第十章热力学定律第1、2节功和内能、热和内能.ppt

1、第十章第十章 热力学定律热力学定律第第1 1、2 2节节 功和内能、热和内能功和内能、热和内能学习目标学习目标1.1.了解焦耳的两个实验的原理了解焦耳的两个实验的原理,通过焦耳通过焦耳实验的探究实验的探究,培养科学探索的精神培养科学探索的精神;理解内能理解内能的概念的概念,掌握绝热过程中做功与内能变化的关掌握绝热过程中做功与内能变化的关系；系；2.2.知道什么是热传递知道什么是热传递,会区分热量与内能会区分热量与内能的概念的概念;掌握单纯的传热过程中热量与内能变掌握单纯的传热过程中热量与内能变化的关系化的关系;知道做功和热传递是改变系统内能知道做功和热传递是改变系统内能的两种方式的两种方式,并

2、且在改变系统内能上是等效的并且在改变系统内能上是等效的,知道这两种方式在改变系统内能上的区别。知道这两种方式在改变系统内能上的区别。复习回顾复习回顾一、玻意耳定律一、玻意耳定律p1V1=p2V2 或或 pV=C （m、T一定）一定）pTO等容线等容线二、查理定律二、查理定律或或 （m、V一定）一定）p1/VO等温线等温线VTO等压线等压线三、盖三、盖吕萨克定律吕萨克定律或或 （m、P一定）一定）复习回顾复习回顾四、理想气体状态方程四、理想气体状态方程五、气体热现象的微观意义五、气体热现象的微观意义气体分子运动的特点：气体分子运动的特点：自由性自由性 无序性无序性 规律性规律性气体压强的微观意义

3、：气体压强的微观意义：1.1.产生原因：产生原因：大量大量气体气体分子频繁分子频繁、持续、持续地碰撞地碰撞器壁器壁而而产生的。产生的。2.2.决定因素：决定因素：气体分子的平均动能（气体分子的平均动能（温度温度）气体分子的密集程度（气体分子的密集程度（体积体积）C只与物质的量有关只与物质的量有关引入新课引入新课冬天搓手可使双手变暖；向手吹气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也可使双手变暖，是什么原因使温度发生了变化呢？生了变化呢？新课展开新课展开实验实验现象：现象：压缩空气引起易燃物燃烧。压缩空气引起易燃物燃烧。实验结论：实验结论：做功可以改变物体的内能。做功可以

4、改变物体的内能。新课展开新课展开一、一、焦耳的实验焦耳的实验 18181818年年1212月月2424日生于英国曼彻斯特日生于英国曼彻斯特 ，起初研究电学和磁学。，起初研究电学和磁学。1840 1840年在英年在英国皇家学会上宣布了电流通过导体产生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与机械功之间的当量关系热功当热功当量，为热力学第一定律和能量守恒定律量，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。的建立奠定了实验基础。1.1.实验条件实验条件:绝热过程绝热过程:系统只通过系统只通过对外界做功对外

5、界做功或或外界对它外界对它做功做功而而与外界交换能量与外界交换能量,它它不从外界吸热不从外界吸热,也也不向外不向外界放热界放热。新课展开新课展开2.2.代表性实验代表性实验:(1)(1)让重物下落带动叶片搅拌容器中的水让重物下落带动叶片搅拌容器中的水,引引起水温上升。起水温上升。结论：结论：只要重只要重力所做的功相力所做的功相同，容器内水同，容器内水温上升的数值温上升的数值就相同，即系就相同，即系统状态的变化统状态的变化是相同的。是相同的。新课展开新课展开(2)(2)通过电流的热效应给水加热。通过电流的热效应给水加热。结论：结论：对同一系统，对同一系统，在绝热过程中只要所在绝热过程中只要所做的

6、电功相同，系统做的电功相同，系统温度上升的数值就相温度上升的数值就相同，即系统的状态变同，即系统的状态变化相同。化相同。新课展开新课展开3 3.实验结论实验结论:在各种不同的绝热过程中在各种不同的绝热过程中,如果使系统从状态如果使系统从状态1 1变为状态变为状态2,2,所需外界做功的数量是相同的。即所需外界做功的数量是相同的。即:要要使系统状态通过绝热过程发生变化使系统状态通过绝热过程发生变化,做功的数量只做功的数量只由过程始末两个状态由过程始末两个状态1 1、2 2决定决定,而与做功的方式无而与做功的方式无关。关。二、功和内能二、功和内能1.1.内能的定义内能的定义：任何一个热力学系统都必定

