功和内能
热力学定律教学案例1功和内能
热力学定律教学案例1功和内能案例名称：热力学定律之功和内能教学案例一、目标：1.了解和理解功和内能的概念、特点和计算方法；2.能够应用功和内能的知识解决实际问题；3.培养学生的观察、实验和分析问题的能力。
二、教学内容：1.功的概念和计算方法；2.内能的概念和计算方法；3.功和内能在现实生活中的应用。
三、教学过程：1.导入环节首先，教师可以选择一个与学生生活相关的例子，例如：用水壶烧开水。
引导学生思考问题：“在烧开水的过程中，我们需要做一些工作吗？工作是如何做到的？我们又是怎样知道这个工作量的？”通过引导学生的思考，帮助他们逐渐认识到在烧开水的过程中，我们需要施加一定的力量（做功）才能让水温升高。
同时，也可以引导学生思考是否有其他因素会影响水的温度变化，例如水壶的质量、外界环境等。
2.理论讲解首先，教师可以对功的概念进行讲解。
通过简单的例子和图表，解释功是由外力作用在物体上并使其发生位移的过程。
引导学生理解功的计算方法：功=力× 位移× cosθ。
接着，教师可以对内能的概念进行讲解。
内能是物体分子运动和相互作用的结果，是物体分子热运动的总和。
通过示意图和实例，帮助学生理解内能的计算方法：内能=热容量×温度变化。
3.实验环节教师设计一个简单的实验，例如使用热电偶测量不同温度下水的电压变化。
学生分成小组进行实验操作，并记录实验数据。
实验过程中，教师可以引导学生观察、记录和分析实验数据，让学生深入了解功和内能的计算方法。
学生可以根据实验数据计算出不同温度下水的内能变化量，并与实际温度的变化进行对比。
4.应用环节教师可以提供一些与功和内能相关的实际问题，让学生运用所学知识解决问题。
例如：电梯从1楼到10楼的过程中，电梯所做的功是多少？物体从30°C加热到100°C的过程中，内能的变化量是多少？学生可以运用所学的功和内能的计算方法，应用到具体问题中进行计算。
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。
热力学第一定律
什么叫内能？ 与哪些因素有关？
物体的内能：物体中所有分子做热运动的动 能和分子势能的总和叫做物体的内能．也叫 做物体的热力学能．
决定物体内能的因素 （1）从宏观上看：摩尔数、温度、体积 （2）从微观上看：分子总数， 分子热运动的 平均动能、分子间的距离
绝热过程
系统与外界无吸热、放热，这样的过程叫 绝热过程
10.如图所示，活塞将一定质量的气体封闭在直立圆筒 形导热的气缸中，活塞上堆放细沙，活塞处于静止，现逐 渐取走细沙，使活塞缓慢上升，直到细沙全部取走。若活 塞与气缸之间的摩擦可忽略，则在此过程中( AC ) A．气体对外做功，气体温度可能不变 B．气体对外做功，内能一定减少 C．气体压强减小，内能可能不变 D．气体从外界吸热，内能一定增加
解：①根据ΔU = W + Q 得 W = ΔU － Q = 4.2 ×105J － 2.6×105J= 1.6×105J W为正值，外界对气体做功，做了1.6×105J 的功。
＇ ②同理可得：W =ΔU － Q＇ = 1.6 ×105J － ＇ 2.6×105J= － 1.0×105J W为负值，说明气体对外 界做功（气体体积变大），做了1.0×105J 的功。
(1)
V2 L2S T2 280 K L2 20cm p1L1S p2L2S
mg 5 p2 p0 1.05 10 Pa S
p1 p0 V1 LS T1 280K
热力学第一定律 Δ U 物体内能的增加量
W 外界对物体做的功 Q 物体吸收的热量
ΔU = W + Q
该式表示的是内能 的变化量跟功、热量 的定量关系，在物理 学中叫做热力学第一 定律.
