1 功和内能
功和内能 热和内能 课件
比较项目
做功
热传递
外界对物体做功，物体的内能增 物体吸收热量，内能增加；物体
内能变化 加；物体对外界做功，物体的内 放出热量，内能减少
能减少
不同物体间或同一物体不同部分 物理实质 其他形式的能与内能之间的转化
之间内能的转移
相互联系 做一定量的功或传递一定量的热量在改变内能的效果上是相同的
[精典示例] [例2] 一个气泡从恒温水槽的底部缓慢向上浮起(若不计气泡内空气分子势能的变化)，
热传递、做功和内能改变的认知误区 (1)误认为有热传递或做功时，内能一定变化。 如果只是做功或只是进行热量传递都会改变物体的内能，但是如果做功 的同时还有热量的传递，则内能不一定会发生变化。 (2)对做功与内能变化关系认识不清。 在判断内能增加或减少时，一定要搞清是对内做功还是对外做功，是从 外界吸收热量还是向外界放出热量。
功、内能、热量和温度的区别与联系
[要点归纳] 1.内能与温度：从宏观上看，温度表示的是物体的冷热程度；从微观上看，温度反
映了分子热运动的剧烈程度，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)。
2.热量和内能 (1)内能是由系统的状态决定的，状态确定，系统的内能也随之确定。要使系统的内 能发生变化，可以通过热传递和做功两种方式来完成。 (2)热量是热传递过程中的特征物理量，热量只是反映物体在状态变化过程中所转移 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。 (3)对某一状态而言，只有“内能”，根本不存在“热量”和“功”。不能说一个系 统中含有多少热量。
分析绝热过程的方法 (1)在绝热的情况下，若外界对系统做正功，系统内能增加，ΔU为正值； 若系统对外界做正功，系统内能减少，ΔU为负值。此过程做功的多少为 内能转化的量度。 (2)在绝热过程中，气体的初、末状态确定了，即在初、末状态的内能也 相应地确定了，内能的变化ΔU也确定了。而功是能量转化的量度，所以 ΔU＝W，即W为恒量，这也是判断绝热过程的一种方法。
热力学定律
热力学定律I-' -'基础知识归纳一、功和内能1、绝热过程：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2、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.二、内能1、内能概念：任何一个热力学系统都存在一个依赖系统自身状态的物理量，这个物理量在两个状态间的差值等于外界在绝热过程中对系统所做的功，我们把这个物理量称为系统的内能.2、在绝热过程中做功与内能的变化关系：A U = W、热和内能1、热传递：热量从高温物体传到低温物体的过程.2、关系描述：热量是在单纯的传热过程中系统内能变化的量度.3、公式表达：AU = Q四、功和内能的关系1、内能与内能的变化的关系(1)物体的内能是指物体内所有分子的平均动能和势能之和•在微观上由分子数和分子热运动激烈程度及相互作用力决定，宏观上体现为物体温度和体积，因此物体的内能是一个状态量.(2)当物体温度变化时，分子热运动激烈程度发生改变，分子平均动能变化•物体体积变化时，分子间距离变化，分子势能发生变化，因此物体的内能变化只由初、末状态决定, 与中间过程及方式无关.2、做功与内能的变化的关系(1)做功改变物体内能的过程是其他形式的能(如机械能)与内能相互转化的过程.(2)在绝热过程中，外界对物体做多少功，就有多少其他形式的能转化为内能，物体的内能就增加多少；物体对外界做多少功，就有多少内能转化为其他形式的能，物体的内能就减少多少.3、功和内能的区别(1)功是过程量，内能是状态量.(2)在绝热过程中，做功一定能引起内能的变化.(3)物体的内能大，并不意味着做功多.在绝热过程中，只有内能变化较大时，对应着做功较多.五、“温度”、“热量”、“功”、“内能”的辨析1、内能和温度从宏观看，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剧烈程度，是分子平均动能的标志•物体的温度升高，其内能一定增加•但物体吸收热量内能增加时，温度却不一定升高.2、内能和热量(1)热量的概念在涉及能量传递时才有意义.