7、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存在一个只依赖于系统自身状态的物理量,这个物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理量在两个状态间的差别与外界在绝热过程中对系统做的功相联系统做的功相联系,是系统的一种能量是系统的一种能量,我们把它称为我们把它称为系统的内能。系统的内能。回顾回顾：哪些力做功仅由物体的起点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和终点两个位置决定与物体的运动路径无关？无关？新课展开新课展开2.2.绝热过程中做功与系统内能变化的关系绝热过程中做功与系统内能变化的关系：当系统从某一状态经过绝热过程达到另一状当系统从某一状态经过

8、绝热过程达到另一状态时态时,内能的增加量内能的增加量U就等于外界对系统所做的功就等于外界对系统所做的功W,即即:U=W。思考：思考：打气筒是日常生活中的一种工具打气筒是日常生活中的一种工具,当我当我们用打气筒给自行车打气的时候们用打气筒给自行车打气的时候,就是在克服气体压力和摩擦力做就是在克服气体压力和摩擦力做功。打气的过程中你有没有试着功。打气的过程中你有没有试着去摸一下打气筒的外壳去摸一下打气筒的外壳,有什么感有什么感觉觉?这是怎么回事这是怎么回事?打气筒的温度升高了打气筒的温度升高了,这是由于给自行车打气这是由于给自行车打气时时,压缩空气做功使得系统的内能增加压缩空气做功使得系统的内能增

9、加,故温度升高。故温度升高。新课展开新课展开做一做：做一做：如图所示如图所示,大口玻璃大口玻璃瓶内有一些水瓶内有一些水,水的上方有水蒸气水的上方有水蒸气,向瓶内打气向瓶内打气,在瓶塞跳出的过程中在瓶塞跳出的过程中,会观察到什么现象会观察到什么现象?这个过程是外这个过程是外界对系统做功还是系统对外界做功界对系统做功还是系统对外界做功?该过程系统的内能如何变化该过程系统的内能如何变化?当瓶塞跳出时当瓶塞跳出时,我们会发现瓶内的瓶口处有我们会发现瓶内的瓶口处有“白雾白雾”产生。我们所选的研究对象是瓶内水面上方产生。我们所选的研究对象是瓶内水面上方的水蒸气的水蒸气,在瓶塞跳出的过程中在瓶塞跳出的过程中

10、,是系统膨胀对外界是系统膨胀对外界做功做功,在这个过程中系统的内能减少在这个过程中系统的内能减少,温度降低。瓶温度降低。瓶内和瓶口处的内和瓶口处的“白雾白雾”实际上是瓶内的水蒸气遇冷实际上是瓶内的水蒸气遇冷液化形成的小液滴。液化形成的小液滴。新课展开新课展开3 3.内能与内能的变化内能与内能的变化：(1)(1)物体的内能是指物体内所有分子的动能和物体的内能是指物体内所有分子的动能和势能之和。因此物体的内能是一个状态量。势能之和。因此物体的内能是一个状态量。(2)(2)当物体温度变化时当物体温度变化时,分子的平均动能变化分子的平均动能变化;物体的体积变化时物体的体积变化时,分子势能发生变化分子势

11、能发生变化,因此物体的因此物体的内能变化只由初末状态决定内能变化只由初末状态决定,与中间过程及方式无与中间过程及方式无关。关。4.4.做功与内能变化的关系做功与内能变化的关系(1)(1)做功改变物体内能的过程是其他形式的能做功改变物体内能的过程是其他形式的能(如机械能如机械能)与内能相互转化的过程。与内能相互转化的过程。新课展开新课展开(2)(2)在绝热过程中在绝热过程中,外界对物体做多少功外界对物体做多少功,就有就有多少其他形式的能转化为内能多少其他形式的能转化为内能,物体的内能就增加物体的内能就增加多少多少,即即:U=W。5.5.功和内能的区别功和内能的区别(1)(1)功是能量转化的量度功

12、是能量转化的量度,是过程量是过程量,而内能是而内能是状态量。状态量。(2)(2)做功过程中做功过程中,能量一定会发生转化能量一定会发生转化,而内能而内能不一定变化不一定变化,只有在绝热过程中只有在绝热过程中,做功才一定能引起做功才一定能引起内能的变化。内能的变化。(3)(3)物体的内能大物体的内能大,并不意味着做功多。在绝并不意味着做功多。在绝热过程中热过程中,只有内能变化较大时只有内能变化较大时,才对应着做功较多。才对应着做功较多。新课展开新课展开6.6.判断绝热过程中内能变化的方法判断绝热过程中内能变化的方法判断气体绝热过程的内能变化一般情况下只判断气体绝热过程的内能变化一般情况下只需看气

