(共26张PPT)
热力学第二定律
将一块烧红的铁块投入冷水中，会发生什么现象？
铁块的温度降低，水的温度升高，最终两者温度相同。
会不会出现铁块温度更高，水的温度更低的情况？
电冰箱的内部温度比外部温度低，为什么致冷系统还能不断地把箱内热量传给外界的空气？
因为电冰箱消耗了电能，对制冷系统做了功，一旦切断电源，电冰箱就不能把其内部的热量传给外界的空气了。相反，外界的热量会自发地传给电冰箱，使其温度逐渐升高。
电冰箱制冷系统
贮藏的食品
大气
热量
热量
电源
做功
热传导的过程是有方向性的，这个过程可以向一个方向自发地进行，但是向相反的方向却不能自发地进行。
要实现相反方向的过程，必须借助外界的帮助，因而产生其它影响或引起其它变化。
热传导的方向性
思考：均匀混合的空气与溴气过一段时间会不会自发地变的界线分明？
气体扩散具有方向性
一个在水平地面上运动的物体，由于克服摩擦力做功，最后要停下来。在这个过程中，物体的动能转化成为内能，使物体和地面的温度升高。
我们能不能看到这样的现象：一个放在水平地面上的物体，靠降低温度，可以把内能自发地转化为动能，使这个物体运动起来。
有人提出这样一种设想，发明一种热机，用它把物体与地面摩擦所生的热量都吸收过来并对物体做功，将内能全部转化为动能，使因摩擦停止运动的物体在地面上重新运动起来，而不引起其它变化。
一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。
在物理学中，反映宏观自然过程的方向性的定律就是热力学第二定律。
共同特征：
1．热力学第二定律的克劳修斯表述：
热量不能自发地从低温物体传到高温物体。
一、热力学第二定律
（Rudolf Julius Emanuel Clausius，1822年1月2日－1888年8月24日）
（1）在不引起其它的变化的条件下，热量不可能自发地从低温物体传到高温物体。
（2）热量可以从低温物体传到高温物体上，但会引起其它变化，比如冷机做功。
说明：
例题1：下列说法中，正确的是（ ）
A．一切形式的能量间的相互转化都具有方向性
B．热量不可能由低温物体传给高温物体
C．气体的扩散过程具有方向性
D．一切形式的能量间的相互转化都不具有可逆性
C
一、热力学第二定律
第一个阶段是燃烧燃料，把燃料中的化学能变成工作物质的内能；
第二个阶段是工作物质对外做功，把自己的内能变成机械能。
热机
一、热力学第二定律
2．热力学第二定律的开尔文表述：
不可能从单一热库吸收，使之完全变成功，而不产生其他影响。
（1）不仅要从一个热库吸热，而且一定会向另一个热库放热。
（2）机械能可以全部转化成内能，但这个过程是不可逆的。
说明：
一、热力学第二定律
热力学第二定律两种表述的比较
开尔文表述实质说明功变热过程的不可逆性，克劳修斯表述则说明热传导过程的不可逆性，两种表述是等价的，可用反证法证明。
违背开尔文表述一定违背克劳修斯表述
如果开尔文表述不成立，可制成一个单热源热机，将它同另一个制冷机组成复合机，如图所示，其总效果相当于一个无功致冷机，于是克劳修斯表述也就不成立。
一、热力学第二定律
3．热力学第二定律的实质
热力学第二定律的每一种表述，都揭示了大量分子参与宏观过程的方向性，使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。
4．与热力学第一定律的关系
热力学第一定律是和热现象有关的物理过程中能量守恒的特殊表达形式，说明功及热量与内能改变的定量关系，而第二定律指出了能量转化与守恒能否实现的条件和过程进行的方向，指出了一切变化过程的自然发展方向不可逆，除非靠外界影响。所以二者相互独立，又相互补充。
例题2：根据热力学第二定律，可知下列说法中正确的有（ ）
A．热量能够从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高温物体
B．热量能够从高温物体传到低温物体，也可能从低温物体传到高温物体
C．机械能可以全部转化为热能，但热能不可能全部转化为机械能
D．机械能可以全部转化为热能，热能也可能全部转化为机械能
BD
二、能源是有限的
能量在数量上虽然守恒，但其转移和转化却具有方向性。在各种各样的活动中，机械能、电能、光能、声能、化学能、核能、生物能……最终都转化成内能，流散到周围的环境中。
根据热力学第二定律，分散在环境中的内能不管数量多么巨大，它也只不过能使地球、大气稍稍变暖一点，却再也不能自动聚集起来驱动机器做功了。这样的转化过程叫作“能量耗散”。
能源的使用过程中虽然能的总量保持守恒，但能量的品质下降了。虽然能量总量不会减少，但能源会逐步减少，因此能源是有限的资源。
三、熵与熵增加原理
自然界的很多过程是不可逆的
例如，一个容器被隔板均分为A、B两部分，一定量的气体处于容器A中，而B为真空。抽取隔板K，A中的气体就会扩散到B中，最后整个容器的A、B两部分都均匀地分布了这种气体。这个过程显然是不可逆的。
1850年，克劳修斯首次提出熵的概念，熵可用来表达一个系统的无序程度，系统从有序向无序的发展过程中熵在增加。在物理学中，不与外界进行物质和能量交换的系统叫作孤立系统。
在自发过程中，系统总是自发地向无序方向发展，即一个孤立系统的熵值总是不减少的，这就是熵增加原理。
1．下列说法正确的是（ ）
A．机械能全部变成内能是不可能的
B．第二类永动机不可能制造成功的原因是因为能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只能从一个物体转移到另一个物体，或从一种形式转化成另一种形式
C．根据热力学第二定律可知，热量不可能从低温物体传到高温物体
D．从单一热源吸收的热量全部变成功是可能的
D
2．根据热力学第二定律，下列判断正确的（ ）
A．热机中燃气的内能不可能全部变成机械能
B．电流的能不可能全部变成内能
C．在火力发电机中，燃气的内能不可能全部变成电能
D．在热传导中，热量不可能自发地从低温物体传递给高温物体
ACD
3．下列说法正确的是（ ）
A．在自然条件下，热传递的过程是不可逆的
B．热量不可能由高温物体传递给低温物体
C．气体的扩散过程具有方向性
D．一切形式能量转化都不具有方向性
AC
4．下列说法中可行的是（ ）
①将地球上所有海水的温度降低0.1℃，以放出大量内能供人类使用
②制造一种机器，把物体与地面摩擦所产生的热量全部收集起来再全部加以使用
③建造一只可以从海洋中提取热量的船，把热量转化为机械能，驱动螺旋桨旋转
④制造一种效率为100％的热机
A．①可行 B．①④可行 C．②④可行 D．①②③④都不可行
D
5．根据热力学第二定律，可知下列说法中正确的是（ ）
A．不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其它变化
B．没有冷凝器，只有单一的热源，能将从单一热源吸收的热量全部用来做功，而不引起其它的变化的热机是可实现的
C．致冷系统能将冰箱里的热量传给外界较高温度的空气中而不引起其它变化
D．不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化
AD
6．根据热力学定律和分子动理论，可知下列说法中正确的是（ ）
A．我们可以利用高科技手段，将流散到周围环境中的内能重新收集起来加以利用而不引起其它变化
B．利用浅层海水和深层海水之间的温度差制造一种热机，将海水的一部分内能转化为机械能，这在原理上是可行的
C．分子间的作用力总是随分子间的距离增大而减小
D．温度升高时，物体中每个分子的运动速率都将增大
B(共13张PPT)
热力学第一定律
改变内能的两种方式
做功
热传递
对内
对外
（外界对物体做功）
（物体对外界做功）
（物体从外界吸热）
