功和内能热和内能课件.pptx
知识回顾知识回顾:1.1.什么叫内能？什么叫内能？与哪些因素有关？与哪些因素有关？2.2.质量、温度相同的物体，内能必定相等质量、温度相同的物体，内能必定相等对吗？对吗？物体内所有分子做热运动的动能和物体内所有分子做热运动的动能和分子势能的总和叫物体的内能。温度、分子势能的总和叫物体的内能。温度、体积、摩尔数体积、摩尔数错。比如错。比如0 00 0C C的冰和水。的冰和水。第1页/共29页物体的内能与温度和体积的关系物体的内能与温度和体积的关系 温度变化时分子动能变化，体积变化时温度变化时分子动能变化，体积变化时分子势能变化，因此物体的内能决定于它的分子势能变化，因此物体的内能决定于它的温度和体积，温度和体积，虽然温度、体积能影响内能，虽然温度、体积能影响内能，但是这句话却不能作为判断两物体内能大小但是这句话却不能作为判断两物体内能大小的依据。如，的依据。如，0 0O OC C的冰熔化成的冰熔化成O OC C水体积减小，水体积减小，不能就此认为其势能也减小，而应该从改变不能就此认为其势能也减小，而应该从改变内能的方式上分析内能的方式上分析,冰熔化过程吸收热量，内冰熔化过程吸收热量，内能增加，而温度不变，所增加的只是分子的能增加，而温度不变，所增加的只是分子的势能势能 第2页/共29页一、焦耳的实验一、焦耳的实验焦耳焦耳 1818年年12月月24日生于英日生于英国曼彻斯特国曼彻斯特 ，起初研究电，起初研究电学和磁学。学和磁学。1840年在英国年在英国皇家学会上宣布了电流通过皇家学会上宣布了电流通过导体产生热量的定律，即焦导体产生热量的定律，即焦耳定律。焦耳测量了热与机耳定律。焦耳测量了热与机械功之间的当量关系械功之间的当量关系热热功当量，为热力学第一定律功当量，为热力学第一定律和能量守恒定律的建立奠定和能量守恒定律的建立奠定了实验基础。了实验基础。第3页/共29页1 1绝热过程绝热过程 系统只通过对外界做功或外界对它做功而与系统只通过对外界做功或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。界放热，这样的过程叫做绝热过程。2 2焦耳的实验及结论焦耳的实验及结论(1)(1)热功当量实验热功当量实验热量以卡为单位时与功的单位焦耳之间的数热量以卡为单位时与功的单位焦耳之间的数量关系量关系,相当于单位热量的功的数量相当于单位热量的功的数量,叫做热功叫做热功当量，当量，即即1卡卡=4.1840焦耳焦耳 第4页/共29页焦耳热功当量实验装置焦耳热功当量实验装置机械功机械功第5页/共29页 在测定热功当量的实验中，在测定热功当量的实验中，重物下落带重物下落带动叶片搅拌容器中的水，引起水温上升动叶片搅拌容器中的水，引起水温上升。焦。焦耳的多次实验测量表明，耳的多次实验测量表明，只要重力所做的功只要重力所做的功相同，容器内水温上升的数值就相同相同，容器内水温上升的数值就相同，即系，即系统的状态变化是相同的。统的状态变化是相同的。第6页/共29页焦耳热功当量实验装置焦耳热功当量实验装置电功电功(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第7页/共29页 在通过电流的热效应给水加热的实验中在通过电流的热效应给水加热的实验中，多次实验结果表明，对同一个系统，如果过多次实验结果表明，对同一个系统，如果过程是绝热的，程是绝热的，只要所做的电功相等，则系统只要所做的电功相等，则系统温度上升的数值是相同的温度上升的数值是相同的，即系统的状态变，即系统的状态变化相同。化相同。（3）实验结论：实验结论：要使系统状态通过绝热过程发生变化，做要使系统状态通过绝热过程发生变化，做功的数量只由过程始末两个状态决定，而功的数量只由过程始末两个状态决定，而与做功的方式无关与做功的方式无关第8页/共29页二、功与系统内能改变的关系二、功与系统内能改变的关系1.1.