W Q
符号
意义
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。
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
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
添加标题
添加标题
内能利用与环境保护的结合
添加标题
添加标题
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。
添加标题
功、热、内能及热力学第一定律
做功和热传递的区别与联系
（1）做功改变内能的实质： 其它形式的能和内能之间的转化
（2）热传递改变内能的实质： 各系统间内能的转移
（3）做功和热传递在改变内能的效果： 效果相同
（不同能量形式的转化） （同种能量形式的转移）
改变内能的两种方式
做功
热传递
对内
对外
吸热
放热
（外界对系统做功） （系统对外界做功） （系统从外界吸热） （系统对外界放热）
自主学习：能量守恒定律
1.各科学家对能量守恒的贡献？ 2.热力学第一定律与能量守恒定律的关系？
解：取1 g水为研究对象，大气视为外界，1 g 沸腾的水变成同温度的 水蒸气需要吸收热量，同时由于体积膨胀，系统要对外做功，所以有 ΔU＜Q吸.
气体在等压下膨胀做功： W=p(V2-V1)=1.013×105×(1 676-1.043)×10-6 J=169.7 J.
气体吸热：Q=mL=1×2 263.8 J=2 263.8 J. 根据热力学第一定律：
功是能量转化的量度
内能U ：只依赖于系统自身状态的物理量
内能与状态参量温度、体积有关，即由它的状态决定
系统由状态1经过绝热过程到状态2内能的增加量△U＝U2－U1
等于外界对系统所做的功 即 △U＝W（注意W的正负）
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。
实验结论：只要重力所做的功相同，容器内水温上 升的数值都是相同的，即系统状态的变化是相同的。
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：只要所做的电功相等，则系统温度上升 的数值是相同的，即系统的状态变化是相同的。
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。
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.
第十章 热力学定律 知识整理
第十章热力学定律10.1 功和内能1. 焦耳的实验（1）两个具有代表性的实验：①重物下落带动叶片搅拌容器中的水，引起水温上升。
②正在降落的重物使发电机发电，通过电流的热效应给水加热。
（2）实验结论：在各种不同的绝热过程中，如果使系统从状态1 变为状态2，所需外界做功的数量是相同的。
也就是说，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1、2 决定，而与做功的方式无关。
（3）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，这样的过程叫做绝热过程。
2. 内能（1）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物理量，这个物理量在两个状态间的差别与外界在绝热过程中对系统所做的功相联系。
鉴于功是能量变化的量度，所以这个物理量必定是系统的一种能量，我们把它称为系统的内能。
（2）定义式：当系统从状态1经过绝热过程达到状态2时，内能的增加量ΔU＝U2－U1就等于外界对系统所做的功W，即ΔU＝W①当外界对系统做功，系统的内能增加，在绝热过程中，内能的增量就等于外界对系统做的功。
②当系统对外界做功，系统的内能减少。
在绝热过程中，系统对外界做多少功，内能就减少多少。
（3）内能微观定义：系统中所有分子热运动的动能和分子间的相互作用势能的总和叫做系统的内能。
系统的内能是由它的状态决定的。
10.2 热和内能1. 热传递（1）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，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。
（2）热传递有三种方式：热传导、热对流和热辐射，如图所示。
（3）热传递的条件：①两个物体②存在温度差2. 热和内能（1）在外界对系统没有做功的情况下，热量是在单纯的传热过程中系统内能变化的量度。
吸收热量内能增加，放出热量内能减少。
当系统从状态1经过单纯的传热达到状态2，内能的增量ΔU＝U2－U1就等于外界向系统传递的热量Q，即ΔU＝Q（2）热量的概念也只有在涉及能量的传递时才有意义。
简单机械、功和机械能、内能、热机知识点