13、体体积变化就可决定需看气体体积变化就可决定:若体积增大若体积增大,气体对外界做功气体对外界做功,W0,即即U0,即即U0,即即内能增加。内能增加。注意：注意：气体自由膨胀时气体自由膨胀时,气体与外界相互不做气体与外界相互不做功功,因此这种情况下气体体积增大没有外界阻力因此这种情况下气体体积增大没有外界阻力,也也就不需要对外界做功。就不需要对外界做功。课堂练习课堂练习【例题【例题1 1】一定质量的理想气体经历一缓慢的绝热】一定质量的理想气体经历一缓慢的绝热膨胀过程。设气体分子间的势能可忽略膨胀过程。设气体分子间的势能可忽略,则在此过则在此过程中程中()A.外界对气体做功外界对气体做功,气体分子的

14、平均动能增大气体分子的平均动能增大B.外界对气体做功外界对气体做功,气体分子的平均动能减小气体分子的平均动能减小C.气体对外界做功气体对外界做功,气体分子的平均动能增大气体分子的平均动能增大D.气体对外界做功气体对外界做功,气体分子的平均动能减小气体分子的平均动能减小注意：注意：在应用在应用U=W判断系统内能的变化情判断系统内能的变化情况时况时,应先判断系统是否处于绝热过程应先判断系统是否处于绝热过程,若处于绝热若处于绝热过程过程,再依据系统对外界做功还是外界对系统做功再依据系统对外界做功还是外界对系统做功来判断系统内能的变化情况。来判断系统内能的变化情况。D新课展开新课展开三、热和内能三、热

15、和内能两个两个温度不同温度不同的物体的物体相互接触相互接触时时(或一个物体或一个物体的两部分存在温度差的两部分存在温度差)，温度高的物体，温度高的物体（部分）（部分）要要降温，温度低物体降温，温度低物体（部分）（部分）要升温，热量从高温物要升温，热量从高温物体传到了低温物体体传到了低温物体(或从物体的高温部分传到低温或从物体的高温部分传到低温部分部分)热传递热传递新课展开新课展开思考：思考：热传递的条件是什么热传递的条件是什么?能否发生热传递能否发生热传递与物体内能的多少是否有关与物体内能的多少是否有关?热传递的条件是热传递的条件是两个物体两个物体(或一个物体的两部或一个物体的两部分分)间存在

16、温度差间存在温度差,与物体内能的多少无关。与物体内能的多少无关。只要它只要它们存在温度差们存在温度差,热量就会从高温物体传到低温物体热量就会从高温物体传到低温物体(或从物体的高温部分传到低温部分或从物体的高温部分传到低温部分),),与原来物体与原来物体内能的多少无关。内能的多少无关。热传递过程中能量可以由内能大热传递过程中能量可以由内能大的物体传到内能小的物体上的物体传到内能小的物体上,也可以由内能小的物也可以由内能小的物体传到内能大的物体上。体传到内能大的物体上。新课展开新课展开新课展开新课展开1.1.热传递热传递(1)(1)热传递的条件热传递的条件:不同物体不同物体(或一个物体的不或一个物

17、体的不同部分同部分)存在温度差。存在温度差。(2)(2)热传递的方向热传递的方向:热量从高温物体传向低温热量从高温物体传向低温物体。物体。(3)(3)热传递的结果热传递的结果:最终温度相同。最终温度相同。(4)(4)热传递的实质热传递的实质:不同物体不同物体(或一个物体的不或一个物体的不同部分同部分)之间内能的转移。之间内能的转移。(5)(5)热传递的三种方式热传递的三种方式:热传导、热对流和热热传导、热对流和热辐射。辐射。新课展开新课展开2.2.热量热量是用来衡量热传递过程中内能变化多少的一是用来衡量热传递过程中内能变化多少的一个物理量个物理量,是一个过程量是一个过程量,不能说物体具有多少热

18、量不能说物体具有多少热量,只能说物体吸收或放出了多少热量。只能说物体吸收或放出了多少热量。思考：思考：在单纯的热传递过程中在单纯的热传递过程中,怎样计算内能怎样计算内能的增量的增量?当系统从状态当系统从状态1经过单纯的热传递达到状态经过单纯的热传递达到状态2 2时时,内能的增加量内能的增加量U=U2-U1等于外界对系统传递的等于外界对系统传递的热量热量Q,即即U=Q。新课展开新课展开3.3.热传递与系统内能变化的关系热传递与系统内能变化的关系系统在单纯的传热过程中内能的增量系统在单纯的传热过程中内能的增量U等于等于外界向系统传递的热量外界向系统传递的热量Q,即即：U=Q。思考思考：物体内能增加

