1、功、热和内能的改变了解焦耳的两个实验的原理通过焦耳实验的研究，培养学生的科学探索精神教学目标教学目标知道做功和传热是改变内能的两种方式理解物体内能的概念绝热过程中的功与内能的关系内能的改变与做功的方式无关，仅与做功的数量有关教学重点教学重点教学难点教学难点什么是内能？内能大小的影响因素是什么？内能：物体内所有分子热运动的动能和分子势能的总和，叫做物体的内能。与摩尔数有关与温度有关与体积有关内能与物体的摩尔数、温度和体积有关内能与物体的摩尔数、温度和体积有关前情回顾前情回顾质量、温度相同的物体，内能必定相等对吗？不一定。比如不一定。比如0C的冰和水的冰和水前情回顾前情回顾虽然温度、体积能影响内能
2、，但是注意这句话却不能作为判断两物体内能大小的依据。如0C的冰熔化成0C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物体的内能与温度和体积的变化物体的内能与温度和体积的变化温度变分子动能变体积变分子势能变物体的内能决定于它的温度和体积物体的内能决定于它的温度和体积滑滑梯滑至底端时，有灼热感，这是为什么？古人用钻木取火的方式获取火源为何用钻木的方式可以获得火源？给你一根钢丝，如何才能改变它的内能呢？做功做功热传递热传递“摩擦”“折”“敲打”“锯”“烧”“晒”“烤”“烫”“冻”或者“冰”在有机玻璃筒底放置少量易燃
3、物，例如硝化棉，或浸过乙醚的棉花、火柴头等。迅速压下筒中的活塞，观察筒底物品的变化。这个实验说明了什么？做功使得物体（密闭气做功使得物体（密闭气体）温度升高体）温度升高演示实验演示实验焦耳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。焦耳的实验焦耳的实验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。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外界交换能量，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，也不向外界放热，这样的过程叫
4、做绝热过它不从外界吸热，也不向外界放热，这样的过程叫做绝热过程。程。焦耳实验是一个需要在绝热过程中完成的实验焦耳的实验焦耳的实验焦耳二个代表性实验：焦耳热功当量实验装置机械功重物下落带动叶片搅拌容器中的水，引起水温上升实验结论：只要重力所做的功相同，只要重力所做的功相同，容器内水温上升的数值都容器内水温上升的数值都是相同的，即系统状态的是相同的，即系统状态的变化是相同的。变化是相同的。焦耳的实验焦耳的实验焦耳二个代表性实验：焦耳热功当量实验装置电功实验结论：对同一个系统，如果对同一个系统，如果过程是绝热的，只要所做的电功过程是绝热的，只要所做的电功相等，则系统温度上升的数值是相等，则系统温度上
5、升的数值是相同的，即系统的状态变化是相相同的，即系统的状态变化是相同的。同的。焦耳的实验焦耳的实验实验结论：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，而与做功的方式无关始末两个状态决定，而与做功的方式无关热量以卡为单位时与功的单位焦耳之间的数量关系，相当于单位热量的功的数量，叫做热功当量，即1卡=4.1840焦耳焦耳的实验焦耳的实验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。哪些力做功仅由物体的起点和
6、终点两个位置决定，与物体的运动路径无关？宏观定义（热力学对内能的定义）：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一种能量，这种能量叫做系统的内能。微观定义（分子动理论对内能的定义）：物体中所有分子的热运动动能和分子势能的总和，叫做物体的内能。U微观：分子热运动的激烈程度、分子间距、分子数宏观：温度、体积、物质的量（状态）对绝热系统做功：国际单位制中，内能和功的单位都是焦耳(J)内能内能试分析说明内能的两种定义并不矛盾当系统状态改变时，按照热力学对内能的定义，则物体的内能改变；而按分子动理论，系统状态改变时，描述系统状态的参量发生了变化，例如温度和体积改变，而分子的平均动能与温度有
7、关，分子的势能与体积有关，所以系统的内能就要改变。因此内能的两种定义是一致的内能内能压缩气体气体不自由膨胀气体自由膨胀V减小V增加V增加外界对气体做功气体对外界做功气体对外界不做功绝热U增加U减小U不变绝热绝热做功与气体体积变化的关系做功与气体体积变化的关系做功可以改变系统的内能：功是能量转化的量度功是能量转化的量度在热力学系统的绝热过程中若外界对系统做功，系统的内能增加若系统对外界做功，系统的内能减少实质:其他形式的能与内能的相互转化末态内能大于初态内能时，末态内能大于初态内能时，U为正，为正，W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为为负
