功和內(nèi)能熱和內(nèi)能

1、功和內(nèi)能 熱和內(nèi)能,引入：冬天搓手可使雙手變暖；向手吹氣也可使雙手變暖，是什么原因使溫度發(fā)生了變化呢,壓縮空氣引火,演示:在有機(jī)玻璃筒底放置少量的易燃物,例如蓬松的棉花,迅速壓下筒中的活塞,觀察筒底物品的變化。這個(gè)實(shí)驗(yàn)說(shuō)明了什么,實(shí)驗(yàn)一：對(duì)系統(tǒng)做機(jī)械功,重物下落帶動(dòng)輪葉旋轉(zhuǎn)，通過(guò)攪拌對(duì)絕熱容器內(nèi)的液體做功，使液體升溫，即狀態(tài)發(fā)生變化,結(jié)論：只要重力所做的功相同，容器內(nèi)水溫上升的數(shù)值就相同，即系統(tǒng)狀態(tài)的變化是相同的,實(shí)驗(yàn)二：對(duì)系統(tǒng)做電功,電流通過(guò)電熱絲使絕熱容器內(nèi)的液體溫度升高,結(jié)論：對(duì)同一系統(tǒng)，在絕熱過(guò)程中只要所做的電功相同，系統(tǒng)溫度上升的數(shù)值就相同，即系統(tǒng)的狀態(tài)變化相同,焦耳的實(shí)驗(yàn)說(shuō)明什么問(wèn)

2、題,在各種不同的絕熱過(guò)程中，如果使系統(tǒng)從狀態(tài)1變?yōu)闋顟B(tài)2，所需外界做功的數(shù)量是相同的,也就是說(shuō)，在各種不同的絕熱過(guò)程中，要使系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生變化，做功的數(shù)量只由始末兩個(gè)狀態(tài)決定，與做功方式無(wú)關(guān),一、焦耳的實(shí)驗(yàn)(Joule experiment,焦耳實(shí)驗(yàn)揭示了熱量與功之間確定的當(dāng)量關(guān)系（卡4.186焦耳），表明機(jī)械運(yùn)動(dòng)或電磁運(yùn)動(dòng)與熱運(yùn)動(dòng)之間是可以相互轉(zhuǎn)化的它啟迪人們繼續(xù)發(fā)現(xiàn)了各種物質(zhì)運(yùn)動(dòng)之間的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系，為能量轉(zhuǎn)化和守恒定律的建立奠定了基礎(chǔ),焦耳在做熱功當(dāng)量實(shí)驗(yàn),回顧哪些力做功僅由物體的起點(diǎn)和終點(diǎn)兩個(gè)位置決定與物體的運(yùn)動(dòng)路徑無(wú)關(guān),二、內(nèi)能,1、任何一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)都必定存在一個(gè)只依賴于系統(tǒng)自身狀態(tài)的

3、物理量，這個(gè)物理量在兩個(gè)狀態(tài)間的差別與外界在絕熱過(guò)程中對(duì)系統(tǒng)所做的功相聯(lián)系。我們把這個(gè)物理量稱為系統(tǒng)的內(nèi)能,思考：在第七章中我們?cè)?jīng)學(xué)習(xí)過(guò)內(nèi)能的概念是什么呢？當(dāng)時(shí)講的內(nèi)能的變化與什么有關(guān)？而這一致嗎？有何關(guān)系,拓展思考：在絕熱過(guò)程中，外界對(duì)系統(tǒng)做功，系統(tǒng)的內(nèi)能怎么變？數(shù)量上有什么關(guān)系？若系統(tǒng)對(duì)外界做功呢,2、當(dāng)系統(tǒng)從狀態(tài)1經(jīng)過(guò)絕熱過(guò)程達(dá)到狀態(tài)2時(shí)，內(nèi)能的增加量U=U2-U1就等于外界對(duì)系統(tǒng)所做的功W，即U=W,鉆木取火,氣體膨脹,演示：在燒瓶里加入水，水的上方有水蒸氣。用帶孔橡皮塞把瓶口塞住，向瓶?jī)?nèi)打氣，當(dāng)瓶塞跳出時(shí)，觀察瓶?jī)?nèi)的變化,由此可知,1外界對(duì)物體做功，物體的內(nèi)能增加,2物體對(duì)外界做功