做功可以改变系统的内能做功可以改变系统的内能外界对系统做功，系统的内能增加外界对系统做功，系统的内能增加系统对外界做功，系统的内能减少。系统对外界做功，系统的内能减少。2.2.功是系统内能转化的量度功是系统内能转化的量度3.3.实质实质:其他形式的能与内能的相互转化其他形式的能与内能的相互转化4.4.国际单位制中，国际单位制中，内能和功的单位都是内能和功的单位都是焦耳焦耳(J)(J)UU2U1=W（用（用U U表示表示内能内能；WW表示表示功功）第9页/共29页做功与内能的变化做功与内能的变化 做功改变物体内能的过程是将其他形式的做功改变物体内能的过程是将其他形式的能能(如机械能如机械能)与内能相互转化的过程，做与内能相互转化的过程，做功使物体内能发生变化时，内能改变了多功使物体内能发生变化时，内能改变了多少用做功的数值来量度。少用做功的数值来量度。外界对物体做多外界对物体做多少功，物体的内能就增加多少；物体对外少功，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界做多少功，物体的内能就减少多少。需要注意的几个问题需要注意的几个问题第10页/共29页 压缩气体，压缩气体，外界对气体做了功，气体的外界对气体做了功，气体的内能增加，内能增加，气体内能的增加量等于外界对气体内能的增加量等于外界对气体做的功的多少；气体做的功的多少；气体膨胀，气体膨胀，是气体对是气体对外界做功，气体内能减小，外界做功，气体内能减小，气体内能的减气体内能的减少量等于气体膨胀对外做的功的多少少量等于气体膨胀对外做的功的多少。实质上对气体我们还能从另一个方面实质上对气体我们还能从另一个方面来判断，那就是看气体的体积来判断，那就是看气体的体积，被研究的，被研究的气体体积增大就一定对外做功。气体的体气体体积增大就一定对外做功。气体的体积减小，外界就一定对气体做功。积减小，外界就一定对气体做功。第11页/共29页 在绝热过程中，末态内能大于初态内能在绝热过程中，末态内能大于初态内能时，时，U U为正，为正，WW为正，外界对系统做功。为正，外界对系统做功。末态内能小于初态内能时，末态内能小于初态内能时，U U为负，为负，WW为负，系统对外界做功为负，系统对外界做功。内能和其他形式。内能和其他形式的能一样，是状态量，物体的状态一定时，的能一样，是状态量，物体的状态一定时，它的内能也一定。和讨论重力势能一样，它的内能也一定。和讨论重力势能一样，我们能确定的只是内能的变化。因为任何我们能确定的只是内能的变化。因为任何状态的内能，只有在标准参考态的值确定状态的内能，只有在标准参考态的值确定后，才可能做出相应的确定值。由此可知，后，才可能做出相应的确定值。由此可知，要测得物体某一状态内能的绝对值，是不要测得物体某一状态内能的绝对值，是不可能的。可能的。第12页/共29页动画：热传递动画：热传递第13页/共29页3、热传递有三种方式：热传导、热对流、热辐射。、热传递有三种方式：热传导、热对流、热辐射。2、发生条件：、发生条件：物体之间或物体的不同部分之间存在温物体之间或物体的不同部分之间存在温度差。度差。1、两个温度不同的物体相互接触时温度高的物、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，我们说热量从体要降温，温度低的物体要升温，我们说热量从高温物体传到了低温物体。这样的过程叫做热传高温物体传到了低温物体。这样的过程叫做热传递。递。