我们不能说一个物体具有多少热量，只能说在传热过程中物体吸收或放出了多少热量.(2)在单纯传热的过程中，物体吸收热量，内能增加，物体放出热量，内能减小，热量是内能改变的量度.3、热量和做功(1 )热量和功，都是系统内能变化的量度，都是过程量，一定量的热量还与一定量的功相当，热量可以通过系统转化为功，功也可以通过系统过程转化为热量，但它们之间有着本质的区别.(2)用做功来改变系统的内能，是机械能或其他形式的能和内能之间的转化过程.(3)用传热来改变系统的内能，是系统间内能转移的过程.六、热力学第一定律1、内容：一个物体，如果跟外界同时发生做功和热传递的过程物体内能的增加为U=W+Q,即一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做功的和。
10.1-2-3 功和内能、热和内能、 热力学第一定律 能量守恒定律
3．下列关于热量的说法，正确的是( CD )
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
做功
改变内能的两种方式 热传递
对内 对外
（外界对物 （物体对 体做功） 外界做功）
内能增加 内能减少
U W
吸热
（物体从 外界吸热）
（1）热传导：热量从系统的一部分传到另一部分或由一个系统传到另一系统的现象叫做 热传导。
（2）对流：液体或气体中较热部分和较冷部分之间通过循环流动使温度趋于均匀的过程 （3）热辐射：物体因自身的温度而具有向外发射能量的本领，这种热传递的方式叫做热 辐射。
二、热量
1、定义：在单纯的传热过程中系统内能变化的量度。
（1）在单纯的热传递过程中，系统从外界吸收多少热量，系统的内能就增 加多少，即Q吸=△U 。（2）在单纯的热传递过程中，系统向外界放出多少 热量，系统的内能就减少多少，即Q放= -△U。
3、热传递具有方向性：热量不会自发地从低温物体传递到高温物体。 4、做功和热传递在改变内能上的比较
（1）做功和热传递在改变内能上是等效的。
结论：做功使得物体（密闭气体）温度升高，即做功可以改变物体的内能。
焦耳的实验
焦耳
詹姆斯·普雷斯科 特·焦耳（1818年12月24 日－1889年10月11日）， 英国物理学家，出生于曼 彻斯特近郊的沙弗特 。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.
3.1功热和内能的改变
3.1 功、热和内能的改变知识点一、焦耳的实验1．绝热过程：系统不从外界吸热，也不向外界放热的过程．2．代表性实验(1)重物下落时带动叶片转动，搅拌容器中的水，水由于摩擦而温度上升．(2)通过电流的热效应给液体加热．3．实验结论：在热力学系统的绝热过程中，外界对系统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．4．内能：只依赖于热力学系统自身状态的物理量．知识点二、功与内能的改变1．功与内能的改变在热力学系统的绝热过程中，当系统从状态1经过绝热过程达到状态2时，内能的变化量ΔU＝U2－U1，等于外界对系统所做的功W，即ΔU＝W.2．理解(1)ΔU＝W的适用条件是绝热过程．(2)在绝热过程中：外界对系统做功，系统的内能增加；系统对外做功，系统的内能减少．知识点三、热与内能的改变1．传热(1)条件：物体的温度不同．(2)传热：热从高温物体传到了低温物体．2．热和内能(1)热量：在单纯的传热过程中系统内能变化的量度．(2)热与内能的改变当系统从状态1经过单纯的传热达到状态2时，内能的变化量ΔU＝U2－U1等于外界向系统传递的热量Q，即ΔU＝Q.(3)传热与做功在改变系统内能上的异同．①做功和传热都能引起系统内能的改变．②做功时，内能与其他形式的能发生转化；传热只是不同物体(或一个物体的不同部分)之间内能的转移．改变内能的两种方式的比较[例题1]（2023•慈溪市校级开学）在一个真空的钟罩中，用不导热的细线悬吊一个铁块，中午时铁块的温度是28℃，晚上铁块的温度是23℃。
铁块的内能（）A．变大B．变小C．不变D．无法判断【解答】解：因为物体的内能与温度、体积有关，当铁块的温度降低时，铁块的体积变化很小，所以其内能随温度降低而减小，故ACD错误，B正确。
故选：B。
