功和內(nèi)能___熱和內(nèi)能

1、功和內(nèi)能功和內(nèi)能 熱和內(nèi)能熱和內(nèi)能引入：引入：冬天搓手可使雙手變暖；向手冬天搓手可使雙手變暖；向手吹氣也可使雙手變暖，是什么原因使吹氣也可使雙手變暖，是什么原因使溫度發(fā)生了變化呢？溫度發(fā)生了變化呢？壓縮空氣引火壓縮空氣引火演示演示: :在有機(jī)玻璃筒底放置少量的易燃物在有機(jī)玻璃筒底放置少量的易燃物,例如蓬松的棉例如蓬松的棉花花,迅速壓下筒中的活塞迅速壓下筒中的活塞,觀察筒底物品的變化。這個(gè)實(shí)驗(yàn)觀察筒底物品的變化。這個(gè)實(shí)驗(yàn)說(shuō)明了什么？說(shuō)明了什么？實(shí)驗(yàn)一：對(duì)系統(tǒng)做機(jī)械功實(shí)驗(yàn)一：對(duì)系統(tǒng)做機(jī)械功 重物下落帶動(dòng)輪葉旋轉(zhuǎn)，重物下落帶動(dòng)輪葉旋轉(zhuǎn)，通過(guò)攪拌對(duì)絕熱容器內(nèi)的通過(guò)攪拌對(duì)絕熱容器內(nèi)的液體做功，使液體升溫

2、，液體做功，使液體升溫，即狀態(tài)發(fā)生變化。即狀態(tài)發(fā)生變化。結(jié)論：結(jié)論：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，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。即系統(tǒng)狀態(tài)的變化是相同的。實(shí)驗(yàn)二：對(duì)系統(tǒng)做電功實(shí)驗(yàn)二：對(duì)系統(tǒng)做電功 電流通過(guò)電熱絲使電流通過(guò)電熱絲使絕熱容器內(nèi)的液體溫絕熱容器內(nèi)的液體溫度升高。度升高。結(jié)論：結(jié)論：對(duì)同一系統(tǒng)，在絕熱過(guò)程中只要所做的電功相同，系統(tǒng)對(duì)同一系統(tǒng)，在絕熱過(guò)程中只要所做的電功相同，系統(tǒng)溫度上升的數(shù)值就相同，即系統(tǒng)的狀態(tài)變化相同。溫度上升的數(shù)值就相同，即系統(tǒng)的狀態(tài)變化相同。焦耳的實(shí)驗(yàn)說(shuō)明什么問(wèn)題？焦耳的實(shí)驗(yàn)說(shuō)明什么問(wèn)題？ 在各種不

3、同的絕熱過(guò)程中，如果使系統(tǒng)從狀在各種不同的絕熱過(guò)程中，如果使系統(tǒng)從狀態(tài)態(tài)1變?yōu)闋顟B(tài)變?yōu)闋顟B(tài)2，所需外界做功的數(shù)量是相同的。，所需外界做功的數(shù)量是相同的。 也就是說(shuō)，在各種不同的絕熱過(guò)程中，要使系也就是說(shuō)，在各種不同的絕熱過(guò)程中，要使系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生變化，做功的數(shù)量只由始末兩個(gè)狀態(tài)統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生變化，做功的數(shù)量只由始末兩個(gè)狀態(tài)決定，與做功方式無(wú)關(guān)。決定，與做功方式無(wú)關(guān)。一、焦耳的實(shí)驗(yàn)一、焦耳的實(shí)驗(yàn)(Joule experiment)Joule experiment) 焦耳實(shí)驗(yàn)揭示了熱量與功之間確焦耳實(shí)驗(yàn)揭示了熱量與功之間確定的當(dāng)量關(guān)系（卡定的當(dāng)量關(guān)系（卡4.186焦耳），焦耳），表明機(jī)械運(yùn)動(dòng)或電磁運(yùn)動(dòng)與