（物体对外界放热）
吸热
放热
内能减少
内能增加
内能减少
内能增加
绝热过程
仅传热过程
如果物体在跟外界同时发生做功和热传递的过程中，
内能的变化与热量及做的功之间又有什么关系呢？
一、热力学第一定律
1.表述：一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和。
2.意义：热力学第一定律反映了功、热量跟系统内能改变之间的定量关系。
ΔU= Q +W
一、热力学第一定律
3.定律中各量的正、负号及含义
物理量 符号 意义 符号 意义
W + -
Q + -
ΔU + -
外界对物体做功
物体吸收热量
内能增加
物体对外界做功
物体放出热量
内能减少
ΔU= Q +W
例题1：一定量的气体，从外界吸收热量2.7×105J，内能增加4.3×105J。在这一过程中，是气体对外做功，还是外界对气体做功？做了多少功？
得：
即外界对气体做功
二、热力学第一定律的应用
运用热力学第一定律解决问题
1.根据符号法则写出各已知量的正、负。
3.再根据未知量结果的正、负来确定吸热、放热情况或做功情况。
2.根据方程求出未知量。
例题2：一定量的气体膨胀对外做功100J，同时从外界吸收了120J的热量，它的内能的变化可能（ ）
A．减小20J B．增大20J
C．减小220J D．增大220J
B
1．用活塞压缩汽缸里的空气，对空气做了900J的功，同时汽缸向外散热210J，汽缸里空气的内能改变了多少？
1110J
2．如图，在汽缸内活塞左边封闭着一定量的空气，压强与大气压相同。把汽缸和活塞固定，使汽缸内空气升高一定的温度，空气吸收的热量为Q1。如果让活塞可以自由滑动（活塞与汽缸间无摩擦、不漏气），也使汽缸内空气温度升高相同温度，其吸收的热量为Q2。
（1）Q1和Q2哪个大些？
（2）气体在定容下的比热容与在定压下的比热容为什么会有不同？
（1）Q1＜Q2
（2）定压时，吸热会膨胀。
3．某风景区有一处约20层楼高的瀑布，甚为壮观。请估计：瀑布上、下水潭的水温因瀑布的机械能转化成内能而相差多少？水的比热容c为。
0.14℃
4．奶牛的心脏停止跳动后，大约在1h内体温由37.0℃降低到33.5℃。请你由此估算，在这种环境下饲养奶牛，要维持一个体重400kg奶牛的内能不变，每天喂养奶牛的食物至少要能为它提供多少热量？计算时，可以认为奶牛体内绝大部分是水。水的比热容c为。
1.41×108J热力学第二定律
【教学目标】
一、知识与技能
1．了解热传导过程的方向性。
2．了解热力学第二定律的两种不同表述，以及这两种表述的物理实质。
3．了解什么是能量耗散，知道能源是有限的。
二、过程与方法
培养学生通过日常生活现象概括物理规律的能力。
三、情感、态度与价值观
通过热力学第二定律的教学，教育学生要有效地利用自然界提供的各种能源，必须遵循自然界的规律。
【教学重难点】
热力学第二定律的两种不同表述，以及两种表述的物理实质。
【教学过程】
一、新课导入
教师：地球上海水的总质量约为1.4×1018t，当海水的温度降低0.1℃，放出多少焦的热量？
假设每个核电站的功率为100万千瓦，则这些热量相当于多少个这样的电站一年的发电量？
得到：这些海水的温度降低0.1℃，能放出5.8×1023J的热量，这相当于1800万个功率为100万千瓦的核电站一年的发电量。
教师：既然海水能放出这么多的能量，为什么人们不去研究这种新能源呢？原来这样做是不可能的，这涉及到物理学的一个基本定律，这就是本节要学习的热力学第二定律。
二、新课教学
（一）热力学第二定律
1．热力学第二定律的一种表述——克劳修斯表述（热传导的方向性）
［问］两个温度不同的物体互相接触时，将会出现什么现象？
［学生］两个温度不同的物体互相接触时，热量将从高温物体传给低温物体，使高温物体温度降低，低温物体温度升高。
［教师］上述过程中热量是自发地从高温物体传给低温物体的，我们所说的“自发地”指的是没有任何的外界影响或者帮助。
［问］那么，同学们见过热量从低温物体传给高温物体的实例吗？
［学生］电冰箱能够把热量从低温物体传给高温物体。
［教师］电冰箱能够把热量从低温物体传给高温物体，在该过程中电冰箱要消耗电能，一旦切断电源，电冰箱就不能把其内部的热量传给外界的空气了，相反，外界的热量会自发地传给电冰箱，使其温度逐渐升高。
［总结］上述实例说明，热传导的过程是有方向性的，这个过程可以向一个方向自发地进行，但是向相反方向却不能自发地进行，要实现相反方向的过程。必须借助外界的帮助，因而要产生其他影响或引起其他变化。
思考：均匀混合的空气与溴气过一段时间会不会自发地变的界线分明？
说明：气体扩散具有方向性
一个在水平地面上运动的物体，由于克服摩擦力做功，最后要停下来。在这个过程中，物体的动能转化成为内能，使物体和地面的温度升高。我们能不能看到这样的现象：一个放在水平地面上的物体，靠降低温度，可以把内能自发地转化为动能，使这个物体运动起来。
有人提出这样一种设想，发明一种热机，用它把物体与地面摩擦所生的热量都吸收过来并对物体做功，将内能全部转化为动能，使因摩擦停止运动的物体在地面上重新运动起来，而不引起其它变化。
分析一下，可以做到吗？
上述现象的共同特征：
一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。
在物理学中，反映宏观自然过程的方向性的定律就是热力学第二定律。
热力学第二定律的一种表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体。
这是德国物理学家克劳修斯提出的，称为热力学第二定律的克劳修斯表述。它阐述了热传导的方向性。
说明：
（1）在不引起其它的变化的条件下，热量不可能自发地从低温物体传到高温物体。
（2）热量可以从低温物体传到高温物体上，但会引起其它变化，比如冷机做功。
2．热力学第二定律的另一种表述――开尔文表述（机械能与内能转化的方向性）
［问］一个在水平地面上运动的物体，撤去外力作用后，为什么会停下来？在这个过程中，能量是如何转化的？
［学生］在水平地面上运动的物体，撤去外力后，由于克服摩擦力做功，所以最后会停下来；在上述过程中，物体的动能转化为内能。
［教师］现在，我们假想：发明一种热机，用它把物体与地面摩擦所生的热量都吸收过来，并用来对物体做功，将内能全部转化为动能，使因摩擦停止运动的物体在地面上重新运动起来，而不引起其他变化，这是否可能？
［教师总结］我们得到：实际上，热机不能把它得到的内能转化为机械能，因为热机必须有热源和冷凝器，热机工作时，总要向冷凝器放热，不可避免地要由工作物质带走一部分热量Q，即使是理想热机，没有摩擦，也没有漏气等能量损失，它也不可能把吸收的热量百分之百地转化为机械能，总要有一部分热量散发到冷凝器中。
［教师］人们把从单一热源吸收的热量，可以全部用来做功而不引起其他变化的热机叫第二类永动机。
第二类永动机虽不违背守恒定律，但是也失败了。
第二类永动机不可能制成，表示机械能和内能的转化过程具有方向性，也就是说机械能可以全部转化为内能，但内能却不能全部转化为机械能，同时不引起其他变化。
热力学第二定律的另一种表述：不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响。
这是开尔文提出的，称为热力学第二定律的开尔文表述。它阐述了机械能与内能转化的方向性。
说明：
（1）不仅要从一个热库吸热，而且一定会向另一个热库放热。
（2）机械能可以全部转化成内能，但这个过程是不可逆的。
教师：强调指出，热力学第二定律的两种表述是等价的。
3．热力学第一定律和热力学第二定律的关系。
热力学第一定律和第二定律都自然界中独立的定律，热力学第二定律是第一定律的补充。