[例题2]（2023•和平区模拟）关于热现象，下列说法正确的是（）A．温度由摄氏温度t升至2t，对应的热力学温度便由T升至2TB．相同温度下液体中悬浮的花粉小颗粒越大，布朗运动越剧烈C．做功和热传递是改变物体内能的两种方式D．分子间距离越大，分子势能越大，分子间距离越小，分子势能也越小【解答】解：A．温度由摄氏温度t升至2t，对应的热力学温度便由T升至T′，且T＝（t+273）K，T′＝（2t+273）K，所以T′不等于2T，故A错误；B．相同温度下液体中悬浮的花粉小颗粒越小，受力越不易平衡，布朗运动越剧烈，故B错误；C．做功和热传递都可以改变内能，是改变内能的两种方式，故C正确；D．若分子力表现为斥力时，分子间距离越大，分子力做正功，分子势能越小；分子间距离越小，分子力做负功，分子势能越大；若分子力表现为引力时，分子间距离越大，分子力做负功，分子势能越大；分子间距离越小，分子力做正功，分子势能越小，所以分子间距离越大，分子势能不一定越大，分子间距离越小，分子势能也不一定越小，故D错误。
热力学中的功和内能
热量是热传递过程中传递的能量， 是内能改变的量度。
热量和内能之间存在一定的联系， 热量可以改变物体的内能。
内能的变化
内能是系统内部能量的总和，包括分子的动能、势能和化学能等。 内能的变化与外界对系统做功或系统对外界做功相等，即delta U = W。 内能的变化可以通过热力学第一定律来计算，即delta U = Q - W。 内能的变化与温度、体积和物质的量等因素有关，可以通过热力学第二定律来分析。
热力学中功的应用
热机效率的提高：通过优化热力学过程，提高热机的效率 制冷技术：利用热力学原理，实现制冷技术的优化 能源转换：将热能转换为机械能，提高能源利用效率 环境保护：通过减少热量损失，降低对环境的负面影响
内能的概念
内能的定义
内能是系统内部所有微观粒子运动状 态的总体表现
内能与温度、体积、物态等因素有关
热力学第二定律的应用
热机效率的提高：通过改进热机的 设计，提高热机的效率，减少能量 的损失。
能源利用的优化：通过合理利用能 源，实现能源的充分利用和节约， 减少能源的浪费。
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制冷技术的改进：利用热力学第二 定律，不断改进制冷技术，提高制 冷效果。
环境保护的推进：通过减少废热的 排放，降低环境污染，保护环境。
内能利用在可再生能源领域的发展
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内能利用与环境保护的结合
添加标题
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内能利用的经济性和可持续性
THANK YOU
汇报人：XX
热量计算：在化工、食品、制药等 行业中，热力学第一定律可以用来 计算热量交换，例如在加热、冷却 或蒸发过程中所需的热量或释放的 热量。
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高中物理 功和内能 热和内能
3.发生热传递的条件
结论：当物体之间或物体的不同部分之间存在温度差 时才能发生热传递.
1．关于热传递，下列说法正确的是( B)
A．热传递的实质是热温量度的传递
B．物体间存在温度差，才能发生热传递 C．热传递可以在任何情况下进行
物体间存在温度
差才能发生热传 递.在达到温度相 同后停止热传递
D．物体内能发生改变，一定是吸收或放出了热量
其他形 式的能
外界对系统做正功 加入水，水的上方有水蒸气.用带孔橡皮塞把 瓶口塞住，向瓶内打气，当瓶塞跳出时，观察瓶内的变化. 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？
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？
2．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）
四、内能与热量的区别
内能是一个状态量,一个物体在不同的状态下有不同的内能
热量是一个过程量，它表示由于热传递而引起的变化过程 中转移的能量，即内能的改变量. 如果没有热传递，就没有热量可言，但此时仍有内能.
