第一、二节：功、热和内能
编制：郭传峰 审订：高二物理组 2012年4月22
班级___________ 而皇之 姓名 _____________
教学目标
一、知识与技能
1．了解焦耳的两个实验的原理；知道什么是绝热过程。
2．知道做功和传热是改变内能的两种方式；从热力学的角度认识内能的概念。
3．理解做功与内能改变的数量关系。
4．知道内能和功的单位是相同的。
5、会区分热量和内能的概念。
6、知道做功与传热在改变内能上的区别。
二、过程与方法
从焦耳的实验理解功与内能变化的关系
三、情感、态度与价值观
通过焦耳实验了解功与内能变化关系的得来，学习科学家探 究过程的艰辛
教学重点、难点
绝热过程中的功与内能的关系
【课前预习】
1．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 ．
2．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，叫系统的 ．
3．在绝热过程中，系统内能的增加量ΔU与外界对系统所做的功W关系为 .
知识回顾
1.（机械）功的两个不可缺少的因素是什么？
电流做功与哪些因素有关？
2.什么叫内能？ 与哪些因素有关？
3.质量、温度相同的物体，内能必定相等 对吗？
【课堂探究】
情景一：
结论：
一、焦耳的实验
绝热过程：
焦耳实验是一个需要在绝热过程中完成的实验
焦耳的两个代表性实验：
实验一：焦耳热功当量实验装置—机械功
实验结论：
___________________________________________
实验二：对系统做电功
结论：
_______________________________________________
焦耳的实验说明什么问题？
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？
二、内能
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。
内能的增加量△U＝U2－U1等于外界对系统所做的功
阅读课本中的“做一做”回答下列问题：
1.系统指的是什么？
2.出现了什么现象？
3.为什么会呈现雾状？
功与系统内能改变的关系
思考：
请同学们想办法如何将一段铁丝的温度升高？
三、热传递
热传递的三种方式：
四、热和内能
在外界对系统没有做功的情况下，
内能和热量之间有什么样的关系呢？
五、功、热和内能
做功和热传递在改变物体的内能上是等效的．
但是它们还是有重要区别的
做功是内能和其他形式的能发生转化（不同能量形式的转化）
热传递是不同物体或同一物体不同部分内能的转移（同种能量形式的转移）
例1 、如果铁丝的温度升高了，则（ ）
A.铁丝一定吸收了热量 B.铁丝一定放出了热量
C.外界可能对铁丝做功 D.外界一定对铁丝做功
例2 下列关于热量的说法，正确的是 （ ）
A.温度高的物体含有的热量多
B.内能多的物体含有的热量多
C.热量、功和内能的单位相同
D.热量和功都是过程量，而内能是一个状态量
注意：热量是单纯的传热过程中系统内能变化的一个量度，是一个过程量，不能讲在某个时刻物体具有多少热量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温物体
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
【课堂练习巩固】
1.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
2.一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
3、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
4、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
5.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 ( )
A．迅速向里推活塞 B．迅速向外拉活塞
C．缓慢向里推活塞 D．缓慢向外拉活塞
6.一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，物体内分子的平均动能将 ，物体的机械能将 ，物体的内能将 。(填“增大”“不变”或“减小”)
7.一定质量的气体封闭在绝热的气缸内。当用活塞压缩气体时．一定增大的物理量为：
①气体的压强；②气体的密度；③气体的内能；④气体的分子势能。其中正确的是 ( )
A．①② B．①②③ C．①④ D．②③④
8.斜面的高度是0.6m，倾角是37°。质量是1kg的物体由斜面的顶端滑到底端，已知动摩擦因数是
0.25、g=10m/s2，则在这过程中系统内能的增量是 ( ) A．2J B．4J C．6J D．8J
拓展阅读(共43张PPT)
第一、二节：功、热和内能
山东省单县五中
高二物理组编制
2012年4月
教学目标
知识与技能
1．了解焦耳的两个实验的原理；知道什么是绝热过程。
2．知道做功和传热是改变内能的两种方式；从热力学的角度认识内能的概念。
3．理解做功与内能改变的数量关系。
4．知道内能和功的单位是相同的。
5、会区分热量和内能的概念。
6、知道做功与传热在改变内能上的区别。
过程与方法
从焦耳的实验理解功与内能变化的关系
情感、态度与价值观
通过焦耳实验了解功与内能变化关系的得来，学习科学家探 究过程的艰辛
教学重点、难点
绝热过程中的功与内能的关系
1．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 ．
2．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，叫系统的 ．
3．在绝热过程中，系统内能的增加量ΔU与外界对系统所做的功W关系为 .
