第三章熱力學(xué)定律3.1功、熱和內(nèi)能的改變目錄CONTENTS1

學(xué)習(xí)目標(biāo)2

新課導(dǎo)入3

新課講解4

課堂小結(jié)5

典例分析當(dāng)堂小練61.了解焦耳的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的原理,知道做功和熱傳遞的實(shí)質(zhì)。2.知道做功和熱傳遞是改變內(nèi)能的兩種方式,理解做功和熱傳遞對改變系統(tǒng)內(nèi)能是等效的,明確兩種方式的區(qū)別。3.明確內(nèi)能、功、熱量、溫度四個(gè)物理量的區(qū)別和聯(lián)系。學(xué)習(xí)目標(biāo)新課導(dǎo)入

在空氣壓縮引火儀底部放置少量的硝化棉，迅速壓下筒中的活塞，可以觀察到硝化棉燃燒的火苗。為什么筒底的硝化棉會被點(diǎn)燃呢？你能解釋這個(gè)現(xiàn)象嗎？改變系統(tǒng)的熱力學(xué)狀態(tài)的方法：傳熱做功從1840年開始，英國物理學(xué)家焦耳進(jìn)行了多種多樣的實(shí)驗(yàn)，以求精確測定外界對系統(tǒng)做功和傳熱對于系統(tǒng)狀態(tài)的影響，以及功與熱的相互關(guān)系。這項(xiàng)研究工作為熱力學(xué)第一定律和能量守恒定律的建立奠定了堅(jiān)實(shí)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。一、焦耳的實(shí)驗(yàn)1、實(shí)驗(yàn)1⑴實(shí)驗(yàn)裝置⑵實(shí)驗(yàn)原理重物下落時(shí)帶動(dòng)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)，攪拌容器中的水，水由于摩擦而溫度上升。新課講解⑶研究對象——熱力學(xué)系統(tǒng)：容器中的水——封閉系統(tǒng)：與外界沒有物質(zhì)交換，但有能量交換。⑷狀態(tài)變化過程系統(tǒng)狀態(tài)變化過程中，系統(tǒng)不從外界吸熱，也不向外界放熱。絕熱過程：⑸焦耳的多次實(shí)驗(yàn)測量結(jié)論盡管各次懸掛重物的質(zhì)量不同，下落的高度也不一樣，但只要重力所做的功相同，容器內(nèi)水溫上升的數(shù)值都是相同的，即系統(tǒng)狀態(tài)的變化是相同的。2、實(shí)驗(yàn)2⑴實(shí)驗(yàn)裝置⑵實(shí)驗(yàn)原理讓正在下降的重物帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，電流通過浸在液體中的電阻絲，由電流的熱效應(yīng)給液體加熱，使液體溫度上升。對于同一個(gè)系統(tǒng)，如果過程是絕熱的，那么不管通過電阻絲的電流或大或小、通電時(shí)間或長或短，只要所做的電功相等，則系統(tǒng)溫度上升的數(shù)值是相同的，即系統(tǒng)的狀態(tài)就發(fā)生了同樣的變化。⑶焦耳的多次實(shí)驗(yàn)測量結(jié)論3、焦耳的這些實(shí)驗(yàn)結(jié)論實(shí)驗(yàn)1重物下落重力做功葉片攪拌容器中的水水與葉片摩擦而溫度上升系統(tǒng)從狀態(tài)1變?yōu)闋顟B(tài)2T1T2實(shí)驗(yàn)2系統(tǒng)從狀態(tài)1變?yōu)闋顟B(tài)2T1T2電機(jī)發(fā)電電熱絲發(fā)熱發(fā)熱絲對水加熱溫度上升重物下落重力做功做功的數(shù)量只由過程始末兩個(gè)狀態(tài)1、2決定，而與重物的質(zhì)量、做功的次數(shù)無關(guān)。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(gè)狀態(tài)1、2決定，而與做功的方式無關(guān)。4、內(nèi)能U

任何一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)都必定存在一個(gè)只依賴于系統(tǒng)自身狀態(tài)的物理量，這個(gè)物理量在初末兩個(gè)狀態(tài)間的差別與外界在絕熱過程中對系統(tǒng)所做的功相聯(lián)系.我們把這個(gè)物理量稱為系統(tǒng)的內(nèi)能。⑵微觀定義（分子動(dòng)理論對內(nèi)能的定義）：

物體中所有分子的熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)能和分子勢能的總和，叫做物體的內(nèi)能。⑴宏觀定義（熱力學(xué)對內(nèi)能的定義）：

任何一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)都必定存在一個(gè)只依賴于系統(tǒng)自身狀態(tài)的一種能量，這種能量叫做系統(tǒng)的內(nèi)能。二