可能是与外界发生了热传递，也可能 是由于外界对其做功或其对外界做功
二、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.
结论：热量是在单纯的传热过程中系统内能变化的量度.当系统从状态1 经过单纯的传热达到状态2，内能的增量△U=U2-U1就等于外界向系统 传递的热量Q，即△U=Q.
说明
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.
热力学(一)
V2
V2
在 P,V图中，功为曲线与横坐标所围的面积：
W1 1 状态2
P
左图中：W1 W2 所以，功是过程量。 E1 E2 E2 E1 V 由热一律：Q E2 E1 W 所以，热量Q也是过程量。
状态1
2 W2
V1
V2
说明：在系统的变化过程中，热和功之间的转换不可能是直接的， 总是通过物质系统来完成的。如：
叶轮搅动 热源
另一种方法是在水中置一叶轮，叶轮搅动（外界对系统作功）使水温上升，这 就是通常所说的做功生热。
两者方式虽不同，但导致相同的状态变化，都使水从状态1变到状态2。 做功和传递热量是等效的 1卡=4.186焦耳，在国际单位制中，W、Q均用焦耳作单位。
需要强调的是：外界对系统做功或向系统传递热量虽有等效的一面， 但两者是有本质区别的：
五、绝热过程
在不与外界作热量交换的条件下（但与外界可有功的交换），系统的 变化过程称为绝热过程。
0 E W 热一律在绝热过程中的表达式为：
E 0,W 0, 绝热 压缩 胀绝热膨过程中，系统对外作功是以减少自己内能为代价的；
{
E 0,W 0, 绝热 膨胀
W E CV (T2 T1 )
i R 2
CP
i2 R 2
定压摩尔热容与定体摩尔热容的比值称为比热容比：
Cp Cv
2 i i
（7）
显然： 1
比热容比也是一个与分子自由度有关的量，而与气体的温度无关。 对单原子气体分子：
7 5
5 3
双原子分子：
三原子分子或三原子以上分子：
4 3
CV , C P , 都只与自由度有关而与温度无关，实际情况 在经典热容理论中， 如何呢？
改变内能的两种方式
改变内能的两种方式 做功 热传递
对内
(外界对物 体做功)
对外
(物体对外 界做功)
(物体从外 界吸热)
吸热
放热
(物体对外 界放热)
内能增加
内能减少
内能增加
内能减少
跟内能改变△ 之间的定量关系. 四,功W,热量 跟内能改变△U之间的定量关系. ,热量Q跟内能改变 ---------热力学第一定律
9,热力学第一定律的内容?公式?正负号的确定? 热力学第一定律的内容?公式?正负号的确定? 热力学第一定律的内容 内容:一个系统, 内容:一个系统,内能增量等于外界向它传递的 热量与外界对它所做功之和
改变内能的两种方式
1.功和内能 功和内能 2.热和内能 热和内能 3,热力学第一定律 ,
一,复习引入: 复习引入: 1,什么是物体内能?影响物体内能的因素有哪些? ,什么是物体内能?影响物体内能的因素有哪些? 理想气体的内能有什么特点? 理想气体的内能有什么特点? 热运动的分子动能和分子势能之和 物体里所有分子热运动 物体里所有分子热运动的分子动能和分子势能之和 叫物体的内能 微观因素:分子个数;分子的平均动能;分子间的距离 微观因素:分子个数;分子的平均动能; 宏观因素:物质的量;温度; 宏观因素:物质的量;温度;体积 特别说明:物体的内能是有物体的状态决定的. 特别说明:物体的内能是有物体的状态决定的. 内能是状态量 2,怎样改变物体的内能?(哪两种方式?) ?(哪两种方式 ,怎样改变物体的内能?(哪两种方式?) 做功和热传递
8,做功和热传递的关系? ,做功和热传递的关系?
