10.1功和内能-【点石成金系列】2021-2022学年高中物理课件（人教版选修3-3）

§10.1 功和内能 冬天搓手可使双手变暖；向手吹气也可使双手变暖，是什么原因使温度发生了变化呢？ 演示: 在有机玻璃筒底放置少量的易燃物,例如蓬松的棉花,迅速压下筒中的活塞,观察筒底物品的变化.这个实验说明了什么？ 焦耳在做热功当量实验 焦耳 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.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 绝热过程：系统只由于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. 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. 重物下落带动轮叶旋转，通过搅拌对绝热容器内的液体做功，使液体升温，即状态发生变化. 焦耳两个代表性实验之一：焦耳热功当量实验装置——对系统做机械功 焦耳通过多次实验发现：无论如何改变重物的质量和下落的位移，只要重力做功相同，量热器内水的温度升高的数值相等。 电流通过电热丝使绝热 容器内的液体温度升高. 结论：对同一系统，在绝热过程中只要所做的电功相同，系统温度上升的数值就相同，即系统的状态变化相同. 焦耳两个代表性实验之二：焦耳热功当量实验装置——对系统做电功 各次通电时间和电流大小可能不同，但只要所做电功的相等，系统上升的温度一定相同。 综上所述：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.也就是说，在各种不同的绝热过程中，要使系统状态发生变化，做功的数量只由始末两个状态决定，而与做功方式无关. 从焦耳的实验中可以得出什么结论？ 尽管第一个实验重物质量或下落高度可能不同，第二个实验各次通电时间和电流大小可能不同，做功方式及做功的具体过程也不同，但只要外界对系统做功的数值相同，系统上升的温度一定相同。 始末状态，是不是似曾相识 在热力学系统的绝热过程中，外界对系统所做的功仅由过程的始末两个状态决定，不依赖于做功的具体过程和方式。 类比思考： 哪些力做功仅由物体的起点和终点两个位置决定，与物体的运动路径无关？ 重力 电场力 重力做功对应重力势能 电场力做功对应电势能（电能） ★热功当量：做功和热传递对改变物体的内能是等效的。 1、宏观定义（热力学对内能的定义）：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值等于外界在绝热过程中对系统所做的功.我们把这个物理量称为系统的内能。 二、内能(U) 微观定义（分子动理论对内能的定义）：物体中所有分子的热运动动能和分子势能的总和，叫做物体的内能。 微观：分子热运动的激烈程度、分子间距、分子数。 系统的内能U 宏观：温度、体积、物质的量（状态）。 2、对绝热系统做功：当系统从状态1经过绝热过程达到状态2时，内能的增加量△U=U2-U1就等于外界对系统所做的功W，即∆U=W。 3、内能与内能变化 (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。 (2)当物体温度变化时，分子平均动能变化。物体体积变化时，分子势能发生变化，即物体的内能是由它的状态决定的，且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。 拓展思考： 在绝热过程中，外界对系统做功，系统的内能怎么变？数量上有什么关系？若系统对外界做功呢？ 4、做功与内能变化的关系 (1)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。 (2)在绝热过程中，外界对物体做多少功，就有多少其他形式的能转化为内能，物体的内能就增加多少；物体对外界做多少功，就有多少内能转化为其他形式的能，物体的内能就减少多少； 物理量 符号 意义 符号 意义 W ΔU 系统对外界做功 外界对系统做功 内能增加 内能减少 + ΔU>0 － ΔU<0 在绝热过程中，功是系统内能转化的量度： ∆U=W 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。 特别提醒 (1)外界对某一系统做功时，系统的内能不一定增加，还要看该系统有没有向外放热，以及向外放热的多少。 (2)在绝热过程中，系统内能的增加量等于外界对系统所做的功。 实验录像：钻木取火 演示：在烧瓶里加入水，水的上方有水蒸气.用带孔橡皮塞把瓶口塞住，向瓶内打气，当瓶塞跳出时，观察瓶内的变化. 1.系统指的是什么？ 2.出现了什么现象？ 3.为什么会呈现雾状？ 实验录像：气