、功與內(nèi)能的改變

在熱力學(xué)系統(tǒng)的絕熱過程中，系統(tǒng)從狀態(tài)1經(jīng)過絕熱過程達(dá)到狀態(tài)2。如果一個(gè)熱學(xué)過程的狀態(tài)變化發(fā)生得極快、經(jīng)歷時(shí)間很短，系統(tǒng)與外界交換的熱量就很少，即系統(tǒng)與外界來不及交換熱量，這樣的過程若不計(jì)傳遞的熱，可以看成絕熱過程。ΔU=U2-U1ΔU=W系統(tǒng)內(nèi)能增量外界對系統(tǒng)所做的功W1、外界對系統(tǒng)做功：W>0，ΔU>0Q=0內(nèi)能增加U1U2壓燃實(shí)驗(yàn)取一個(gè)透明塑料瓶，向瓶內(nèi)注入少量的水。將橡膠塞打孔，安裝上氣門嘴，再用橡膠塞把瓶口塞緊，并向瓶內(nèi)打氣，觀察橡膠塞跳出時(shí)瓶內(nèi)的變化。當(dāng)橡膠塞跳出時(shí)，瓶內(nèi)出現(xiàn)白霧。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象以瓶內(nèi)氣體為研究對象，橡膠塞跳出后，瓶內(nèi)的氣體迅速膨脹，系統(tǒng)對外做功，因此，氣體的內(nèi)能迅速減少，瓶內(nèi)氣體溫度迅速下降，瓶內(nèi)水蒸氣液化，就會出現(xiàn)大量的霧狀小水滴。2、系統(tǒng)對外界做功：W<0，ΔU<0內(nèi)能減小熱力學(xué)系統(tǒng)——瓶內(nèi)氣體狀態(tài)變化過程——絕熱過程熱學(xué)過程的狀態(tài)變化發(fā)生得極快、經(jīng)歷時(shí)間很短，系統(tǒng)與外界交換的熱量就很少，即系統(tǒng)與外界來不及交換熱量，這樣的過程若不計(jì)傳遞的熱，可以看成絕熱過程。ΔU=W物理量符號意義符號意義WΔU外界對系統(tǒng)做功系統(tǒng)對外界做功內(nèi)能增加內(nèi)能減少+ΔU>0－ΔU<0ΔU=W三、熱與內(nèi)能的改變

兩個(gè)溫度不同的物體A、B相互接觸時(shí)，溫度低的物體B要升溫，我們說，熱從高溫物體A傳到了低溫物體B。單純地對系統(tǒng)傳熱也能改變系統(tǒng)的熱力學(xué)狀態(tài)水壺溫酒容器中的酒——封閉系統(tǒng)：與外界沒有物質(zhì)交換，但有能量交換。△U＝QQT1T2U1U2ΔU=U2-U1系統(tǒng)內(nèi)能增量

即在外界對系統(tǒng)不做功的情況下，外界傳遞給系統(tǒng)的熱量等于系統(tǒng)內(nèi)能的改變量。說明:（1）像做功一樣，熱量的概念也只有在涉及能量的傳遞時(shí)才有意義.所以不能說物體具有多少熱量，只能說物體吸收或放出了多少熱量.