绝热过程
内能
ΔU＝W
知识回顾
2.什么叫内能？ 与哪些因素有关？
3.质量、温度相同的物体，内能必定相等 对吗？
1.（机械）功的两个不可缺少的因素是什么？
电流做功与哪些因素有关？
力和在力方向上的位移
电流、电阻和时间
物理学中，我们把物体内所有分子做无规则运动的动能和分子势能的总和叫做物体的内能。
温度和体积
不对 因为内能和组成物体的分子的个数、物体的温度和体积共同确定。
物体的内能与温度和体积的关系
温度变时分子动能变，体积变时分子势能变，因此物体的内能决定于它的温度和体积，但是这句话却不能作为判断两物体内能大小的依据。如两物体温度和体积均相同，而内能却没有确定的关系。再如，0OC的冰熔化成OC水体积减小，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,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势能
结论：做功使得物体（密闭气体）温度升高
情景一：fd1635b1de47a24adf0f49ad(1)_baofeng.mp4
焦耳
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
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，这样的过程叫绝热过程
绝热过程：
焦耳实验是一个需要在绝热过程中完成的实验
焦耳的两个代表性实验：焦耳热功当量实验装置—机械功
实验结论：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。
实验二：对系统做电功
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。
焦耳的实验说明什么问题？
1、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。
2.测出了热功当量（热与机械功之间的当量关系），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。
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）
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。
功是能量转化的量度
内能U
：只依赖于系统自身状态的物理量
内能与状态参量温度、体积有关，即由它的状态决定
内能的增加量△U＝U2－U1等于外界对系统所做的功
△U＝W
二、内能
呈现雾状
1.系统指的是什么？
实验研究的对象是瓶中的气体与打气筒中的气体，那么我们的系统也就是这二部分气体。
2.出现了什么现象？
3.为什么会呈现雾状？
为什么会呈现雾状？
当用打气筒向瓶内打气时，外界对系统做功，使得系统的内能增加，温度升高，压强增大，使瓶塞从瓶口中喷出。看到雾状物的原因在于，在塞子突然跳起时，气体绝热膨胀对外做功，内能减少，温度下降，水蒸汽（或酒精蒸气）有一部分被液化成小液滴
功与系统内能改变的关系
1.做功可以改变系统的内能
①外界对系统做功，系统的内能增加
②系统对外界做功，系统的内能减少。
2.功是系统内能转化的量度
3.实质:其他形式的能与内能的相互转化
4.国际单位制中，内能和功的单位都是焦耳( J )
三、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
热传递的三种方式：热传导、热对流、热辐射
思考：
请同学们想办法如何将一段铁丝的温度升高？
动画：热传递
四、热和内能
1、 在外界对系统没有做功的情况下，
内能和热量之间有什么样的关系呢？
即在外界对系统不做功的情况下，外界传递给系统的热量等于系统内能的改变量
△U＝Q
五、功、热和内能
做功是内能和其他形式的能发生转化
热传递是不同物体或同一物体不同部分内能的转移
做功和热传递在改变物体的内能上是等效的．
但是它们还是有重要区别的
△U＝Q
{
△U＝W
不同能量形式的转化
同种能量形式的转移
例1 、如果铁丝的温度升高了，则（ ）
A.铁丝一定吸收了热量 B.铁丝一定放出了热量
C.外界可能对铁丝做功 D.外界一定对铁丝做功
解析：做功和热传递对改变物体的内能是等效的，
温度升高可能是做功，也可能是热传递。故C正确。
答案：C
例2 下列关于热量的说法，正确的是 （ ）
A.温度高的物体含有的热量多
B.内能多的物体含有的热量多
C.热量、功和内能的单位相同
D.热量和功都是过程量，而内能是一个状态量
解析：热量和功都是过程量，而内能是一个状态量，
所以不能说温度高的物体含有的热量多，内能多的
物体含有的热量多；热量、功和内能的单位相同都
是焦耳。选C、D
答案：C、D