8、，负，W为负，系统对外界做功为负，系统对外界做功做功与系统内能改变的关系做功与系统内能改变的关系需要注意的几个问题做功与内能的变化（绝热过程）做功改变物体内能的过程是将其他形式的能将其他形式的能(如机械能如机械能)与内与内能相互转化能相互转化的过程做功使物体内能发生变化时，内能改变了多少用做功的数值来内能改变了多少用做功的数值来量度量度外界对物体做多少功，物体的内能就增加多少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物体对外界做多少功，物体的内能就减少多少内能与做功内能与做功需要注意的几个问题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状态的内能
9、，只有在标准参考态的值确定后，才可只有在标准参考态的值确定后，才可能做出相应的确定值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，是不可能的。内能与做功内能与做功如图所示，大口玻璃瓶内有一些水，水的上方有水蒸气，向瓶内打气，当瓶塞跳出时，瓶内会有什么变化？为什么？瓶口附近呈现雾状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。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。做功
10、改变内能的运用做功改变内能的运用问题与练习问题与练习举几个例子说明做功可以改变系统的内能。在水平公路上行驶的汽车，发动机熄火后，速度越来越小，最后停止。汽车克服阻力做功，将机械能转化为内能。在阻尼震动中，单摆的振幅越来越小，最后停下来。单摆克服阻力做功，机械能转化为内能。在电磁感应中，将线框的机械能转化为线框中的电能，电能再转化为内能，使线框发热。柴油机工作中的压缩冲程。给自行车打气时，气筒壁会发热锯木头，锯条会很烫冬天，手冷时，两手互相搓一搓问题与练习问题与练习在本节课的两个焦耳实验中，各是什么形式的能转化为系统的内能？重物的重力势能转化为水的内能重物的机械能转化为电能，电能再转化为液体的内
11、能问题与练习问题与练习如果气体膨胀时与外界没有热交换，这样的膨胀叫做绝热膨胀。分别讨论气体在真空中和在大气中做绝热膨胀时是否做功。如果做功，所需的能量从何而来？（1）气体在真空绝热膨胀的过程中，不受阻力，所以气体不做功（2）气体在大气中绝热膨胀时，气体对外界做功，所需能量来自气体的内能，因此在此过程中，气体的内能要减少绝热过程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，也不向外界放热，这样的过程叫做绝热过程内能的宏观定义（热力学对内能的定义）：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一种能量，这种能量叫做系统的内能绝热过程中做功和内能的关系：总结总结【分析
12、】【解答】【点评】练习练习【分析】【解答】练习练习【分析】【解答】练习练习【分析】【解答】【点评】练习练习教学目标教学目标知道传热是改变系统内能的一种方式会区分热量和内能的概念知道做功与传热在改变系统内能上的区别教学重点教学重点热传递对内能的改变教学难点教学难点热量和内能的区别烤火取暖开火烧水太阳辐射给你一根钢丝，如何才能改变它的内能呢？做功“摩擦”“折”“敲打”“锯”热传递“烧”“晒”“烤”“烫”“冻”或者“冰”热传递热传递经过一段时间热传递热传递热传递定义：定义：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，并将持续到系统间达到热平衡即温度相等为止将持续到系统间达到热
13、平衡即温度相等为止，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递。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度差温度差最终结果：最终结果：实质：实质：注意：注意：两物体或物体的各个部分温度相同能量的转移，改变系统的内能热传递传递的是热量，而不是温度热传递传递的是热量，而不是温度热传递的三种方式热传递的三种方式热传递有三种方式：热传导、热对流、热辐射热传导、热对流、热辐射热对流热传导热辐射热传递的三种方式热传递的三种方式如何区分热传递的三种方式？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