（1）第一定律只指出了η不大于100%，而第二定律指出的是η不等于100%，说明功可以全部变为热，而热量不能通过一循环全部变为功，即机械能和内能是有区别的。
（2）第一定律指出了热功等效和转换关系，指出任何过程能量必须守恒。第二定律指出的是：并非所有能量守恒过程都能实现，低温热源的热量就不能自动地传向高温热源，揭示了过程进行的方向和条件。
（3）第一定律没有温度的概念，第二定律中有了温度的概念，提出了在高温热源和低温热源间的问题，提出了不同温度差下，相同的热量效果是不一样的，有必要加以区分。
（二）能源是有限的
能量在数量上虽然守恒，但其转移和转化却具有方向性。在各种各样的活动中，机械能、电能、光能、声能、化学能、核能、生物能……最终都转化成内能，流散到周围的环境中。
学生举例说明。
根据热力学第二定律，分散在环境中的内能不管数量多么巨大，它也只不过能使地球、大气稍稍变暖一点，却再也不能自动聚集起来驱动机器做功了。这样的转化过程叫作“能量耗散”。
能源的使用过程中虽然能的总量保持守恒，但能量的品质下降了。虽然能量总量不会减少，但能源会逐步减少，因此能源是有限的资源。
（三）熵与熵增加原理
自然界的很多过程是不可逆的
例如，一个容器被隔板均分为A、B两部分，一定量的气体处于容器A中，而B为真空。抽取隔板K，A中的气体就会扩散到B中，最后整个容器的A、B两部分都均匀地分布了这种气体。这个过程显然是不可逆的。
1850年，克劳修斯首次提出熵的概念，熵可用来表达一个系统的无序程度，系统从有序向无序的发展过程中熵在增加。在物理学中，不与外界进行物质和能量交换的系统叫作孤立系统。
在自发过程中，系统总是自发地向无序方向发展，即一个孤立系统的熵值总是不减少的，这就是熵增加原理。
【巩固练习】
1．下列说法正确的是（ ）
A．机械能全部变成内能是不可能的
B．第二类永动机不可能制造成功的原因是因为能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只能从一个物体转移到另一个物体，或从一种形式转化成另一种形式
C．根据热力学第二定律可知，热量不可能从低温物体传到高温物体
D．从单一热源吸收的热量全部变成功是可能的
答案：D
2．根据热力学第二定律，下列判断正确的（ ）
A．热机中燃气的内能不可能全部变成机械能
B．电流的能不可能全部变成内能
C．在火力发电机中，燃气的内能不可能全部变成电能
D．在热传导中，热量不可能自发地从低温物体传递给高温物体
答案：ACD
3．下列说法正确的是（ ）
A．在自然条件下，热传递的过程是不可逆的
B．热量不可能由高温物体传递给低温物体
C．气体的扩散过程具有方向性
D．一切形式能量转化都不具有方向性
答案：AC
4．下列说法中可行的是（ ）
①将地球上所有海水的温度降低0.1℃，以放出大量内能供人类使用
②制造一种机器，把物体与地面摩擦所产生的热量全部收集起来再全部加以使用
③建造一只可以从海洋中提取热量的船，把热量转化为机械能，驱动螺旋桨旋转
④制造一种效率为100％的热机
A．①可行 B．①④可行 C．②④可行 D．①②③④都不可行
答案：D
5．根据热力学第二定律，可知下列说法中正确的是（ ）
A．不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其它变化
B．没有冷凝器，只有单一的热源，能将从单一热源吸收的热量全部用来做功，而不引起其它的变化的热机是可实现的
C．致冷系统能将冰箱里的热量传给外界较高温度的空气中而不引起其它变化
D．不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化
答案：AD
6．根据热力学定律和分子动理论，可知下列说法中正确的是（ ）
A．我们可以利用高科技手段，将流散到周围环境中的内能重新收集起来加以利用而不引起其它变化
B．利用浅层海水和深层海水之间的温度差制造一种热机，将海水的一部分内能转化为机械能，这在原理上是可行的
C．分子间的作用力总是随分子间的距离增大而减小
D．温度升高时，物体中每个分子的运动速率都将增大
答案：B
7．根据热力学第二定律，可知下列说法中正确的有（ ）
A．热量能够从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高温物体
B．热量能够从高温物体传到低温物体，也可能从低温物体传到高温物体
C．机械能可以全部转化为热能，但热能不可能全部转化为机械能
D．机械能可以全部转化为热能，热能也可能全部转化为机械能
答案：BD
8．下列说法中，正确的是（ ）
A．一切形式的能量间的相互转化都具有方向性
B．热量不可能由低温物体传给高温物体
C．气体的扩散过程具有方向性
D．一切形式的能量间的相互转化都不具有可逆性
答案：C(共17张PPT)
能量守恒定律
一、探索能量守恒的足迹
1.不同形式的能
内能
机械能
光能
电能
一、探索能量守恒的足迹
2.能量之间的转化
风能转化为电能
电能转化为内能
太阳能转化为电能
化学能转化为电能
一、探索能量守恒的足迹
3.能量守恒观念的形成
1836年
盖斯发现化学反应放出的热量与反应步骤无关
1842年
迈尔表述了能量守恒定律
1841年
焦耳发现电流的热效应
1831年
法拉第发现电磁感应现象
1820年
奥斯特发现电流的磁效应
1843年
焦耳测定做功与传热的关系
1798年
伦福德的实验表明热的本质是运动
1821年
塞贝克发现温差电现象
1847年
亥姆霍兹在理论上概括和总结能量守恒定律
二、能量守恒定律
能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化或转移过程中，能量的总量保持不变。
1.能量守恒定律同生物进化论、细胞的发现被恩格斯誉为19世纪的三个最伟大的科学发现。
2.能量守恒定律是在无数实验事实的基础上建立起来的，是自然科学的普遍规律之一。
3.自然界一切已经实现的过程都遵守能量守恒定律。凡是违反能量守恒定律的过程都是不可能实现的，例如“永动机”只能以失败而告终。
4.机械能守恒定律只是能量守恒定律的特例。
能量守恒定律的意义：
二、能量守恒定律
三、永动机不可能制成
揭秘小鸭饮水
三、永动机不可能制成
永动机：不消耗任何能量，却可以源源不断地对外做功，这种机器叫永动机。
（人们把这种不消耗能量的永动机叫第一类永动机）。
著名科学家达·芬奇早在15世纪就提出过永动机不可能的思想，他曾设计过一种转轮。在转轮边沿安装一系列的容器，容器中充了一些水银，他想水银在容器中移动有可能使转轮永远地转动，但是经过仔细研究之后，得出了否定的结论。他从许多类似的设计方案中认识到永动机的尝试是注定要失败的.他写道：“永恒运动的幻想家们！你们的探索何等徒劳无功！还是去做淘金者吧！”
螺旋永动机
三、永动机不可能制成
17世纪，英国有一个被关在伦敦塔下叫马尔基斯的犯人，他做了一台可以转动的“永动机”，转轮直径达4.3米，有40个各重23千克的钢球沿转轮辐翼外侧运动，使力矩加大，待转到高处时，钢球会自动地滚向中心。据说，他曾向英国国王查理一世表演过这一装置。国王看了很是高兴，就特赦了他。其实这台机器是靠惯性来维持短时运动的。
滚球永动机
三、永动机不可能制成
19世纪有人设计了一种特殊机构，它的臂可以弯曲。臂上有槽，小球沿凹槽滚向伸长的臂端，使力矩增大。转到另一侧，软臂开始弯曲，向轴心靠拢。设计者认为这样可以使机器获得转矩。然而，他没有想到力臂虽然缩短了，阻力却增大了，转轮只能停止在原地。
软臂永动机
三、永动机不可能制成
1681年，英国有一位著名的医生弗拉德提出一个建议，利用阿基米得螺旋把水池的水提到高处，再让升高的水推动水轮机，水轮机除了带动水磨做功以外，还可使阿基米得螺旋转不断提水，如此周而复始，不就可以无需担心天旱水枯了吗？一时间，响应他的人大有人在，形形色色的自动水轮机陆续提出，竟出现了热潮。