注意：热量是单纯的传热过程中系统内能变化的一个量度，是一个过程量，不能讲在某个时刻物体具有多少热量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温物体
热传导－－热沿着物体传递的热传递方式，不同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，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
详解热传递和三种方式
小结
1、焦耳热功当量实验
2、绝热过程
3、物体内能的宏观描述
4、绝热过程中作功和内能的关系
5、热传递
6、热和内能
一、热传递 说明：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。在这个过程中我们说，热量从高温物体传递到了低温物体，这个过程称之为热传递。 问：热传递分别有哪几种方式？（热传导、热对流、热辐射） 问：这三种方式如何区分？（热沿着物体传递的传递方式，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；热对流是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，热辐射是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） 二、热和内能 问：改变物体的内能有哪两种方式？（做功和热传递） 问：在系统绝热过程中，内能和功之间有怎样的关系？（△U＝W，即在系统和外界没有热交换的情况下，外界对系统所做的功等于系统内能的改变量） 问：在外界对系统没有做功的情况下，内能和热量之间有什么样的关系呢？（△U＝Q，即在外界对系统不做功的情况下，外界传递给系统的热量等于系统内能的改变量） 问：热量有什么需要注意的地方？（内能是单纯的传热过程中系统内能变化的一个量度，是一个过程量，与功类似，我们知道功是一个过程量，不能讲某个时候物体具有多少功，而应该讲在某个过程中物体做了多少功。与此相类似，不能讲在某个时刻物体具有多少热量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温物体） 问：做功和热传递对改变物体的内能有什么区别吗？（做功是内能和其他形式的能如机械能、电能等等发生转化；而热传递是不同物体或同一物体不同部分内能的转移）
拓展阅读一：
拓展阅读二：
1.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
练习巩固
2.一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
3、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
04年全国理综17
理想气体
D
05年全国卷Ⅲ19.
4、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
5.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 ( )
A．迅速向里推活塞 B．迅速向外拉活塞
C．缓慢向里推活塞 D．缓慢向外拉活塞
A
6.一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，物体内分子的平均动能将 ，物体的机械能将 ，物体的内能将 。(填“增大”“不变”或“减小”)
增大、减小、增大
7.一定质量的气体封闭在绝热的气缸内。当用活塞压缩气体时．一定增大的物理量为：
①气体的压强；②气体的密度；③气体的内能；④气体的分子势能。其中正确的是 ( )
A．①② B．①②③ C．①④ D．②③④
B
8.斜面的高度是0.6m，倾角是37°。质量是1kg的物体由斜面的顶端滑到底端，已知动摩擦因数是
0.25、g=10m/s2，则在这过程中系统内能的增量是 ( )
A．2J B．4J C．6J D．8J
A
问题与练习
1.（从功是能量转化的量度角度出发思考）
例1：汽车刹车
例2：双手摩擦
例3：电磁感应中，阻尼振动中的能量变化
2.10.1-2重物的重力势能转化为水的内能；
10.1.3重物的机械能转化为电能，电能再转化为液体的内能
问题与练习
3（1）气体在真空中绝热膨胀
的过程中，不受阻力，所以气体
不做功。需要特别注意的是，当气体向真空中膨胀时，气体不做功，这样的膨胀通常称为自由膨胀．
（2）气体在大气中绝热膨胀的过程中，气体对外做功，所需要的能量来自于
气体的内能，因此在此过程中，
气体的内能要减少。
K
10-1-1
a
b
c
d
气体A
真空B
K
10-1-2
a
b
c
d
气体A
气体C