联系:做功和热传递改变物体的内能是等效的. 联系:做功和热传递改变物体的内能是等效的 等效的.
一定数量的功与确定数量的热相对应------热功当量 热功 卡 焦耳/卡 焦耳 区别:改变物体内能的实质不同 区别: 做功:内能与其它形式能相互转化的过程; 做功:内能与其它形式能相互转化的过程; 功是能量转化的量度" "功是能量转化的量度" 热传递:是内能在不同物体间的转移过程. 热传递:是内能在不同物体间的转移过程. 热量是内能转移的量度" "热量是内能转移的量度"
内能
分类
分为狭义内能和广义内能。
广义内能 在不涉及核反应的物理过程或化学过程中，原子核内部的能量不会改变，此 时可以将内能定义为热力学能与电子能之和。 最广义的内能就是物体或系统内部一切微观粒子的一切运动形式所具有的能 演讲展示 梁佳睿 1310339 量总和。即热力学能、电子能与原子核内部能量之和。 PPT制作 徐竞然 1310344 视频制作 刘家旻 1310340
理想气体的内能
一定量理想气体的内能仅是温度的函数：U=U(T)，该结论称为焦耳定律。 若过程中不涉及非体积功，理想气体在任意过程中，都满足dU=CvdT。 故内能函数为下列积分：U=∫Cv dT+U0，其中U0表示某一选定参考态的内能。
内能
1 2 3 4ຫໍສະໝຸດ 定义 微观解释 函数解释内能与功、热量
5
变化途径
6
分类
理想气体的内能
7
定义
内能(internal energy)是物体或若干物体构成的系统（简称系统）内部 一切微观粒子的一切运动形式所具有的能量总和。 常用符号U表示，国际单位是焦耳（J）。 根据热力学第一定律，内能是一个状态函数。同时，内能是一个广延 物理量，即是说两个部分的总内能等于它们各自的内能之和。
微观解释
从微观上说，系统内能是构成系统的所有分子无规则运动动能、分 子间相互作用势能、分子内部以及原子核内部各种形式能量的总和。
内能的绝对量（主要是其中的核内部能量部分）还不完全清楚，但 不影响解决一般问题，对于内能我们常常关心的是其变化量。
函数解释
• 抛开物质内部的结构细节，从宏观上说，内能是与系统在绝热条件下做功量相 联系的，描述系统本身能量的一种状态函数。 • 内能的宏观定义式为：ΔU=Wa，其中ΔU为内能的变化量，Wa为绝热过程外界对 系统的做功量。在宏观定义中，内能是一个相对量。 • 内能是物体、系统的一种固有属性，即一切物体或系统都具有内能，不依赖于外 界是否存在、外界是否对系统有影响。
热力学中内能的概念-概述说明以及解释
热力学中内能的概念-概述说明以及解释1.引言1.1 概述热力学是研究热现象和能量转化的一门学科，其中内能是一个重要的概念。
内能是系统中所有微观粒子的动能和势能之和，是系统的热力学性质之一。
在热力学中，内能的变化可以通过传热和对外做功来实现。
内能不仅与系统的热量和做功相关，还与系统的温度和压力等因素有关，是研究系统热平衡和能量守恒的核心概念之一。
在本文中，我们将深入探讨内能的定义、性质以及其在热力学中的重要性和应用意义。
文章结构部分的内容如下：1.2 文章结构本文将围绕热力学中内能这一重要概念展开讨论，主要分为引言、正文和结论三个部分。
在引言部分，将对内能的概念进行简要概述，说明本文的目的和结构，为读者提供一个整体的了解。
正文部分将分为三个子部分：内能的定义、内能与热力学第一定律的关系以及内能的性质。
在内能的定义部分，将介绍内能的基本概念和数学表达方式，深入探讨内能在热力学中的重要性。
