3.1 功 热和内能的改变 课件-2022-2023学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册

1 功、热和内能的改变 第三章 热力学定律 什么是内能？内能大小的影响因素是什么？ 内能：物体内所有分子热运动的动能和分子势能的总和，叫做物体的内能。 与摩尔数有关 与温度有关 与体积有关 内能与物体的摩尔数、温度和体积有关 前情回顾 质量、温度相同的物体，内能必定相等对吗？ 不一定。比如0°C的冰和水 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？ 提示：做功使得物体（密闭气体）温度升高 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 实验1. 重物下落带动叶片搅拌容器中的水 (1) 实验装置 (2)实验过程 通过重物下落带动叶片搅拌容器中的水，叶片与水之间的摩擦使水温升高。 (3)实验条件 整个系统处于绝热过程，通过改变悬挂重物的质量和下落高度，进行多次实验测量。 (4) 实验结论 只要重力所做的功相同，容器中水温上升的数值就 是相同的，即系统的状态变化是相同的。由于实验比较了重力做功与系统温度变化的关系， 所以该实验也称为热功当量实验。 实验2. 通过电流的热效应给水加热 (1) 实验装置 (2)实验过程 通过重物下落使发电机发电，让电流通过电阻丝， 对水加热，使其温度升高。 (3) 实验条件 整个系统处于绝热过程，通过改变电流的大小或通电时间的长短，进行多次实验测量。 (4) 实验结论 只要所做的电功相等，系统温度上升的数值就是相 同的，即系统的状态变化是相同的。 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。 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，与做功方式无关。 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？ 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） 1.内能与内能变化 (1)内能：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别与外界在绝热过程中对系统所做的功相联系。我们把它称为系统的内能。 (2)物体的内能：物体内所有分子的动能和势能之和。因此，物体内能是一个状态量。 (3)内能的变化：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。因此，物体的内能变化只由初、末状态决定，与中间过程无关。 2.内能变化和做功的关系: 绝热过程中，内能的变化等于外力对系统所做的功。 ∆U=U2-U1=W W > 0 , U ↑ , ∆U > 0 W < 0 , U ↓ , ∆U < 0 三、 热与内能的改变 1.热传递 定义：两个温度不同的物体相互接触时温度高的物体要降温，温度低的物体要升温，即热量从高温物体传到了低温物体，这个过程就叫作热传递。 传递的方式：热传导、热对流和热辐射。 热传递的条件：存在温度差。 实质：热传递过程实质是能量转移的过程。 2. 热和内能 (1) 热传递与内能改变的关系 ①在单纯热传递中，系统从外界吸收多少热量，系统的内能就增加多少，即 Q吸 = ΔU。 ②在单纯热传递中，系统向外界放出多少热量，系统的内能就减少多少，即 Q放 = －ΔU。 (2)热量 热量是在单纯的热传递过程中系统内能变化的量度。 4.做功和热传递的区别 (1)内能改变多少的度量方式不同 (2)改变内能的本质不同。 (3)改变内能的效果是等效的。 例1　如图2所示，一定质量的理想气体密封在绝热(即与外界不发生热交换)容器中，容器内装有一可以活动的绝热活塞.今对活塞施加一竖直向下的压力F，使活塞缓慢向下移动一段距离后，气体的体积减小.若忽略活塞与容器壁间的摩擦力，则被密封的气体 A.温度升高，压强增大，内能减少 B.温度降低，压强增大，内能减少 C.温度升高，压强增大，内能增加 D.温度降低，压强减小，内能增加 √ 图2 例2　(多选)一铜块和一铁块，质量相等，铜块的温度T1比铁块的温度T2高，当它们接触在一起时，如果不和外界交换能量，则 A.从两者开始接触到热平衡的整个过程中，铜块内能的减少量等于铁块 内能的增加量