螺旋永动机
三、永动机不可能制成
大约在1570年，意大利有一位教授叫泰斯尼尔斯，提出用磁石的吸力可以实现永动机。A是一个磁石，铁球G受磁石吸引可沿斜面滚上去，滚到上端的E处，从小洞B落下，经曲面BFC返回，复又被磁石吸引，铁球就可以沿螺旋途径连续运动下去。大概他那时还没有建立库仑定律，不知道磁力大小是与距离的平方成反比变化的，只要认真想一想，其荒谬处就一目了然了。
磁力永动机
三、永动机不可能制成
2.永动机给我们的启示
人类利用和改造自然时，必须遵循自然规律。
1.第一类永动机
概念：不需要任何动力或燃料，却能源源不断地对外做功。
结果：无一例外地归于失败。
原因：违背了能量守恒定律。
三、永动机不可能制成
1．第一类永动机违反了什么而不能制成（ ）
A．违反了热力学第一定律
B．违反了机械能守恒定律
C．违反了能量守恒定律
D．以上说法都不对
C
2．如图所示容器中，A、B各有一个可自由移动的轻活塞，活塞下是水，上为空气，大气压恒定。A、B底部由带有阀门K的管道相连，整个装置与外界绝热。原先A中水面比B中高，打开阀门，使A中的水逐渐向B中流，最后达到平衡。在这个过程中，下面说法正确的是（ ）
A．大气压力对水做功，水的内能增加
B．水克服大气压力做功，水的内能减少
C．大气压力对水不做功，水的内能不变
D．大气压力对水不做功，水的内能增加
D能量守恒定律
【教学目标】
1．掌握能量守恒定律，理解这个定律的重要意义。会用能量守恒的观点分析物理现象。
2．能综合运用学过的知识，用能量守恒定律进行有关计算，分析、解决有关问题。
【教学重难点】
能量转化和守恒定律的理解及综合应用。
【教学过程】
一、探索能量守恒的足迹
1．不同形式的能
能量具有不同的形式，有描述热运动的内能、描述机械运动的机械能、描述光辐射的光能，等等。不同形式的运动都可以用能量来描述。也就是说，我们可以用能量的观念把热、电、光、磁等都统一起来描述。
展示各种形式的能量，让学生描述主要描写的是什么形式的能。
2．能量之间的转化
初中我们已经学习了，不同形式的能量之间是可以相互转化的。
展示图片，让学生判断是哪几种能量之间的相互转化。
3．能量守恒观念的形成
在认识自然的进程中，科学家慢慢知道了要用联系的观点去观察自然。例如，机械能的各种形式之间可以相互转化，电和磁可以相互转化，热和电也可以相互转化……
展示关于能量转化的研究成果，体会探索能量守恒的艰辛。
二、能量守恒定律
在力学中，当系统只有重力和弹力做功时，系统的动能与势能会发生相互转化，而动能与势能的总量保持不变，这就是机械能守恒定律。
在热力学领域内，做功和热传递可以改变系统的内能，即系统内能与系统外的能量会发生转化或转移，但能的总量不会改变。热力学第一定律，实际上就是内能与其他能量发生转化时的能量守恒定律。
1．能量守恒定律：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化或转移过程中，能量的总量保持不变。
2．能量守恒定律的意义：
（1）能量守恒定律同生物进化论、细胞的发现被恩格斯誉为19世纪的三个最伟大的科学发现。
（2）能量守恒定律是在无数实验事实的基础上建立起来的，是自然科学的普遍规律之一。
（3）自然界一切已经实现的过程都遵守能量守恒定律。凡是违反能量守恒定律的过程都是不可能实现的，例如“永动机”只能以失败而告终。
（4）机械能守恒定律只是能量守恒定律的特例。
教师展示小鸭饮水让学生思考：小鸭为什么可以持续饮水？存在永动机械吗？
揭秘小鸭饮水：
小鸭头部的毛毡“饮水”后，水蒸发吸热，导致头部温度降低。上段玻璃管中的乙醚蒸汽被液化，压强减小，液柱上升，小鸭重心上移，直到小鸭倾倒。处于倾倒位置的小鸭，头部再次被浸湿，上下玻璃球内的气体相通，压强相等，乙醚流回下玻璃球内，重心下移，小鸭站立。如此循环往复。可见，正是因为小鸭头部“饮水”后水不断蒸发，吸收了察觉不到的空气的热量，才使小鸭能够持续工作下去。
三、永动机不可能制成
1．永动机：不消耗任何能量，却可以源源不断地对外做功，这种机器叫永动机。（人们把这种不消耗能量的永动机叫第一类永动机）。
任何动力机械的作用都是把其他形式的能转化为机械能。内燃机把燃料的化学能转化为燃气的内能然后再转化为机械能，电动机把电能转化为机械能……如果没有燃料、电流或其他动力的输入，能量从哪里来呢！永动机的思想违背了能量守恒定律，所以是不可能制成的。
2．人类对永动机的追求
螺旋永动机：著名科学家达·芬奇早在15世纪就提出过永动机不可能的思想，他曾设计过一种转轮。在转轮边沿安装一系列的容器，容器中充了一些水银，他想水银在容器中移动有可能使转轮永远地转动，但是经过仔细研究之后，得出了否定的结论。他从许多类似的设计方案中认识到永动机的尝试是注定要失败的。他写道：“永恒运动的幻想家们！你们的探索何等徒劳无功！还是去做淘金者吧！”
滚球永动机：17世纪，英国有一个被关在伦敦塔下叫马尔基斯的犯人，他做了一台可以转动的“永动机”，转轮直径达4.3米，有40个各重23千克的钢球沿转轮辐翼外侧运动，使力矩加大，待转到高处时，钢球会自动地滚向中心。据说，他曾向英国国王查理一世表演过这一装置。国王看了很是高兴，就特赦了他。其实这台机器是靠惯性来维持短时运动的。
软臂永动机：19世纪有人设计了一种特殊机构，它的臂可以弯曲。臂上有槽，小球沿凹槽滚向伸长的臂端，使力矩增大。转到另一侧，软臂开始弯曲，向轴心靠拢。设计者认为这样可以使机器获得转矩。然而，他没有想到力臂虽然缩短了，阻力却增大了，转轮只能停止在原地。
磁力永动机：大约在1570年，意大利有一位教授叫泰斯尼尔斯，提出用磁石的吸力可以实现永动机。A是一个磁石，铁球G受磁石吸引可沿斜面滚上去，滚到上端的E处，从小洞B落下，经曲面BFC返回，复又被磁石吸引，铁球就可以沿螺旋途径连续运动下去。大概他那时还没有建立库仑定律，不知道磁力大小是与距离的平方成反比变化的，只要认真想一想，其荒谬处就一目了然了。
演示实验：永动机（加深学生对永动机的认知）
3．第一类永动机
概念：不需要任何动力或燃料，却能源源不断地对外做功。
结果：无一例外地归于失败。
原因：违背了能量守恒定律。
4．永动机给我们的启示
人类利用和改造自然时，必须遵循自然规律。
【练习巩固】
1．判断
（1）各种能量之间可以转移或转化，但总量保持不变。（√）
（2）第一类永动机因违背能量守恒定律，所以不可能制成。（√）
（3）自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，减少的机械能转化为内能，但总能量守恒。（√）
2．第一类永动机违反了什么而不能制成（ ）
A．违反了热力学第一定律
B．违反了机械能守恒定律
C．违反了能量守恒定律
D．以上说法都不对
答案：C
3．如图所示容器中，A、B各有一个可自由移动的轻活塞，活塞下是水，上为空气，大气压恒定。A、B底部由带有阀门K的管道相连，整个装置与外界绝热。原先A中水面比B中高，打开阀门，使A中的水逐渐向B中流，最后达到平衡。在这个过程中，下面说法正确的是（ ）
A．大气压力对水做功，水的内能增加
B．水克服大气压力做功，水的内能减少
C．大气压力对水不做功，水的内能不变
D．大气压力对水不做功，水的内能增加
答案：D
4．重1000kg的气锤从2.5m高处落下，打在质量为20kg的铁块上，要使铁块的温度升高40℃以上，气锤至少应落下多少次？（设气锤撞击铁块时做的功有60%用来升高铁块的温度，g取10m/s2，铁的比热容c＝4.62×102J/（kg?℃））
答案：25次
5．一木箱静止于水平面上，现在用一个80N的水平推力推动木箱前进10m，木箱受到的摩擦力为60N，则转化为木箱与地面系统的内能U和转化为木箱的动能Ek分别是（ ）