4、，物體的內(nèi)能減少,三、熱傳遞,演示實(shí)驗(yàn),動(dòng)畫(huà)：熱傳遞,3、熱傳遞有三種方式：熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流、熱輻射,2、發(fā)生條件：物體之間或物體的不同部分之間存在溫度差,1、兩個(gè)溫度不同的物體相互接觸時(shí)溫度高的物體要降溫，溫度低的物體要升溫，我們說(shuō)熱量從高溫物體傳到了低溫物體。這樣的過(guò)程叫做熱傳遞,四、熱和內(nèi)能,1、熱量是在單純的傳熱過(guò)程中系統(tǒng)內(nèi)能變化的量度。當(dāng)系統(tǒng)從狀態(tài)1經(jīng)過(guò)單純的傳熱達(dá)到狀態(tài)2，內(nèi)能的增量U=U2-U1就等于外界向系統(tǒng)傳遞的熱量Q，即U=Q,2、像做功一樣，熱量的概念也只有在涉及能量的傳遞時(shí)才有意義。所以不能說(shuō)物體具有多少熱量，只能說(shuō)物體吸收或放出了多少熱量,外界沒(méi)有對(duì)系統(tǒng)（水）做功，只對(duì)

5、系統(tǒng)傳熱，同樣能改變系統(tǒng)的狀態(tài),拓展思考：在單純傳熱過(guò)程中，系統(tǒng)從外界吸熱，系統(tǒng)的內(nèi)能怎么變？數(shù)量上有什么關(guān)系？若系統(tǒng)對(duì)外界放熱呢,1、物體從外界吸熱，物體內(nèi)能增加,2、物體對(duì)外界放熱，物體內(nèi)能減少,五、做功和熱傳遞的區(qū)別,1、做功使物體內(nèi)能發(fā)生改變的時(shí)候，內(nèi)能的改變就用功數(shù)值來(lái)量度外界對(duì)物體做多少功，物體的內(nèi)能就增加多少；物體對(duì)外界做多少功，物體的內(nèi)能就減少多少 熱傳遞使物體的內(nèi)能發(fā)生改變的時(shí)候，內(nèi)能的改變用熱量來(lái)量度的物體吸收多少熱量，物體的內(nèi)能就增加多少；物體放出多少熱量，物體的內(nèi)能就減少多少,2做功和熱傳遞在改變物體的內(nèi)能上是等效的,3做功和熱傳遞在本質(zhì)上是不同的： 做功使物體的內(nèi)能改

6、變，是其他形式的能量和內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)化（不同形式能量間的轉(zhuǎn)化） 熱傳遞使物體的內(nèi)能改變，是物體間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移（同種形式能量的轉(zhuǎn)移,實(shí)驗(yàn),如圖所示，在薄壁金屬圓筒內(nèi)注入少量乙醚，塞上塞子，用一根繩子在金屬圓筒外壁纏繞12圈。然后按圖中箭頭所指的方向來(lái)回拉動(dòng)繩子。 （1）猜測(cè)可能會(huì)發(fā)生的現(xiàn)象； （2）解釋發(fā)生上述現(xiàn)象的原因,乙醚頂塞,問(wèn)題討論,做功”和“熱傳遞”都是能量交換的方式，并在改變系統(tǒng)狀態(tài)上等效，二者在本質(zhì)上有什么區(qū)別,對(duì)于系統(tǒng)做機(jī)械功（摩擦功或體積功）是與物體的宏觀位移相聯(lián)系的（如輪葉在液體中旋轉(zhuǎn)，活塞移動(dòng)等）。從微觀上看，物體發(fā)生宏觀位移時(shí)，其中所有分子將在無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)上附加一個(gè)共同的有規(guī)則運(yùn)動(dòng)。在做功過(guò)程中，通過(guò)分子間的碰撞將有規(guī)則運(yùn)動(dòng)能量（宏觀上表現(xiàn)為機(jī)械能）轉(zhuǎn)變?yōu)榉肿訜o(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)能量。分子無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)能量的總和在宏觀上表現(xiàn)為系統(tǒng)的內(nèi)能。因此，做機(jī)械功的過(guò)程是通過(guò)分子間的碰撞發(fā)生的宏觀機(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)換和傳遞過(guò)程。 向系統(tǒng)傳遞熱量是以系統(tǒng)和外界的溫度不同為條件的。溫度不同（分子熱運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)能不同）的物體相互接觸的，通過(guò)分子的碰撞，相互摻和，平均動(dòng)能大的分子將把能