19、是否一定是从外界吸收物体内能增加是否一定是从外界吸收了热量了热量?不一定不一定,这是因为做功和热传递都可以改变物这是因为做功和热传递都可以改变物体的内能。体的内能。新课展开新课展开想一想：想一想：做功和热传递都能改变物体的内能。做功和热传递都能改变物体的内能。做功和热传递在改变物体内能上的本质是否相同做功和热传递在改变物体内能上的本质是否相同?不相同不相同！热传递是物体间内能的转移热传递是物体间内能的转移,即内能即内能从物体一部分传到另一部分从物体一部分传到另一部分,或从一个物体传递给或从一个物体传递给另一物体。做功是物体的内能与其他形式能量的转另一物体。做功是物体的内能与其他形式能量的转化化

20、,如内能与机械能、内能与电能间的转化等。如内能与机械能、内能与电能间的转化等。新课展开新课展开四四、做功和热传递做功和热传递与内能变化的关系与内能变化的关系1 1、做功使物体内能发生改变的时候、做功使物体内能发生改变的时候：内能的改变就用功数值来量度内能的改变就用功数值来量度。外界对物体外界对物体做多少功，物体的内能就增加多少；物体对外界做做多少功，物体的内能就增加多少；物体对外界做多少功，物体的内能就减少多少多少功，物体的内能就减少多少，即：即：U=W热传递使物体的内能发生改变的时候热传递使物体的内能发生改变的时候：内能的改变用热量来量度的内能的改变用热量来量度的。物体吸收多少物体吸收多少热

21、量，物体的内能就增加多少；物体放出多少热量，热量，物体的内能就增加多少；物体放出多少热量，物体的内能就减少多少物体的内能就减少多少，即：即：U=Q新课展开新课展开2 2做功和热传递在改变物体的内能上是等效做功和热传递在改变物体的内能上是等效的的。3 3做功和热传递在本质上是不同的：做功和热传递在本质上是不同的：做功使物体的内能改变，是其他形式的能量做功使物体的内能改变，是其他形式的能量和内能之间的转化和内能之间的转化（不同形式能量间的转化）（不同形式能量间的转化）热传递使物体的内能改变，是物体间内能的热传递使物体的内能改变，是物体间内能的转移转移（同种形式能量的转移）（同种形式能量的转移）课堂

22、练习课堂练习【例题【例题2 2】关于温度、热量、内能】关于温度、热量、内能,以下说法中正确以下说法中正确的是的是()A.A.一个铁块的温度升高一个铁块的温度升高,其内能增大其内能增大B.B.物体吸收热量物体吸收热量,其温度一定升高其温度一定升高C.C.温度高的物体比温度低的物体含有的热量多温度高的物体比温度低的物体含有的热量多D.D.温度总是从物体热的部分传递至冷的部分温度总是从物体热的部分传递至冷的部分注意：注意：温度、热量、内能都是热学部分的重温度、热量、内能都是热学部分的重要概念。弄清这几个量之间的联系与区别是处理这要概念。弄清这几个量之间的联系与区别是处理这类问题的关键。类问题的关键。

23、A新课展开新课展开概念概念区别区别联系联系温度温度表示物体的冷热程度表示物体的冷热程度,其实质是其实质是:反映了物体内部大量分子无规反映了物体内部大量分子无规则运动的激烈程度则运动的激烈程度温度、内能温度、内能:温度是影响内温度是影响内能的因素之一能的因素之一,温度升高温度升高,内能内能增加增加;温度降低温度降低,内能减少内能减少内能、热量内能、热量:热量是用来衡热量是用来衡量热传递过程中内能变化多少量热传递过程中内能变化多少的的温度、热量温度、热量:热量与温度的热量与温度的变化有关变化有关,在不发生物态变化在不发生物态变化时时,物体吸收热量物体吸收热量,内能增加内能增加,温度升高温度升高;物体放出热量物体放出热量,内能内能减少减少,温度降低温度降低内能内能物体内部所有分子的动能和分物体内部所有分子的动能和分子势能的总和。子势能的总和。一切物体都具一切物体都具有内能有内能热量热量在热传递过程中在热传递过程中,传递内能的多传递内能的多少。与物质的种类少。与物质的种类(比热容比热容)、质量和温度的变化量有关质量和温度的变化量有关注意注意:温度不能温度不能“传传”,热量不能热量不能“含含”；吸热不一定升温吸热不一定升温(如如:晶体的晶体的熔化、水的沸腾熔化、水的沸腾)；升温不一定吸热升温不一定吸热(也可以通过做功实现也可以通过做功实现)