A．U＝200J，Ek＝600J
B．U＝600J，Ek＝200J
C．U＝600J，Ek＝800J
D．U＝800J，Ek＝200J
答案：B
6．自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，下列说法中正确的是（ ）
A．秋千的机械能守恒
B．秋千的能量正在消失
C．只有动能和重力势能的相互转化
D．减少的机械能转化为内能，但总能量守恒
答案：D
7．“第一类永动机”是不可能制成的，这是因为它（ ）
A．不符合热力学第一定律
B．做功产生的热量太少
C．由于有摩擦、热损失等因素的存在
D．找不到合适的材料和合理的设计方案
答案：A
8．行驶中的汽车制动后滑行一段距离，最后停下；流星在夜空中坠落并发出明亮的火焰；降落伞在空中匀速下降；条形磁铁在下落过程中穿过闭合线圈，线圈中产生电流。上述不同现象中所包含的相同的物理过程是（ ）
A．物体克服阻力做功
B．物体的动能转化为其他形式的能量
C．物体的势能转化为其他形式的能量
D．物体的机械能转化为其他形式的能量
答案：AD(共20张PPT)
热力学定律计算
学习目标
1、理解热力学定律的内容
2、知道热力学计算的两种基本模型
3、尝试运用热力学定律解决一些实际问题，培养将物理知识应用于现实生活的能力
热力学定律计算
1
2
3
4
热力学定律计算题解题的两种模型
气缸模型求压强
液封模型求压强
气缸模型典例
01
一、热力学定律计算题解题模型
一、热力学定律计算题解题模型
02
二、液封模型求压强
h
h
P0
P
P
P0
二、液封模型求压强
1
2
03
三、气缸模型求压强
三、气缸模型求压强
P0S
mg
PS
P0S
（1）气缸模型一般以为活塞为研究对象， 也可以气缸底部，偶尔可为整体；
（2）气缸的题压强主要用国际单位；
（3）求Q或W，一般用
且W=FL中，F为恒力。
04
四、气缸模型典例
例1.如图所示，用轻质活塞在气缸内封闭一定质量理想气体，活塞与气缸壁间摩擦忽略不计，开始时活塞距气缸底部高度h1?=0.50m，气体的温度t1=27 ℃.给气缸缓慢加热至t2=207 ℃ ，活塞缓慢上升到距离气缸底某一高度h2?处，此过程中缸内气体增加的内能ΔU =300 J。已知大气压强p0?= 1.0×105?Pa，活塞横截面积S = 5.0×10-3?m2。求：
（ ⅰ ）活塞距离气缸底部的高度h2 ；
（ ⅱ ）此过程中缸内气体吸收的热量Q。
（一）气缸模型受力分析求压强
1、解题过程
研究对象
密闭气体
初态
P1，V1，T1
末态
P2，V2，T2
受力分析
求解
P2S
P0S
P1S
P0S
加热之前
加热之后
2、气缸模型受力分析求压强
01
02
3、学生解答过程展示
例2、如图所示，一圆柱形绝热容器竖直放置，通过绝热活塞封闭着摄氏温度为t1的理想气体，活塞的质量为m，横截面积为S，与容器底部相距h1．现通过电热丝给气体加热一段时间，使其温度上升到t2，若这段时间内气体吸收的热量为Q，已知大气压强为P0，重力加速度为g，求：
（1）气体的压强．
（2）这段时间内活塞上升的距离是多少？
（3）这段时间内气体的内能如何变化，变化了多少？
（二）知识延伸
1、受力分析图
P1S
mg
P0S
加热之前
mg
P0S
P2S
加热之后
解：（1）根据活塞平衡有：
（2）温度上升到t2时，气体发生等压变化，由
得
气体压强为：
故活塞上升了
（3）气体对外做功为：
根据热力学第一定律可得
2、解题过程
例3、气缸横截面积是 10-2m2，
缸内有一个可以自由上下移
动的活塞，活塞下封闭着压
强是 1.0×105pa 的空气，温
度是 120c，活塞处于静止，
和气缸底相距 0.6m，若在活
塞上加放 100Kg 的重物，空
气温度升到150c,求平衡后，活塞下降的距离？（活塞与气缸的摩擦和活塞受的重力都不计）
（三）自我提升
课外拓展
2、深入理解热力学定律后，请同学们就能量转化问题写一篇有关清洁能源的利用与生活的论文
1、通过学习，利用热力学定律解释第二类永动机不能制造成功的原因
谢谢观看功、热和内能的改变
【教学目标】
一、知识与技能
1．知道绝热过程的含义。
2．从热力学的角度认识内能的概念。
3．理解做功与内能改变之间的关系。
4．知道热传递过程中，物体吸收（放出）热量，温度升高（降低），内能改变。
5．了解热量的概念，热量的单位是焦耳。
二、过程与方法
1．通过观察、思考，知道物体的内能是系统的一个状态量。
2．通过探究活动，培养学生的实验探究能力、提高学生科学思维水平。
3．通过类比方法，帮助学生建立内能的概念。
三、情感、态度与价值观
1．通过主动参与学习活动，激发学生学习物理的兴趣。
2．通过实验活动，培养学生的实事求是的科学态度。
【教学重点】
1．做功与内能改变关系的探究。
2．热量与内能改变关系的探究。
3．内能概念的建立。
【教学难点】
内能概念的建立。
【教学过程】
一、新课导入
指导学生实验：冬天手冷，通常采取什么办法变暖和？
演示实验：活塞快速压缩气体，猜猜会发生什么？
指导学生实验：没有热源，有什么办法让桌子上的铁丝变热？
演示实验：铜管中的气体被橡皮塞密封，给你一条绳子，有没有办法把橡皮塞弹开？
引出猜想：做功可改变物体的热学状态。
二、新课教学
（一）焦耳的实验
1．提出问题：如何探究做功和系统热学状态改变之间的确切关系呢？
①用什么物理量标识热学状态？
②我们应该选择固、液、气哪个系统研究比较好？为什么？
③手举量热器量筒，问：放入水后，还需什么器材？
④问：温度可以用温度计监测了，装置完善了吗？
⑤问：如何做功呢？用什么方式做功呢？
⑥讨论：我们该如何设计机械做功呢？用手搅拌吗？
2．焦耳实验一（机械做功）
①焦耳实验是如何测定做功的？
②这个实验需要满足什么条件？
③焦耳实验是如何准确测量做功的？
④我们需要记录哪些实验数据？表格怎么设计？
⑤介绍这个实验的结论。
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。
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。
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。
3．焦耳实验二（电流做功）
①如何设计电流做功？
②这个实验需要满足什么条件？
③如何准确测量电流做功的？
④介绍：当时条件所限，焦耳改用重物带动发电机做功来实现。
⑤介绍这个实验的结论。
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。
4．引导得出实验结论：
对于绝热系统，从状态1到状态2，做功的值是一个定值，与具体做功的过程、方式无关。
（二）功与内能的改变
组织讨论：从状态1到状态2，系统做的功是定值，与做功的过程、方式无关，这说明了什么？
我们有没有类似的经验：确定了初状态、末状态，中间做功就是定值了，跟做功方式无关了？
分析动能定理、动量定理、重力势能，思考确定初末状态后，过程量也被唯一确定了。
引导学生得出：一个状态存在一个特定的物理量，此物理量应该是能量。
引导建立内能概念
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。我们把这个物理量称为系统的内能。
得出功和内能改变关系：
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△??=??2???1就等于外界对系统所做的功??，即△??=??。
2．利用功和内能变化规律解释现象
（1）组织学生实验：橡皮筋做功
①拉伸橡皮筋，触碰，感受温度变化；