第14页/共29页热传导热传导热沿着物体传递的热传递方式热沿着物体传递的热传递方式，不同，不同物质传导热的能力各不相同，容易传导热的物体物质传导热的能力各不相同，容易传导热的物体称之为热的良导体，所有金属都是热的良导体，称之为热的良导体，所有金属都是热的良导体，不容易传导热的物体称之为热的不良导体，如空不容易传导热的物体称之为热的不良导体，如空气、橡胶、绒毛、棉纱、木头、水、油等气、橡胶、绒毛、棉纱、木头、水、油等第15页/共29页热对流热对流靠液体或气体的流动来传递热的方式靠液体或气体的流动来传递热的方式，热对流是液体和气体所特有的热传递方式热对流是液体和气体所特有的热传递方式热辐射热辐射热从高温物体向周围以电磁波的形式沿热从高温物体向周围以电磁波的形式沿直线射出去的方式直线射出去的方式，热辐射不依赖媒介质，可在，热辐射不依赖媒介质，可在真空中进行，温差越大，表面颜色越深，物体向真空中进行，温差越大，表面颜色越深，物体向外的热辐射能力越强外的热辐射能力越强第16页/共29页三、热和内能三、热和内能 1、热量是在单纯的传热过程中系统内能变化的量度。、热量是在单纯的传热过程中系统内能变化的量度。当系统从状态当系统从状态1经过单纯的传热达到状态经过单纯的传热达到状态2，内能的增量，内能的增量U=U2-U1就等于外界向系统传递的热量就等于外界向系统传递的热量Q，即，即U=Q。2、像做功一样，热量的、像做功一样，热量的概念也只有在涉及能量的传概念也只有在涉及能量的传递时才有意义。所以不能说递时才有意义。所以不能说物体具有多少热量，只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。物体吸收或放出了多少热量。外界没有对系统（水）外界没有对系统（水）做功，只对系统传热，做功，只对系统传热，同样能改变系统的状态。同样能改变系统的状态。拓展思考拓展思考：在单纯传热过程在单纯传热过程中，系统从外界吸热，系统中，系统从外界吸热，系统的内能怎么变？数量上有什的内能怎么变？数量上有什么关系？若系统对外界放热么关系？若系统对外界放热呢？呢？第17页/共29页1 1、物体从外界吸热，物体内能增加。、物体从外界吸热，物体内能增加。2 2、物体对外界放热，物体内能减少。、物体对外界放热，物体内能减少。第18页/共29页做功和热传递的区别做功和热传递的区别 1、做做功功使使物物体体内内能能发发生生改改变变的的时时候候，内内能能的的改改变变就就用用功功数数值值来来量量度度外外界界对对物物体体做做多多少少功功，物物体体的的内内能能就就增增加加多多少少；物物体体对对外外界界做做多多少少功功，物体的内能就减少多少物体的内能就减少多少 热热传传递递使使物物体体的的内内能能发发生生改改变变的的时时候候，内内能能的的改改变变用用热热量量来来量量度度的的物物体体吸吸收收多多少少热热量量，物物体体的的内内能能就就增增加加多多少少；物物体体放放出出多多少少热热量量，物体的内能就减少多少物体的内能就减少多少 第19页/共29页2做功和热传递在改变物体的内能上是等效的做功和热传递在改变物体的内能上是等效的 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：做做功功使使物物体体的的内内能能改改变变，是是其其他他形形式式的的能能量量和内能之间的转化（不同形式能量间的转化）和内能之间的转化（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（同种形式能量的转移）转移（同种形式能量的转移）第20页/共29页例例1.1.如图所示，活塞将汽缸分成甲、乙两气室，如图所示，活塞将汽缸分成甲、乙两气室，汽缸、活塞汽缸、活塞(连同拉杆连同拉杆)是绝热的，且不漏气。是绝热的，且不漏气。以以E E甲甲、E E乙乙分别表示甲、乙两气室中气体的分别表示甲、乙两气室中气体的内能，则在将拉杆缓慢向外拉的过程中内能，则在将拉杆缓慢向外拉的过程中()A AE E甲甲不变，不变，E E乙乙减小减小B BE E甲甲不变，不变，E E乙乙增大增大C CE E甲甲增大，增大，E E乙乙不变不变D DE E甲甲增大，增大，E E乙乙减小减小D第21页/共29页例例2.2.