（2）物體從外界吸熱，物體內(nèi)能增加。物體對外界放熱，物體內(nèi)能減少。物理量符號意義符號意義QΔU系統(tǒng)吸收熱量系統(tǒng)放出熱量內(nèi)能增加內(nèi)能減少+ΔU>0－ΔU<0△U＝Q做功使物體內(nèi)能發(fā)生改變，內(nèi)能的改變就用功的數(shù)值來量度。熱傳遞使物體的內(nèi)能改變，是物體間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移（同種形式能量的轉(zhuǎn)移），從微觀角度，傳熱是在分子相互作用下，通過分子熱運(yùn)動(dòng)的碰撞實(shí)現(xiàn)內(nèi)能的轉(zhuǎn)移。熱傳遞使物體的內(nèi)能發(fā)生改變，內(nèi)能的改變用熱量來量度。1、2、做功和熱傳遞在本質(zhì)上是不同的：做功使物體的內(nèi)能改變，是其他形式的能量和內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)化（不同形式能量間的轉(zhuǎn)化）一、做功和熱傳遞的區(qū)別二、內(nèi)能與熱量的區(qū)別內(nèi)能是一個(gè)狀態(tài)量,一個(gè)物體在不同的狀態(tài)下有不同的內(nèi)能熱量是一個(gè)過程量，與一段過程對應(yīng)，它表示由于熱傳遞而引起的變化過程中轉(zhuǎn)移的能量，即內(nèi)能的改變量.如果沒有熱傳遞，就沒有熱量可言，但此時(shí)仍有內(nèi)能.內(nèi)能是由系統(tǒng)狀態(tài)決定的，狀態(tài)確定，系統(tǒng)的內(nèi)能也隨之確定，要使系統(tǒng)的內(nèi)能發(fā)生變化，可以通過熱傳遞或做功兩種途徑來完成。而熱量是傳遞過程中的特征物理量，和功一樣，熱量只是反映物體在狀態(tài)變化過程中所遷移的能量，是用來衡量物體內(nèi)能變化的。有過程，才有變化，離開過程，毫無意義。就某一狀態(tài)而言，只有“內(nèi)能”，根本不存在什么“熱量”和“功”，因此，不能說一個(gè)系統(tǒng)中含有“多少熱量”或“多少功”。從宏觀看，溫度表示的是物體的冷熱程度；從微觀看，溫度反映了分子熱運(yùn)動(dòng)的激烈程度，是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志。物體的溫度升高，其內(nèi)能一定增加。但向物體傳遞熱量，物體的內(nèi)能卻不一定增加(可能同時(shí)對外做功)。三、內(nèi)能與溫度四、熱量與溫度熱量是系統(tǒng)的內(nèi)能變化的量度，而溫度是系統(tǒng)內(nèi)大量分子做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)劇烈程度的標(biāo)志。熱傳遞的前提條件是兩個(gè)系統(tǒng)之間要有溫度差，傳遞的是熱量而不是溫度?！咎貏e提醒】能否發(fā)生熱傳遞過程，取決于兩個(gè)物體的溫度，與原來物體內(nèi)能的多少大小無關(guān)。熱傳遞過程能量可以由內(nèi)能大的物體傳到內(nèi)能小的物體上，也可以由內(nèi)能小的物體傳到內(nèi)能大的物體上。改變內(nèi)能的兩種方式做功熱傳遞對內(nèi)對外吸熱放熱內(nèi)能增加內(nèi)能增加內(nèi)能減少內(nèi)能減少（外界對物體做功）（物體對外界做功）（物體從外界吸熱）（物體對外界放熱）課堂小結(jié)【例題1】如果一個(gè)系統(tǒng)達(dá)到了平衡態(tài)，那么這個(gè)系統(tǒng)各處的（）A.溫度、壓強(qiáng)、體積都必須達(dá)到穩(wěn)定的狀態(tài)不再變化B.溫度一定達(dá)到了某一穩(wěn)定值，但壓強(qiáng)和體積仍是可以變化的C.溫度一定達(dá)到了某一穩(wěn)定值，并且分子不再運(yùn)動(dòng)，達(dá)到了“凝固”狀態(tài)D.溫度、壓強(qiáng)穩(wěn)定，但體積仍可變化解析：如果一個(gè)系統(tǒng)達(dá)到了平衡態(tài)，系統(tǒng)內(nèi)各部分的狀態(tài)參量如溫度、壓強(qiáng)和體積等不再隨時(shí)間發(fā)生變化。溫度達(dá)到穩(wěn)定值，分子仍然是運(yùn)動(dòng)的，不可能達(dá)到所謂的“凝固”狀態(tài)。A典例分析【例題2】下列說法正確的是（）A.放在腋下足夠長時(shí)間的水銀體溫計(jì)中的水銀與人體達(dá)到熱平衡B.溫度相同的棉花和石頭相接觸，需要經(jīng)過一段時(shí)間才能達(dá)到熱平衡C.若a與b、c分別達(dá)到熱平衡，則b、c之間也達(dá)到了熱平衡D.兩物體溫度相同，可以說兩物體達(dá)到了熱平衡解析：當(dāng)溫度計(jì)的液泡與被測物體緊密接觸時(shí)，如果兩者的溫度有差異，它們之間就會發(fā)生熱傳遞，高溫物體將向低溫物體傳熱，最終使二者的溫度達(dá)到相等，即達(dá)到熱平衡，故A、D正確；兩個(gè)物體的溫度相同時(shí)，不會發(fā)生熱傳遞，已經(jīng)達(dá)到熱平衡，故B錯(cuò)誤；若a與b、c分別達(dá)到熱平衡，三者溫度一定相等，所以b、c之間也達(dá)到了熱平衡，故C正確。ACD【例題3】關(guān)于溫度與溫標(biāo)，下列說法正確的是()A.用攝氏溫標(biāo)和熱力學(xué)溫標(biāo)表示溫度是兩種不同的表示方法B.水的沸點(diǎn)為100℃，用熱力學(xué)溫度表示即為373.15KC.水從0℃升高到100℃，用熱力學(xué)溫度表示即為從273.15K升高到373.15KD.溫度由攝氏溫度t升至2t，對應(yīng)的熱力學(xué)溫度由T升到2T解析：溫標(biāo)是溫度數(shù)值的表示方法，常用的溫標(biāo)有攝氏溫標(biāo)和熱力學(xué)溫標(biāo)，選項(xiàng)A正確；根據(jù)T＝t＋273.15K可知，100℃相當(dāng)于熱力學(xué)溫度373.15K，水從0℃升高到100℃，即從273.15K升高到373.15K；溫度由攝氏溫度t升高到2t，對應(yīng)的熱力學(xué)溫度從T＝t＋273.15K升高到2t＋273.15K，選項(xiàng)B、C正確，D錯(cuò)誤。ABC學(xué)以致用·隨堂檢測全達(dá)標(biāo)1.關(guān)于傳熱，下列說法正確的是(