②拉升状态的橡皮筋收缩，触碰，感受温度变化；
③组织学生解释现象。
（2）两位同学上台演示实验：可乐瓶充气
①高个子同学打气，矮个子同学固定打气筒；
②现象：橡皮塞弹开，可乐瓶里充满白雾。
总结：做功可以改变系统的内能。功是系统内能转化的量度。
（1）外界对系统做功，系统的内能增加。
在绝热过程中，内能的增量就等于外界对系统做的功。即Δ??＝??2－??1＝??。
（2）系统对外界做功，系统的内能减少。
在绝热过程中，系统对外界做多少功，内能就减少多少，即??＝Δ??。
例题1：下图为某种椅子与其升降部分的结构示意图，M、N两筒间密闭了一定质量的气体，M可沿N的内壁上下滑动，设筒内气体不与外界发生热交换，在M向下滑动的过程中（ ）
A．外界对气体做功，气体内能增大
B．外界对气体做功，气体内能减小
C．气体对外界做功，气体内能增大
D．气体对外界做功，气体内能减小
答案：A
例题2：地面附近有一正在上升的空气团，它与外界的热交换忽略不计。已知大气压强随高度增加而降低，则该空气团在上升过程中（不计气团内分子间的势能）（ ）
A．体积减小，温度降低
B．体积减小，温度不变
C．体积增大，温度降低
D．体积减小，温度不变
答案：C
（三）热与内能的改变
1．热传递定义
师：有热从高温端传到低温端，究竟有多少热过去？我们把这个量称为热量。热量从高温端传到低温端的过程叫热传递。
2．热传递的方式
展示实验：现场制造大火
烧烤金属丝并引导：在金属丝里传递热量的方式叫热传导。
提问：上方空气也热，热量是怎么传上来的？
通过冷热空气对流将热量传递上来的，这叫热对流。
提问：在火的侧边也能感受到热，热量又是怎么过来的？
主要不是热对流，是热辐射，什么叫热辐射？高温炽热的物体向外向外辐射电磁波，也叫红外线，它有显著的热效应，被我们人体接收到就会感受到热，所以热辐射是高温炽热的物体向外辐射电磁波的过程。
教师总结：热传递的三种方式：热传导、热对流、热辐射。
分析三种方式的特点：
热传导：热沿着物体传递的热传递方式，不同物质传到热的能力各不相同，容易传到热的物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，如空气、橡胶、绒毛、棉纱、木头、水、油等。
热对流：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。
热辐射：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，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，物体向外的热辐射能力越强。
3．感知热传递过程
提问：热传递过程究竟是怎么进行的，热量又是如何从高温端传到低温端的？我们能否亲眼见证传热过程？
引导：热传递过程最明显的痕迹是什么？
生：温度变化
引导提问：感知到温度变化也就间接感受到了热传递，有什么办法可以感知到温度变化？
生：温度计（操作性不行）
（1）演示实验（一）
实验器材：感温勺子、冰淇淋
操作：感温勺子放入冰激凌中
现象：勺子颜色发生变化
理答：感温材料，遇到不同的温度会显示不同的色彩，可以帮助我们观察热传递。
（2）演示实验（二）（热感摄像仪观察铜丝中的热量“传递”）
实验仪器：热感摄像仪、铜丝、打火机（酒精灯）、颜色相同材料一致的背景、手机及手机支架
步骤：铜丝、手机固定，手机摄像头对准铜丝，用酒精灯给金属丝一端加热，观察摄像仪里的现象。
现象：热量从高温端逐渐向低温端传递，能看到传递的动态效果。
师：通过热感仪可以看到热量从高温端向低温端传递。
提问：热传递过程何时终呢？终结的特征是什么？
生：等温
反问：亲眼见证过吗？
（3）演示实验（三）（热感摄像仪观察液体中的热量“传递”）
实验仪器：透明上下层玻璃管、热水、冷水、热感摄像仪、温度传感器
步骤：在玻璃管下层倒入热水，再倒入冷水（量不一样多），打开隔热板，分别将两个温度计插入上下两层水中，用热感仪观察现象。
现象：经过一段时间的热对流，在热感仪画面中上下层显示亮度一样，温度相同，借助温度传感器也发现温度相同。
教师总结：热传递结束的特征是两个系统等温。
那么如果物体间要发生热传递，有什么条件？
4．发生热传递的条件：当物体之间或物体的不同部分之间存在温度差时才能发生热传递。
例题3：关于热传递，下列说法正确的是（ ）
A．热传递的实质是温度的传递
B．物体间存在温度差，才能发生热传递
C．热传递可以在任何情况下进行
D．物体内能发生改变，一定是吸收或放出了热量
答案：C
5．热与内能的改变
提问：对于这杯水，搅拌，也就是摩擦做功可以让他系统内能增加，如果不搅拌，拒绝一切做功，如果使其内能增加？
生：加热，热传递
提问：热传递时如何使系统内能增加的？
将热量从其他物体转移到这个系统中来。
提问：内能的增量和传递的热量有什么关系？
引导提问：假设有2J的热量从外界转移到这个系统当中，内能如果改变？
生：增加2J
反问：热传递能不能使系统内能减少？如何去描述？
生：可以，将热量从这个系统转移出去
提问：将2J的热量从这个系统转移出去，系统内能怎么变化？
生：减少2J
教师总结：
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1经过单纯的传热达到状态2，内能的增量△??=??2???1就等于外界向系统传递的热量??，即△??=??。
当热量转移到系统当中，称为吸热，内能增加。
当热量从系统转移出去，称为放热，内能减少。
6．内能与热量的区别：
（1）内能是一个状态量，一个物体在不同的状态下有不同的内能。
（2）热量是一个过程量，它表示由于热传递而引起的变化过程中转移的能量，即内能的改变量。
（3）如果没有热传递，就没有热量可言，但此时仍有内能。
（四）做功和热传递的区别
师：做功和热传递都可以改变系统内能，对于某个系统（指着水，言中有物），做功可以让它内能增加2J，热传递也可以让他内能增加2J，结果一样，方式不同。
提问：做功和传热有什么区别？
引导提问：从能量守恒角度思考，内能增加，能从哪来？内能减少，能又去了哪？
师：能的来去对于做功和热传递来说是不一样的，所以我们有必要从能的来去角度去比较做功和传热的区别。
提问：从做功的角度来说说生活中有哪些实例是通过做功使内能增加的，增加的内能从哪来？
生：搓手，摩擦生热，机械能转化为内能；通电，电阻发热，电能转化为机械能；太阳能热水器，光能转化为内能。
反问：反过来，内能减少，能量又去了哪？给大家2分钟时间讨论下，到时候一起分享下。
生：蒸汽机，内能转化为机械能；
反问：内能不能转化成电能？
生：烧煤发电，内能转化为电能
理答：烧煤发电，内能是直接转化为电能吗？他内能先转化为机械能，推动发电机发电。
反问：有没有直接从内能转化为电能的例子？
演示实验（四）
实验器材：温差发电器、冷水、热水
操作：演示倒水形成水流；在温差发电器的左右两边分别放入冷水和热水，插入温差发电器
现象：电动机转动
现象解释：水流可以发电，一边是热水一边是冷水，形成温差，产生热传递，也就是热流，热流也可以发电。
反问：内能可以转化成光能吗？
生：白炽灯，发热后，内能转化为光能
教师总结：其他能与内能之间可以相互转化，在转化过程中能量形式在发生变化，热传递过程只是把系统的内能转移到另一个物体上去，还是内能，能量形式并没有发生变化。
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，是物体间内能的转移（同种形式能量的转移）。
【练习巩固】
1．如图所示，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。今对活塞施以一竖直向下的压力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．温度传感器
