功、熱和內(nèi)能的改變 高二下學(xué)期物理人教版（2019）選擇性必修第三冊(cè)

3.1功、熱和內(nèi)能的改變核心素養(yǎng)目標(biāo)物理觀念：能夠知道功、熱量和內(nèi)能的概念．科學(xué)思維：能夠理解改變物體內(nèi)能的兩種方式．科學(xué)探究：探究改變物體內(nèi)能與做功和傳熱的關(guān)系.

問題導(dǎo)入

在空氣壓縮引火儀底部放置少量的硝化棉，迅速壓下筒中的活塞，可以觀察到硝化棉燃燒的火苗。為什么筒底的硝化棉會(huì)被，點(diǎn)燃呢?你能解釋這個(gè)現(xiàn)象嗎?分析：用活塞壓縮空氣對(duì)空氣做功，空氣內(nèi)能增大，溫度升高，達(dá)到燃點(diǎn)棉花燃燒。改變系統(tǒng)的熱力學(xué)狀態(tài)的方法：焦耳①傳熱②做功焦耳

焦耳測(cè)量了熱與機(jī)械功之間的當(dāng)量關(guān)系——熱功當(dāng)量，為熱力學(xué)第一定律和能量守恒定律的建立奠定了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。一、焦耳的實(shí)驗(yàn)1818年12月24日生于英國(guó)曼徹斯特，起初研究電學(xué)和磁學(xué)。1840年在英國(guó)皇家學(xué)會(huì)上宣布了電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生熱量的定律，即焦耳定律。絕熱過程系統(tǒng)只通過對(duì)外界做功或外界對(duì)它做功而與外界交換能量，它不從外界吸熱，也不向外界放熱，這樣的過程叫做絕熱過程。焦耳實(shí)驗(yàn)是一個(gè)需要在絕熱過程中完成的實(shí)驗(yàn)

焦耳的實(shí)驗(yàn)焦耳二個(gè)代表性實(shí)驗(yàn)：焦耳熱功當(dāng)量實(shí)驗(yàn)裝置—機(jī)械功

重物下落帶動(dòng)葉片攪拌容器中的水，引起水溫上升

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：

只要重力所做的功相同，容器內(nèi)水溫上升的數(shù)值都是相同的，即系統(tǒng)狀態(tài)的變化是相同的。

焦耳的實(shí)驗(yàn)焦耳二個(gè)代表性實(shí)驗(yàn)：焦耳熱功當(dāng)量實(shí)驗(yàn)裝置—電功

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：對(duì)同一個(gè)系統(tǒng)，如果過程是絕熱的，只要所做的電功相等，則系統(tǒng)溫度上升的數(shù)值是相同的，即系統(tǒng)的狀態(tài)變化是相同的。

焦耳的實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)論：要使系統(tǒng)狀態(tài)通過絕熱過程發(fā)生變化，做功的數(shù)量只由過程始末兩個(gè)狀態(tài)決定，而與做功的方式無關(guān)

熱量以卡為單位時(shí)與功的單位焦耳之間的數(shù)量關(guān)系，相當(dāng)于單位熱量的功的數(shù)量，叫做熱功當(dāng)量，即1卡=4.1840焦耳

焦耳的實(shí)驗(yàn)

二功與內(nèi)能的改變1.內(nèi)能變化和做功的關(guān)系:?U=U2-U1=W絕熱過程中，內(nèi)能的變化等于外力對(duì)系統(tǒng)所做的功。W>0,U↑,?U>0W<0,U↓,?U<02.說明1）內(nèi)能變化只由初末狀態(tài)有關(guān)，與中間做功過程及方式無關(guān)。2）做功改變物體內(nèi)能的過程是其他形式的能(如機(jī)械能)與內(nèi)能相互轉(zhuǎn)化的過程。在絕熱過程中，外界對(duì)系統(tǒng)做功，系統(tǒng)的內(nèi)能增加；系統(tǒng)對(duì)外做功，系統(tǒng)的內(nèi)能減少。3）3.做功可以改變物體內(nèi)能：在絕熱過程中，外界對(duì)系統(tǒng)做功，系統(tǒng)的內(nèi)能增加；系統(tǒng)對(duì)外界做功，系統(tǒng)的內(nèi)能減少，即：壓縮引火儀工作原理：迅速壓下活塞，引火儀筒內(nèi)氣體被壓縮，體積變小，外界對(duì)氣體做了功，內(nèi)能增加，溫度升高。當(dāng)溫度達(dá)到易燃物的燃點(diǎn)時(shí)，易燃物發(fā)生自燃。迅速壓縮，空氣“來不及”對(duì)外傳熱，可以看成絕熱過程。若緩慢壓縮，空氣會(huì)對(duì)外傳熱，從而做等溫變化，這個(gè)實(shí)驗(yàn)就不能成功。二.功與內(nèi)能的改變4.氣體膨脹壓縮時(shí)做功的特點(diǎn)：①壓縮氣體：外界對(duì)系統(tǒng)做正功（系統(tǒng)對(duì)外界做負(fù)功），系統(tǒng)的內(nèi)能增加②氣體膨脹：外界對(duì)系統(tǒng)做負(fù)功（系統(tǒng)對(duì)外界做正功），系統(tǒng)的內(nèi)能減少思考與討論：一絕熱容器用隔板分成兩部分，左邊A內(nèi)充滿氣體，右邊B內(nèi)是真空，現(xiàn)抽去隔板，氣體內(nèi)能如何變化？答：氣體向真空膨脹，氣體并不需要克服外力做功，即氣體不做功，內(nèi)能不變，溫度不變（物體在光滑水平面上滑動(dòng)也不需要克服摩擦力做功，機(jī)能能也不變）A

B二.功與內(nèi)能的改變5.功和內(nèi)能的區(qū)別(1)功是過程量，內(nèi)能是狀態(tài)量。(2)在絕熱過程中，做功一定能引起內(nèi)能的變化。(3)物體的內(nèi)能大，并不意味著做功多。在絕熱過程中，只有內(nèi)能變化較大時(shí)，對(duì)應(yīng)著做功較多。三、熱量與內(nèi)能的改變

用鐵錘反復(fù)敲擊鐵棒，鐵棒的溫度會(huì)升高，把鐵棒放在火爐上燒，鐵棒的溫度也會(huì)升高，這說明了什么問題？說明做功和熱傳遞都能改變物體的內(nèi)能。如圖所示是熱傳遞的三種方式——傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射。如何理解熱傳遞？(1)條件：物體的溫度不同。(2)熱傳遞：熱量總是從高溫物體向低溫物體傳遞。

【小結(jié)】

1．下列生活實(shí)例中通過熱傳遞改變物體內(nèi)能的是（）A．野外生存中利用鉆木取火B(yǎng)．暖手寶可以使手變得暖和C．搓搓手可以讓手變得暖和D．鐵釘被錘子敲打后會(huì)升溫B2．對(duì)于熱量、功和內(nèi)能三個(gè)物理量，下列各種說法中正確的是（）A．熱量和功與過程有關(guān)，而內(nèi)能與狀態(tài)有關(guān)B．熱量、功和內(nèi)