绝热过程中，外界压缩气体做功绝热过程中，外界压缩气体做功20 J20 J，下列说法中正确的是下列说法中正确的是()A A气体内能一定增加气体内能一定增加20 J20 JB B气体内能增加必定小于气体内能增加必定小于20 J20 JC C气体内能增加可能小于气体内能增加可能小于20 J20 JD D气体内能可能不变气体内能可能不变A第22页/共29页例例3.3.采用绝热采用绝热(即不与外界交换热量即不与外界交换热量)的方式的方式使一定量的气体由初状态使一定量的气体由初状态A A变化至终状态变化至终状态B B。对于不同的绝热方式，下面说法中正。对于不同的绝热方式，下面说法中正确的是确的是()A A对气体所做的功不同对气体所做的功不同B B对气体所做的功相同对气体所做的功相同C C对气体不需做功，因为没有能量的传递对气体不需做功，因为没有能量的传递D D可以确定可以确定A A状态的内能状态的内能B第23页/共29页例例4.4.如图所示，容器如图所示，容器A A、B B中各有一个可自由移中各有一个可自由移动的活塞，活塞下面是水，上面是大气，大动的活塞，活塞下面是水，上面是大气，大气压恒定，气压恒定，A A、B B的底部由带阀门的底部由带阀门K K的管道相的管道相连，整个装置与外界绝热，原先连，整个装置与外界绝热，原先A A中水面比中水面比B B中高，打开阀门，使中高，打开阀门，使A A中的水逐渐向中的水逐渐向B B中流，中流，最后达到平衡，在这个过程中最后达到平衡，在这个过程中 ()A A大气压力对水做功，水的内能增加大气压力对水做功，水的内能增加B B水克服大气压力做功，水的内能减少水克服大气压力做功，水的内能减少C C大气压力对水不做功，大气压力对水不做功，水的内能不变水的内能不变D D大气压力对水不做功，大气压力对水不做功，水的内能增加水的内能增加D第24页/共29页1.1.金属制成的气缸中装有柴油与空气的混合物金属制成的气缸中装有柴油与空气的混合物有可能使气缸中柴油达到燃点的过程是有可能使气缸中柴油达到燃点的过程是 ()A A迅速向里推活塞迅速向里推活塞 B B迅速向外拉活塞迅速向外拉活塞C C缓慢向里推活塞缓慢向里推活塞 DD缓慢向外拉活塞缓慢向外拉活塞A2.2.一个物体以较大的初速度沿粗糙的斜面向一个物体以较大的初速度沿粗糙的斜面向上滑行，在物体上滑的过程中，物体内分子上滑行，在物体上滑的过程中，物体内分子的平均动能将的平均动能将 ，物体的机械能将，物体的机械能将 ，物体的内能将，物体的内能将 。(填填“增大增大”“”“不变不变”或或“减小减小”)增大增大减小减小增大增大第25页/共29页二、热和内能二、热和内能在外界对系统不做功的情在外界对系统不做功的情况下，外界与系统传递的况下，外界与系统传递的热量等于系统内能的改变热量等于系统内能的改变量量UUQ Q系统从外界吸热，系统的内能增加系统从外界吸热，系统的内能增加系统向外界放热，系统的内能减少系统向外界放热，系统的内能减少第26页/共29页1.1.热量是单纯的传热过程中系统内能变化热量是单纯的传热过程中系统内能变化的一个量度，是一个的一个量度，是一个过程量过程量，不能讲在某，不能讲在某个时刻物体具有多少热量个时刻物体具有多少热量,应该讲在热传递应该讲在热传递过程中有多少热量从高温物体传递到了低过程中有多少热量从高温物体传递到了低温物体温物体第27页/共29页2.做功和热传递对改变物体的内能的区别做功和热传递对改变物体的内能的区别2)2)做功做功是内能和其他形式的能发生转化是内能和其他形式的能发生转化热传递热传递是不同物体或同一物体不同部分间内是不同物体或同一物体不同部分间内能的转移能的转移1)1)做功和热传递都能改变系统的内能，这两种做功和热传递都能改变系统的内能，这两种方式是方式是等效的等效的，都能引起系统内能的改变，但，都能引起系统内能的改变，但是它们还是有是它们还是有重要区别重要区别的的 第28页/共29页感谢您的观赏感谢您的观赏第29页/共29页