B．压力传感器
C．磁传感器
D．光传感器
答案：C
2．如图所示，绝热容器中间用隔板隔开，左侧装有气体，右侧为真空。现将隔板抽掉，使左侧气体自由膨胀直至达到平衡，则在此过程中（不计气体的分子势能）（ ）
A．气体对外界做功，温度降低，内能减少
B．气体对外界做功，温度不变，内能减少
C．气体不做功，温度不变，内能不变
D．气体不做功，温度不变，内能减少
答案：C
3．下列说法正确的是（ ）
A．分子的动能与分子的势能的和叫做这个分子的内能
B．物体的分子势能由物体的温度和体积决定
C．物体的速度增大时，物体的内能增大
D．物体的内能减小时，物体的温度可能增加
答案：D
4．一个铁块沿斜面匀速滑下，关于物体的机械能和内能的变化，下列判断中正确的是（ ）
A．物体的机械能和内能都不变
B．物体的机械能减少，内能不变
C．物体的机械能增加，内能增加
D．物体的机械能减少，内能增加
答案：D
5．如图所示，绝热具有一定质量的活塞，活塞的上部封闭着气体，下部为真空，活塞与器壁的摩擦忽略不计，置于真空中的轻弹簧的一端固定于理想气体容器的底部。另一端固定在活塞上，弹簧被压缩后用绳扎紧，此时弹簧的弹性势能为EP（弹簧处于自然长度时的弹性势能为零），现绳突然断开，弹簧推动活塞向上运动，经过多次往复运动后活塞静止，气体达到平衡态，经过此过程（ ）
A．EP全部转换为气体的内能
B．EP一部分转换成活塞的重力势能，其余部分仍为弹簧的弹性势能
C．EP全部转换成活塞的重力势能和气体的内能
D．EP一部分转换成活塞的重力势能，一部分转换为气体的内能，其余部分仍为弹簧的弹性势能
答案：D
6．一定质量的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，则在此过程中（ ）
A．外界对气体做功，气体分子的平均动能增加
B．外界对气体做功，气体分子的平均动能减少
C．气体对外界做功，气体分子的平均动能增加
D．气体对外界做功，气体分子的平均动能减少
答案：D
7．在下述现象中没有通过做功而使物体内能改变的是（ ）
A．电流通过电炉而使温度升高
B．在阳光照射下，水的温度升高
C．铁锤打铁块，使铁块温度升高
D．夏天在室内放几块冰，室内会变凉快
答案：BD
8．对于热量、功、内能三个量，下列说法中正确的是（ ）
A．热量、功、内能三个量的物理意义是等同的
B．热量和功二者可作为物体内能大小的量度
C．热量、功和内能的国际单位都相同
D．热量和功是由过程决定的，而内能是由物体的状态决定的
答案：CD(共26张PPT)
功、热和内能的改变
一、焦耳的实验
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。
焦耳（James Prescott Joule，1818—1889）
一、焦耳的实验
实验一
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。
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。
一、焦耳的实验
实验二
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。
电流通过电热丝使绝热容器内的液体温度升高。
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。
一、焦耳的实验
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。
二、功与内能的改变
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。我们把这个物理量称为系统的内能。
当系统从状态1经过绝热过程达到状态2时，内能的增加量就等于外界对系统所做的功，即
2.功与内能的改变
二、功与内能的改变
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。我们把这个物理量称为系统的内能。
2.功与内能的改变
做功可以改变系统的内能。功是系统内能转化的量度。
（2）系统对外界做功，系统的内能减少。
在绝热过程中，系统对外界做多少功，内能就减少多少，即。
（1）外界对系统做功，系统的内能增加。
在绝热过程中，内能的增量就等于外界对系统做的功。即。
例题1：下图为某种椅子与其升降部分的结构示意图，M、N两筒间密闭了一定质量的气体，M可沿N的内壁上下滑动，设筒内气体不与外界发生热交换，在M向下滑动的过程中（ ）
A．外界对气体做功，气体内能增大
B．外界对气体做功，气体内能减小
C．气体对外界做功，气体内能增大
D．气体对外界做功，气体内能减小
A
例题2：地面附近有一正在上升的空气团，它与外界的热交换忽略不计。已知大气压强随高度增加而降低，则该空气团在上升过程中（不计气团内分子间的势能）（ ）
A．体积减小，温度降低
B．体积减小，温度不变
C．体积增大，温度降低
D．体积减小，温度不变
C
三、热与内能的改变
1.热传递
两个温度不同的物体互相接触时温度高的物体要降温，温度低的物体要升温，并将持续到系统间达到热平衡即温度相等为止，这个过程称之为热传递。
热传导、热对流、热辐射。
2.热传递的三种方式：
三、热与内能的改变
热传导：热沿着物体传递的热传递方式，不同物质传到热的能力各不相同，容易传到热的物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，如空气、橡胶、绒毛、棉纱、木头、水、油等。
热对流：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。
热辐射：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，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，物体向外的热辐射能力越强。
三、热与内能的改变
1.热传递
两个温度不同的物体互相接触时温度高的物体要降温，温度低的物体要升温，并将持续到系统间达到热平衡即温度相等为止，这个过程称之为热传递。
热传导、热对流、热辐射。
2.热传递的三种方式：
3.发生热传递的条件：
当物体之间或物体的不同部分之间存在温度差时才能发生热传递。
例题3：关于热传递，下列说法正确的是（ ）
A．热传递的实质是温度的传递
B．物体间存在温度差，才能发生热传递
C．热传递可以在任何情况下进行
D．物体内能发生改变，一定是吸收或放出了热量
B
三、热与内能的改变
4.热与内能的改变
外界没有对系统（水）做功，只对系统传热，同样能改变系统的状态。
结论：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1经过单纯的传热达到状态2，内能的增量就等于外界向系统传递的热量，即。
（1）像做功一样，热量的概念也只有在涉及能量的传递时才有意义。所以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。
（2）做功和热传递都可以改变物体的内能，且效果是相同的。
三、热与内能的改变
5.内能与热量的区别
内能是一个状态量，一个物体在不同的状态下有不同的内能。
热量是一个过程量，它表示由于热传递而引起的变化过程中转移的能量，即内能的改变量。
如果没有热传递，就没有热量可言，但此时仍有内能。
做功和热传递的区别
1.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。