4、熱運(yùn)動(dòng)之表明機(jī)械運(yùn)動(dòng)或電磁運(yùn)動(dòng)與熱運(yùn)動(dòng)之間是可以相互轉(zhuǎn)化的它啟迪人們繼間是可以相互轉(zhuǎn)化的它啟迪人們繼續(xù)發(fā)現(xiàn)了各種物質(zhì)運(yùn)動(dòng)之間的相互轉(zhuǎn)續(xù)發(fā)現(xiàn)了各種物質(zhì)運(yùn)動(dòng)之間的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系，為能量轉(zhuǎn)化和守恒定律的建化關(guān)系，為能量轉(zhuǎn)化和守恒定律的建立奠定了基礎(chǔ)立奠定了基礎(chǔ) 焦耳在做熱功當(dāng)量實(shí)驗(yàn)焦耳在做熱功當(dāng)量實(shí)驗(yàn) 回顧哪些力做功僅由物體的起點(diǎn)和回顧哪些力做功僅由物體的起點(diǎn)和終點(diǎn)兩個(gè)位置決定與物體的運(yùn)動(dòng)路徑終點(diǎn)兩個(gè)位置決定與物體的運(yùn)動(dòng)路徑無(wú)關(guān)？無(wú)關(guān)？ 二、內(nèi)能二、內(nèi)能 1、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、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)物理量在兩個(gè)狀態(tài)間的差別統(tǒng)自身狀態(tài)

5、的物理量，這個(gè)物理量在兩個(gè)狀態(tài)間的差別與外界在絕熱過(guò)程中對(duì)系統(tǒng)所做的功相聯(lián)系。我們把這與外界在絕熱過(guò)程中對(duì)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。個(gè)物理量稱為系統(tǒng)的內(nèi)能。思考：思考：在第七章中我們?cè)?jīng)學(xué)習(xí)過(guò)內(nèi)能的概念是什么呢？在第七章中我們?cè)?jīng)學(xué)習(xí)過(guò)內(nèi)能的概念是什么呢？當(dāng)時(shí)講的內(nèi)能的變化與什么有關(guān)？而這一致嗎？有何關(guān)當(dāng)時(shí)講的內(nèi)能的變化與什么有關(guān)？而這一致嗎？有何關(guān)系？系？拓展思考：拓展思考：在絕熱過(guò)程中，外界對(duì)系統(tǒng)做功，系在絕熱過(guò)程中，外界對(duì)系統(tǒng)做功，系統(tǒng)的內(nèi)能怎么變？數(shù)量上有什么關(guān)系？若系統(tǒng)對(duì)統(tǒng)的內(nèi)能怎么變？數(shù)量上有什么關(guān)系？若系統(tǒng)對(duì)外界做功呢？外界做功呢？2、當(dāng)系統(tǒng)從狀態(tài)、當(dāng)系

6、統(tǒng)從狀態(tài)1經(jīng)過(guò)絕熱過(guò)程達(dá)到狀態(tài)經(jīng)過(guò)絕熱過(guò)程達(dá)到狀態(tài)2時(shí)，時(shí)，內(nèi)能的增加量?jī)?nèi)能的增加量U=U2-U1就等于外界對(duì)系統(tǒng)所做就等于外界對(duì)系統(tǒng)所做的功的功W，即，即U=W。鉆木取火鉆木取火氣體膨脹氣體膨脹演示：演示：在燒瓶里加入水，水的上方有水蒸氣。用帶孔在燒瓶里加入水，水的上方有水蒸氣。用帶孔橡皮塞把瓶口塞住，向瓶?jī)?nèi)打氣，當(dāng)瓶塞跳出時(shí)，觀橡皮塞把瓶口塞住，向瓶?jī)?nèi)打氣，當(dāng)瓶塞跳出時(shí)，觀察瓶?jī)?nèi)的變化。察瓶?jī)?nèi)的變化。由此可知：1外界對(duì)物體做功，物體的內(nèi)能增加 2 2物體對(duì)外界做功，物體的內(nèi)能減少物體對(duì)外界做功，物體的內(nèi)能減少 三、熱傳遞三、熱傳遞演示實(shí)驗(yàn)：演示實(shí)驗(yàn)：動(dòng)畫(huà)：熱傳遞動(dòng)畫(huà)：熱傳遞3、熱傳遞有三種