14、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、油等热传递的三种方式热传递的三种方式如何区分热传递的三种方式？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传递的三种方式热传递的三种方式如何区分热传递的三种方式？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热和内能热和内能外界没有对系统（水）做功，只对系统传热，同样能改变系统的状态热量是在单纯的传热过程中系统内能变化的量度热量是过程量，用Q表示，单位为焦耳热和内能热和内能有正负Q为正时，系统内能
15、增加，即系统从外界吸收多少热量，其内能就增加多少Q为负时，系统内能减少，即系统向外界放出多少热量，其内能就减少多少热量的辨析热量的辨析某饮品的包装上标有该饮料具有1800kJ的热量，这种说法正确吗？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热量只是反映物体在状态变化过程中所迁移的能量，是用来衡量物体内能变化的。有过程，才有变化，离开过程，毫无意义。就某一状态而言，只有“内能”，根本不存在什么“热量”和“功”，因此，不能说一个系统中含有“多少热量”或“多少功”。热和内能的反思热和内能的反思在单纯传热过程中，系统从外界吸热，系统
16、的内能怎么变？数量上有什么关系？若系统对外界放热呢？物体从外界吸热，物体内能增加物体对外界放热，物体内能减少热和内能的反思热和内能的反思热传递过程能量一定是由内能大的物体传到内能小的物体上吗？只要存在温度差，热传递过程就会进行，与原来物体内能的多少大小无关。热传递过程能量可以由内能大的物体传到内能小的物体上，也可以由内能小的物体传到内能大的物体上。做功和热传递做功和热传递做功和热传递这两种改变物体内能的方式有何区别和联系？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
17、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做功和热传递做功和热传递做功和热传递这两种改变物体内能的方式有何区别和联系？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），是在分子相互作用下，通过分子的微观运动来达到内能的改变的。内能变化的判断内能变化的判断对于某物体，是否其温度升高，内能就一定增加；是否向物体传递能量，物体的内能就一定增加，分别说明原因？通常情况下，对固体或液体，
18、由于体积变化不明显，主要是通过温度的变化来判断内能是否改变。特殊情况：一定质量的0的冰熔解成的0的水，虽然温度不变，但是因为吸收热量，所以其内能一定增大（分子势能增大）。而对于气体，我们不考虑其分子势能，故其内能也只与温度有关。内能变化的判断内能变化的判断对于某物体，是否其温度升高，内能就一定增加；是否向物体传递能量，物体的内能就一定增加，分别说明原因？从宏观看，温度表示的是物体的冷热程度；从微观看，温度反映了分子热运动的激烈程度，是分子平均动能的标志。物体的温度升高，其内能一定增加。但向物体传递热量，物体的内能却不一定增加（可能同时对外做功）。内能的实际意义内能的实际意义关于内能的实际意义内
19、能是状态量内能是状态量，任何一个物体在每一个状态下都有确定的内能，但物体在某一状态下的内能的大小是无法计算的，实际情况中实际情况中有意义的有意义的也不是某一状态下内能的大小，而是发生状态变化过是发生状态变化过程中内能变化量的大小。程中内能变化量的大小。 问题与练习问题与练习下列事件中，物体的内能怎样改变（固体和液体的热膨胀很小，可不予考虑）？（1）壶里的水被加热而温度升高；（2）一条烧红的铁棒逐渐冷却下来（1）壶里的水被加热，其他物体的内能通过传热将热量传给了壶里的水，所以水的内能增加（2）烧红的铁棒比周围温度要高，所以要将热量传递为周围环境，而自身的内能减少问题与练习问题与练习总结总结热传递：热传递：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，并将持续到系统间达到热平衡即温度相等为止，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递。热量是在单纯的传热过程中系统内能变化的量度Q为正时，系统内能增加，即系统从外界吸收多少热量，其内能就增加多少Q为负时，系统内能减少，即系统向外界放出多少热量，其内能就减少多少【分析】【解答】【点评】练习练习【分析】【解答】【点评】练习练习【分析】【解答】练习练习