外界对物体做多少功，物体的内能就增加多少；
物体对外界做多少功，物体的内能就减少多少。
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。
物体吸收多少热量，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。
2.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，是物体间内能的转移（同种形式能量的转移）。
改变内能的两种方式
做功
热传递
对内
对外
（外界对物体做功）
（物体对外界做功）
（物体从外界吸热）
（物体对外界放热）
吸热
放热
内能减少
内能增加
内能减少
内能增加
1．如图所示，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。今对活塞施以一竖直向下的压力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．温度传感器
B．压力传感器
C．磁传感器
D．光传感器
C
2．如图所示，绝热容器中间用隔板隔开，左侧装有气体，右侧为真空。现将隔板抽掉，使左侧气体自由膨胀直至达到平衡，则在此过程中（不计气体的分子势能）（ ）
A．气体对外界做功，温度降低，内能减少
B．气体对外界做功，温度不变，内能减少
C．气体不做功，温度不变，内能不变
D．气体不做功，温度不变，内能减少
C
3．下列说法正确的是（ ）
A．分子的动能与分子的势能的和叫做这个分子的内能
B．物体的分子势能由物体的温度和体积决定
C．物体的速度增大时，物体的内能增大
D．物体的内能减小时，物体的温度可能增加
D
4．一个铁块沿斜面匀速滑下，关于物体的机械能和内能的变化，下列判断中正确的是（ ）
A．物体的机械能和内能都不变
B．物体的机械能减少，内能不变
C．物体的机械能增加，内能增加
D．物体的机械能减少，内能增加
D
5．如图所示，绝热具有一定质量的活塞，活塞的上部封闭着气体，下部为真空，活塞与器壁的摩擦忽略不计，置于真空中的轻弹簧的一端固定于理想气体容器的底部。另一端固定在活塞上，弹簧被压缩后用绳扎紧，此时弹簧的弹性势能为EP （弹簧处于自然长度时的弹性势能为零），现绳突然断开，弹簧推动活塞向上运动，经过多次往复运动后活塞静止，气体达到平衡态，经过此过程（ ）
A．EP全部转换为气体的内能
B．EP一部分转换成活塞的重力势能，其余部分仍为弹簧的弹性势能
C．EP全部转换成活塞的重力势能和气体的内能
D．EP一部分转换成活塞的重力势能，一部分转换为气体的内能，其
余部分仍为弹簧的弹性势能
D
6．一定质量的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，则在此过程中（ ）
A．外界对气体做功，气体分子的平均动能增加
B．外界对气体做功，气体分子的平均动能减少
C．气体对外界做功，气体分子的平均动能增加
D．气体对外界做功，气体分子的平均动能减少
D
7．在下述现象中没有通过做功而使物体内能改变的是（ ）
A．电流通过电炉而使温度升高
B．在阳光照射下，水的温度升高
C．铁锤打铁块，使铁块温度升高
D．夏天在室内放几块冰，室内会变凉快
BD
8．对于热量、功、内能三个量，下列说法中正确的是（ ）
A．热量、功、内能三个量的物理意义是等同的
B．热量和功二者可作为物体内能大小的量度
C．热量、功和内能的国际单位都相同
D．热量和功是由过程决定的，而内能是由物体的状态决定的
CD热力学第一定律
【教学目标】
1．认识物质的运动形式有多种，对应不同运动形式的运动有不同形式的能，各种形式的能在一定条件下可以相互转化。
2．进一步掌握能的转化规律。
3．运用公式△U＝W+Q分析有关问题并具体进行计算。
【教学重难点】
热力第一定律。
【教学过程】
一、复习导入
物体做什么样的运动具有机械能？机械能转化有什么规律？
（由机械能的转化扩大到能量的转化）
二、新课教学
【投影】
1．一个物体，它既没有吸收热量也没有放出热量，那么：
①如果外界做的功为W，则它的内能如何变化？变化了多少？
②如果物体对外界做的功为W，则它的内能如何变化？变化了多少？
2．一个物体，如果外界既没有对物体做功，物体也没有对外界做功，那么：
①如果物体吸收热量Q，它的内能如何变化？变化了多少？
②如果放出热量Q，它的内能如何变化？变化了多少？
【学生解答思考题】
教师总结：
一个物体，如果它既没有吸收热量也没有放出热量，那么，外界对它做多少功，它的内能就增加多少；物体对外界做多少功，它的内能就减少多少。
如果外界既没有对物体做功，物体也没有对外界做功，那么物体吸收了多少热量，它的内能就增加多少，物体放出了多少热量，它的内能就减少多少。
【问】如果物体在跟外界同时发生做功和热传递的过程中，内能的变化与热量Q及做的功W之间又有什么关系呢？
【板书】ΔU=W+Q
【介绍】该式表示的是功、热量跟内能改变之间的定量关系，在物理学中叫做热力学第一定律。
【投影】定律中各量的正、负号及含义
物理量 符号 意义 符号 意义
W + 外界对物体做功 － 物体对外界做功
Q + 物体吸收热量 － 物体放出热量
ΔU + 内能增加 － 内能减少
【投影】例题
一定质量的气体，在被压缩的过程中外界对气体做功300J，但这一过程中气体的内能减少了300J，问气体在此过程中是吸热还是放热？吸收（或放出）多少热量？
解：由题意知
W=300J ΔU=-300J，根据热力学第一定律可得：Q=ΔU-W=-300J-300J=-600J
Q为负值表示气体放热，因此气体放出600J的热量。
【强化训练】
1．如图所示，用力F压缩气缸中的空气，力F对空气做了1800J的功，同时气缸向外放热2000J，空气的内能改变了多少？
参考解答：
由热力学第一定律：ΔU=W+Q
得：＋1800J+（-2000）J=ΔU ∴ΔU=-200J
即空气内能减少了200J
2．关于物体内能的变化，以下说法中正确的是（ ）?
A．物体吸收热量，内能一定增大
B．物体对外做功，内能一定减少
C．物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变
D．物体放出热量，同时对外做功，内能可能不变
解析：根据热力学第一定律ΔU=W+Q，物体内能的变化与外界对气体做功（或气体对外界做功），气体从外界吸热（或向外界放热）两种因素有关，物体吸收热量，但有可能同时对外做功，故内能有可能不变甚至减小，故A错，同理，物体对外做功的同时有可能吸热，故内能不一定减小，B错；若物体吸收的热量与对外做功相等，则内能不变，C正确。而放热与对外做功是使物体内能减小，所以D错。
所以本题正确答案为C。
总结：运用热力学第一定律解决问题
1．根据符号法则写出各已知量（??、??、Δ??）的正、负。
2．根据方程Δ??＝??＋??求出未知量。
3．再根据未知量结果的正、负来确定吸热、放热情况或做功情况。
【练习巩固】
1．用活塞压缩汽缸里的空气，对空气做了900J的功，同时汽缸向外散热210J，汽缸里空气的内能改变了多少？
2．如图，在汽缸内活塞左边封闭着一定量的空气，压强与大气压相同。把汽缸和活塞固定，使汽缸内空气升高一定的温度，空气吸收的热量为Q1。如果让活塞可以自由滑动（活塞与汽缸间无摩擦、不漏气），也使汽缸内空气温度升高相同温度，其吸收的热量为Q2。
（1）Q1和Q2哪个大些？
（2）气体在定容下的比热容与在定压下的比热容为什么会有不同？
3．某风景区有一处约20层楼高的瀑布，甚为壮观。请估计：瀑布上、下水潭的水温因瀑布的机械能转化成内能而相差多少？水的比热容c为4.2×103J/（????·℃）。