7、方式：熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流、熱輻射。、熱傳遞有三種方式：熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流、熱輻射。2、發(fā)生條件：、發(fā)生條件：物體之間或物體的不同部分之間存在溫物體之間或物體的不同部分之間存在溫度差。度差。1、兩個(gè)溫度不同的物體相互接觸時(shí)溫度高的物體要降、兩個(gè)溫度不同的物體相互接觸時(shí)溫度高的物體要降溫，溫度低的物體要升溫，我們說(shuō)熱量從高溫物體傳到溫，溫度低的物體要升溫，我們說(shuō)熱量從高溫物體傳到了低溫物體。這樣的過(guò)程叫做熱傳遞。了低溫物體。這樣的過(guò)程叫做熱傳遞。四、熱和內(nèi)能四、熱和內(nèi)能 1、熱量是在單純的傳熱過(guò)程中系統(tǒng)內(nèi)能變化的量度。當(dāng)系統(tǒng)、熱量是在單純的傳熱過(guò)程中系統(tǒng)內(nèi)能變化的量度。當(dāng)系統(tǒng)從狀態(tài)從狀態(tài)1經(jīng)過(guò)單純的傳熱達(dá)

8、到狀態(tài)經(jīng)過(guò)單純的傳熱達(dá)到狀態(tài)2，內(nèi)能的增量，內(nèi)能的增量U=U2-U1就等就等于外界向系統(tǒng)傳遞的熱量于外界向系統(tǒng)傳遞的熱量Q，即，即U=Q。 2、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、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(shuō)物體具有多少熱量，只能說(shuō)物體吸收或放出了意義。所以不能說(shuō)物體具有多少熱量，只能說(shuō)物體吸收或放出了多少熱量。多少熱量。 外界沒(méi)有對(duì)系統(tǒng)（水）做功，只對(duì)外界沒(méi)有對(duì)系統(tǒng)（水）做功，只對(duì)系統(tǒng)傳熱，同樣能改變系統(tǒng)的狀態(tài)。系統(tǒng)傳熱，同樣能改變系統(tǒng)的狀態(tài)。拓展思考拓展思考：在單純傳熱過(guò)程中，系統(tǒng)從外界吸熱，系統(tǒng)的內(nèi)能怎在單純傳熱過(guò)程中，系統(tǒng)從外界吸熱

9、，系統(tǒng)的內(nèi)能怎么變？數(shù)量上有什么關(guān)系？若系統(tǒng)對(duì)外界放熱呢？么變？數(shù)量上有什么關(guān)系？若系統(tǒng)對(duì)外界放熱呢？1 1、物體從外界吸熱，物體內(nèi)能增加。、物體從外界吸熱，物體內(nèi)能增加。2 2、物體對(duì)外界放熱，物體內(nèi)能減少。、物體對(duì)外界放熱，物體內(nèi)能減少。五、做功和熱傳遞的區(qū)別五、做功和熱傳遞的區(qū)別 1、做功使物體內(nèi)能發(fā)生改變的時(shí)候，內(nèi)能的改、做功使物體內(nèi)能發(fā)生改變的時(shí)候，內(nèi)能的改變就用功數(shù)值來(lái)量度外界對(duì)物體做多少功，變就用功數(shù)值來(lái)量度外界對(duì)物體做多少功，物體的內(nèi)能就增加多少；物體對(duì)外界做多少功，物體的內(nèi)能就增加多少；物體對(duì)外界做多少功，物體的內(nèi)能就減少多少物體的內(nèi)能就減少多少 熱傳遞使物體的內(nèi)能發(fā)生改變的

10、時(shí)候，內(nèi)能熱傳遞使物體的內(nèi)能發(fā)生改變的時(shí)候，內(nèi)能的改變用熱量來(lái)量度的物體吸收多少熱量，的改變用熱量來(lái)量度的物體吸收多少熱量，物體的內(nèi)能就增加多少；物體放出多少熱量，物體的內(nèi)能就增加多少；物體放出多少熱量，物體的內(nèi)能就減少多少物體的內(nèi)能就減少多少 2做功和熱傳遞在改變物體的內(nèi)能上是等效的做功和熱傳遞在改變物體的內(nèi)能上是等效的 3做功和熱傳遞在本質(zhì)上是不同的：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）間的轉(zhuǎn)化（不同形式能量間的轉(zhuǎn)化） 熱傳遞使物體的內(nèi)能改變，是物體間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移（同熱傳遞

