功、熱和內能的改變 高二下學期物理人教版（2019）選擇性必修第三冊

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

問題導入

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被，點燃呢?你能解釋這個現象嗎?分析：用活塞壓縮空氣對空氣做功，空氣內能增大，溫度升高，達到燃點棉花燃燒。改變系統(tǒng)的熱力學狀態(tài)的方法：焦耳①傳熱②做功焦耳

焦耳測量了熱與機械功之間的當量關系——熱功當量，為熱力學第一定律和能量守恒定律的建立奠定了實驗基礎。一、焦耳的實驗1818年12月24日生于英國曼徹斯特，起初研究電學和磁學。1840年在英國皇家學會上宣布了電流通過導體產生熱量的定律，即焦耳定律。絕熱過程系統(tǒng)只通過對外界做功或外界對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。焦耳實驗是一個需要在絕熱過程中完成的實驗

焦耳的實驗焦耳二個代表性實驗：焦耳熱功當量實驗裝置—機械功

重物下落帶動葉片攪拌容器中的水，引起水溫上升

實驗結論：

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

焦耳的實驗焦耳二個代表性實驗：焦耳熱功當量實驗裝置—電功

實驗結論：對同一個系統(tǒng)，如果過程是絕熱的，只要所做的電功相等，則系統(tǒng)溫度上升的數值是相同的，即系統(tǒng)的狀態(tài)變化是相同的。

焦耳的實驗實驗結論：要使系統(tǒng)狀態(tài)通過絕熱過程發(fā)生變化，做功的數量只由過程始末兩個狀態(tài)決定，而與做功的方式無關

熱量以卡為單位時與功的單位焦耳之間的數量關系，相當于單位熱量的功的數量，叫做熱功當量，即1卡=4.1840焦耳

焦耳的實驗

二功與內能的改變1.內能變化和做功的關系:?U=U2-U1=W絕熱過程中，內能的變化等于外力對系統(tǒng)所做的功。W>0,U↑,?U>0W<0,U↓,?U<02.說明1）內能變化只由初末狀態(tài)有關，與中間做功過程及方式無關。2）做功改變物體內能的過程是其他形式的能(如機械能)與內能相互轉化的過程。在絕熱過程中，外界對系統(tǒng)做功，系統(tǒng)的內能增加；系統(tǒng)對外做功，系統(tǒng)的內能減少。3）3.做功可以改變物體內能：在絕熱過程中，外界對系統(tǒng)做功，系統(tǒng)的內能增加；系統(tǒng)對外界做功，系統(tǒng)的內能減少，即：壓縮引火儀工作原理：迅速壓下活塞，引火儀筒內氣體被壓縮，體積變小，外界對氣體做了功，內能增加，溫度升高。當溫度達到易燃物的燃點時，易燃物發(fā)生自燃。迅速壓縮，空氣“來不及”對外傳熱，可以看成絕熱過程。若緩慢壓縮，空氣會對外傳熱，從而做等溫變化，這個實驗就不能成功。二.功與內能的改變4.氣體膨脹壓縮時做功的特點：①壓縮氣體：外界對系統(tǒng)做正功（系統(tǒng)對外界做負功），系統(tǒng)的內能增加②氣體膨脹：外界對系統(tǒng)做負功（系統(tǒng)對外界做正功），系統(tǒng)的內能減少思考與討論：一絕熱容器用隔板分成兩部分，左邊A內充滿氣體，右邊B內是真空，現抽去隔板，氣體內能如何變化？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，內能不變，溫度不變（物體在光滑水平面上滑動也不需要克服摩擦力做功，機能能也不變）A

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

用鐵錘反復敲擊鐵棒，鐵棒的溫度會升高，把鐵棒放在火爐上燒，鐵棒的溫度也會升高，這說明了什么問題？說明做功和熱傳遞都能改變物體的內能。如圖所示是熱傳遞的三種方式——傳導、對流和輻射。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】

1．下列生活實例中通過熱傳遞改變物體內能的是（）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升溫B2．對于熱量、功和內能三個物理量，下列各種說法中正確的是（）A．熱量和功與過程有關，而內能與狀態(tài)有關B．熱量、功和內