接着，将探讨内能与热力学第一定律的密切关系，解释内能在能量守恒中的作用。
最后，将详细分析内能的性质，包括内能的可压缩性、可扩展性等特点，为读者呈现内能的多样面貌。
在结论部分，将对本文进行总结，强调内能在热力学中的重要性，并探讨内能在实际应用中的意义。
此外，将展望内能在未来的发展，探讨可能的研究方向和应用前景。
通过本文的结构安排，读者可以系统地了解热力学中内能这一概念的定义、性质和应用，深入探讨内能的重要性和未来发展趋势。
1.3 目的本文的主要目的在于深入探讨热力学中内能的概念，通过对内能的定义、性质以及与热力学第一定律的关系进行详细分析，帮助读者更好地理解内能在热力学中的重要性和应用意义。
同时，通过对内能的展望，探讨内能在未来在热力学领域中的发展趋势，以及可能带来的新的应用领域。
通过本文的阐述，希望读者能够对内能有更深入的认识，进一步拓展对热力学的理解，以及在实际应用中更好地运用内能的知识。
2.正文2.1 内能的定义内能是热力学中一个重要的概念，它代表了系统的总能量，包括其微观粒子的动能、势能以及内部相互作用的能量。
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四、验证验证绝热过程中
实验原理：如图， 计算电功，根据 水的内能变化量。验证电功W和水的内能变化量 是否相等。
实验步骤：
1、甲将烧杯中的温度传感器接到电脑上，将软件由“示波”切换到“读数”，记录此时温度t0。
2、乙闭合开关，同时开始计时。
3、丙同学负责读取通电时电流表和电压表的示数。
4、三分钟到，乙立即断开开关，停止计时；
10.1
主备人：重庆市潼南中学校谢娇
核心素养学习目标
1.物理观念：构建能量守恒观，知道功和内能的关系。
2.科学思维：通过从现象、猜想、设计、实验、结论，到应用的科学研究思路，构建科学思维。
3.科学探究：通过DIS数字化实验，培养数字化实验探究的能力。
4.科学态度与责任：通过重温焦耳的实验，感受科学探究的严谨与艰辛；体会钻木取火、焦耳研究和科技进步对人类社会的意义。
1，机械功转化为内能的实验
问：用了什么方法？得到怎样的结论？
2、电功转化为内能
问：用了什么方法？得到怎样的结论？
绝热过程：。
焦耳这些实验表明：在各种不同的绝热过程中，外界对系统做的功，仅由过程的初末两个状态决定。
三、内能
1、内能：依赖于自身状态的物理量，是热力学系统中的一种。
2、绝热过程中，内能的增加量△U＝U2－U1等于外界对系统所做的功W。
5、甲将烧杯中的水摇匀，待示数稳定后，读出温度t1。
数据记录：
电压u(v)
电流I(A)
时间t(s)
W=uIt
水的质量m(kg)
初温度T0( )
末温度T1( )
Q=cm(T1-T0)
结论：在在误差范围内，。
课后作业请同学们收集功和内能在我们生活中的应用的例子。
实验器材：一个矿泉水瓶，废旧篮球气芯，打气筒，铁架台，温度传感器和笔记本电实验步骤：1、把固定在铁架台上；2、把接入信号采集器；3、把通过废旧篮球气芯接入瓶内；4、点击开始记录；向瓶内；观察打气过程中的变化。5、轻轻拧开瓶盖，向外；观察放气过程中的变化。
实验结论：做功，气体温度；做功压缩空气点火
压下活塞时，筒底会有什么现象发生？
现象二、气体自由膨胀对外做功
瓶塞跳出时，瓶内会有什么现象发生？
猜想：做功和温度改变之间有什么关系？
外界对气体做功，气体温度；气体对外界做功，气体温度。
合作探究
一、设计实验：
实验目的：验证外界对气体做功，气体温度增加；气体对外界做功，气体温度减少。