增加，選項A錯誤；擦火柴時，火柴頭燃燒起來，屬于做功使物體內(nèi)能增加，選項B錯誤；搓搓手就感覺手暖和些，屬于做功使物體內(nèi)能增加，選項C錯誤；陽光照射地面，地面溫度升高，屬于傳熱使物體內(nèi)能增加，選項D正確。]243題號13．在商場一些柜臺前常見到一種氣壓凳(如圖)，它的高度可以調節(jié)且舒適性好。其原理結構簡化模型就是一個汽缸活塞模型，內(nèi)部封閉一定質量的氮氣。如果有一個人坐上去，關于內(nèi)部氣體(可以看作理想氣體，忽略與外界熱交換)的說法正確的是(

)A．內(nèi)能減小B．溫度不變C．壓強變大D．每個氣體分子的速率都變大243題號1√C

[人坐上去，則氣體被壓縮，氣體體積減小，壓強增大，外界對氣體做功，根據(jù)ΔU＝W可知內(nèi)能增加，溫度升高，分子平均速率變大，但是并非每個氣體分子的速率都變大。]243題號14．(多選)早些年小孩子常用廢圓珠筆芯做一種玩具，鐵絲的一端纏繞棉花，用水打濕后從一端塞入筆芯內(nèi)，將筆芯的另一端用力在馬鈴薯上戳一下拔出來，然后用力推鐵絲，馬鈴薯小塊高速飛出，能打出十幾米遠。下列說法正確的是(

)A．在推鐵絲而馬鈴薯小塊未飛出的過程中，筆芯內(nèi)密封的氣體的溫度升高B．在推鐵絲而馬鈴薯小塊未飛出的過程中，氣體對外做功C．馬鈴薯小塊高速飛出的動能來自氣體內(nèi)能D．馬鈴薯小塊高速飛出時外界對筆芯內(nèi)氣體做功243題號1√√AC

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