11、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）種形式能量的轉(zhuǎn)移） 如圖所示，在薄壁金屬圓筒內(nèi)注入少量如圖所示，在薄壁金屬圓筒內(nèi)注入少量乙醚，塞上塞子，用一根繩子在金屬圓乙醚，塞上塞子，用一根繩子在金屬圓筒外壁纏繞筒外壁纏繞12圈。然后按圖中箭頭所圈。然后按圖中箭頭所指的方向來(lái)回拉動(dòng)繩子。指的方向來(lái)回拉動(dòng)繩子。（1）猜測(cè)可能會(huì)發(fā)生的現(xiàn)象；）猜測(cè)可能會(huì)發(fā)生的現(xiàn)象；（2）解釋發(fā)生上述現(xiàn)象的原因。）解釋發(fā)生上述現(xiàn)象的原因。乙醚頂塞乙醚頂塞問(wèn)題討論：?jiǎn)栴}討論： “做功做功”和和“熱傳遞熱傳遞”都是能量交換的方式，并在改變都是能量交換的方式，并在改變系統(tǒng)狀態(tài)上等效，二者在本質(zhì)上有什么區(qū)別？系統(tǒng)

12、狀態(tài)上等效，二者在本質(zhì)上有什么區(qū)別？ 對(duì)于系統(tǒng)做機(jī)械功（摩擦功或體積功）是與物體的宏觀位移相聯(lián)系的（如對(duì)于系統(tǒng)做機(jī)械功（摩擦功或體積功）是與物體的宏觀位移相聯(lián)系的（如輪葉在液體中旋轉(zhuǎn)，活塞移動(dòng)等）。從微觀上看，物體發(fā)生宏觀位移時(shí)，其中輪葉在液體中旋轉(zhuǎn)，活塞移動(dòng)等）。從微觀上看，物體發(fā)生宏觀位移時(shí)，其中所有分子將在無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)上附加一個(gè)共同的有規(guī)則運(yùn)動(dòng)。在做功過(guò)程中，所有分子將在無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)上附加一個(gè)共同的有規(guī)則運(yùn)動(dòng)。在做功過(guò)程中，通過(guò)分子間的碰撞將有規(guī)則運(yùn)動(dòng)能量（宏觀上表現(xiàn)為機(jī)械能）轉(zhuǎn)變?yōu)榉肿訜o(wú)規(guī)通過(guò)分子間的碰撞將有規(guī)則運(yùn)動(dòng)能量（宏觀上表現(xiàn)為機(jī)械能）轉(zhuǎn)變?yōu)榉肿訜o(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)能量。分子無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)能量的總和在宏觀上表現(xiàn)為系統(tǒng)的內(nèi)能。因此，則運(yùn)動(dòng)能量。分子無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)能量的總和在宏觀上表現(xiàn)為系統(tǒng)的內(nèi)能。因此，做機(jī)械功的過(guò)程是通過(guò)分子間的碰撞發(fā)生的宏觀機(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)換和傳遞過(guò)做機(jī)械功的過(guò)程是通過(guò)分子間的碰撞發(fā)生的宏觀機(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)換和傳遞過(guò)程。程。 向系統(tǒng)傳遞熱量是以系統(tǒng)和外界的溫度不同為條件的。溫度不同（分子熱向系統(tǒng)傳遞熱量是以系統(tǒng)和外界的溫度不同為條件的。溫度不同（分子熱運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)能不同）的物體相互接觸的，通過(guò)分子的碰撞，相互摻和，平均動(dòng)運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)能不同）的物體相互接觸的，通過(guò)分子的碰撞，相互摻和，平均動(dòng)能大的分子將把能量傳給平均能量小的分子，