)A．傳熱是高溫物體的溫度傳給低溫物體B．不接觸的物體之間不會發(fā)生傳熱

C．比熱容相同的物體之間不會發(fā)生傳熱D．溫度相同的物體之間不會發(fā)生傳熱答案：D解析：A錯(cuò)：傳熱的實(shí)質(zhì)是內(nèi)能從高溫物體轉(zhuǎn)移到低溫物體，傳遞的不是溫度，傳遞的是熱量．B錯(cuò)：不接觸的物體之間可以通過熱輻射的方式進(jìn)行傳熱．C錯(cuò)：熱量總是從溫度高的物體傳遞給溫度低的物體，和物體的比熱容沒有關(guān)系．D對：溫度相同的物體之間不存在溫度差，不會發(fā)生傳熱．2．關(guān)于物體的內(nèi)能和熱量，下列說法中正確的是(

)A．熱水的內(nèi)能比冷水的內(nèi)能多B．溫度高的物體其熱量必定多，內(nèi)能必定多C．在熱傳遞過程中，內(nèi)能多的物體其內(nèi)能將減少，內(nèi)能少的物體其內(nèi)能將增加，直至兩物體的內(nèi)能相等D．熱量是熱傳遞過程中內(nèi)能轉(zhuǎn)移多少的量度答案：D解析：內(nèi)能是物體內(nèi)所有分子動(dòng)能和勢能的總和，宏觀上看，其大小取決于物體的溫度、體積、物質(zhì)的量，溫度高只能說明其分子的平均動(dòng)能多，因?yàn)槲镔|(zhì)的量不一定相同，所以并不能說明它的分子總動(dòng)能多，更不能說明它的內(nèi)能多，A錯(cuò)誤；熱量是一個(gè)過程量，說哪個(gè)物體具有熱量是毫無意義的，且溫度高內(nèi)能也不一定多，B錯(cuò)誤；熱傳遞的目的是傳遞內(nèi)能，但是物體之間發(fā)生熱傳遞的條件并不是內(nèi)能不相等，而是溫度不同，熱傳遞的最終結(jié)果也不是內(nèi)能相等，而是溫度相同，C錯(cuò)誤；熱量是熱傳遞過程中內(nèi)能轉(zhuǎn)移的量度，是一個(gè)過程量，D正確．3．一定質(zhì)量的氣體經(jīng)歷一緩慢的絕熱膨脹過程．設(shè)氣體分子間的勢能可忽略，則在此過程中(

)A．外界對氣體做功，氣體分子的平均動(dòng)能增加B．外界對氣體做功，氣體分子的平均動(dòng)能減少C．氣體對外界做功，氣體分子的平均動(dòng)能增加D．氣體對外界做功，氣體分子的平均動(dòng)能減少答案：D解析：絕熱膨脹過程氣體體積增大，氣體對外界做正功，外界對氣體做負(fù)功，W<0，由ΔU＝W＝U2－U1知，氣體的內(nèi)能減少．由于氣體分子間的勢能可以忽略，分子總數(shù)不變，所以氣體分子的平均動(dòng)能減少．4．(多選)對于實(shí)際的氣體，下列說法正確的是(

)A．氣體的體積變化時(shí)，其內(nèi)能可能不變B．氣體的內(nèi)能包括氣體分子熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能C．氣體的內(nèi)能包括氣體整體運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能D．氣體的內(nèi)能包括氣體分子的重力勢能答案：AB解析：氣體的體積變化時(shí)，存在做功情況，但如果同時(shí)有熱量交換，則其內(nèi)能可能不變，A項(xiàng)正確；氣體的內(nèi)能包括氣體分子熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能和分子勢能，B項(xiàng)正確；氣體的內(nèi)能不包括氣體整體運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能，C項(xiàng)錯(cuò)誤；氣體的內(nèi)能不包括氣體分子的重力勢能，D項(xiàng)錯(cuò)誤．5．(多選)如圖所示，透明瓶內(nèi)有一些水，水的上方有水蒸氣，用橡皮塞把瓶口封住，用氣筒向瓶內(nèi)打氣，然后瓶塞會突然跳出，此時(shí)觀察到瓶內(nèi)有白霧產(chǎn)生．關(guān)于上述過