功和机械能第1节 功1、功的初步概念：如果一个力作用在物体上，物体在这个力的方向上移动了一段距离，就说这个力做了功。
2、功包含的两个必要因素：一是作用在物体上的力，二是物体在这个力的方向上移动的距离。
3、功的计算：功等于力与物体在力的方向上通过的距离的乘积（功＝力×力的方向上的距离）。
4、功的计算公式：W =Fs用F 表示力，单位是牛（N ），用s 表示距离，单位是米（m ），功的符号是W ，单位是牛•米，它有一个专门的名称叫焦耳，焦耳的符号是J ，1 J=1 N•m 。
5、在竖直提升物体克服重力做功或重力做功时，计算公式可以写成W =Gh ；在克服摩擦做功时，计算公式可以写成W=fs 。
6、功的原理；使用机械时，人们所做的功，都不会少于不用机械时(而直接用手)所做的功，也就是说使用任何机械都不省功。
6、当不考虑摩擦、机械自身重等因素时，人们利用机械所做的功（Fs ）等于直接用手所做的功（Gh ），这是一种理想情况，也是最简单的情况。
第2节 功率1、功率的物理意义：表示物体做功的快慢。
2、功率的定义：单位时间内所做的功。
3、计算公式：P =W t=Fv 其中W 代表功，单位是焦（J ）；t 代表时间，单位是秒（s ）；F 代表拉力，单位是牛（s ）；v 代表速度，单位是m/s ；P 代表功率，单位是瓦特，简称瓦，符号是W 。
4、功率的单位是瓦特（简称瓦，符号W ）、千瓦（kW ）1W=1J/s 、1kW=103W 。
第3节 动能和势能一、能的概念如果一个物体能够对外做功，我们就说它具有能量。
能量和功的单位都是焦耳。
具有能量的物体不一定正在做功，做功的物体一定具有能量。
二、动能1、定义：物体由于运动而具有的能叫做动能。
2、影响动能大小的因素是：物体的质量和物体运动的速度．质量相同的物体，运动的速度越大，它的动能越大；运动速度相同的物体，质量越大，它的动能越大。
3、一切运动的物体都具有动能，静止的物体动能为零，匀速运动且质量一定的物体(不论匀速上升、匀速下降，匀速前进、匀速后退，只要是匀速)动能不变。
做功改变内能的微观解释
做功改变内能的微观解释
在物理学中，功是指由于力对物体施加作用而导致物体位置的改变而进行的能量转化。
当一个力作用于一个物体上时，如果物体发生位移，那么力所做的功就是将能量从外部传递给物体的过程。
然而，当我们考虑内能时，我们进入了热力学的领域。
内能是物质的微观粒子（如原子和分子）的热运动能量的总和。
这些微观粒子的热运动是由它们之间的相互作用引起的。
内能的改变可以通过外部对物体施加功来实现。
当一个物体受到外部力的作用而发生位移时，其内能也会发生变化。
这是因为外部力对物体施加的功将能量传递给物体的微观粒子，导致它们的热运动能量增加或减少。
这种能量转化可以通过物体的温度变化来观察。
如果物体的温度升高，意味着其内能增加，说明外部对物体施加了正功。
相反，如果物体的温度下降，意味着其内能减少，说明外部对物体施加了负功。
内能的改变还可以通过其他方式实现，如传热和做功的组合。
例如，当物体从高温环境中吸收热量时，其内能会增加。
这是因为热量的传递导致物体微观粒子的热运动能量增加。
同样地，当物体对外界做功时，其内能会减少。
这是因为做功将物体的能量转化为外部的其他形式，导致物体微观粒子的热运动能量减少。
做功可以改变物体的内能，这是由于做功将能量从外部传递给物体
的微观粒子，导致它们的热运动能量发生变化。
这种能量转化可以通过物体的温度变化来观察，并可以通过其他方式（如传热）来实现。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
C.气体对外界做功，气体分子的平均动能增加
D.气体对外界做功，气体分子的平均动能减少
physic
2.如图所示，活塞将汽缸分成甲、乙两气室， 汽缸、活塞(连同拉杆)是绝热的，且不漏气。 以E甲、E乙分别表示甲、乙两气室中气体的 内能，则在将拉杆缓慢向外拉的过程中 ( D ) A．E甲不变，E乙减小 B．E甲不变，E乙增大
physic
功和内能
在通过电流的热效应给水加热的实验中，多次实 验结果表明，对同一个系统，如果过程是绝热的，
只要所做的电功相等，则系统温度上升的数值是相
同的，即系统的状态变化相同。 （3）实验结论 在各种不同的绝热过程中，系统状态的改变与做 功方式无关，仅与做功数量有关。
physic
功和内能
二、内能
physic
physic
课堂小结： 一、焦耳的实验
1.绝热过程 2.焦耳的两个实验
二、内能
内能的变化量与做功的关系：
△U＝U2－U1 =W
physic
05年全国卷Ⅲ19.
1.一定质量的气体经历一缓慢的绝热膨胀过程。 设气体分子间的势能可忽略，则在此过程中 （ D ） A.外界对气体做功，气体分子的平均动能增加 B.外界对气体做功，气体分子的平均动能减少
physic
功和内能
焦耳热功当量实验装置—机械功
physic
功和内能
在测定热功当量的实验中，重物下落带动 叶片搅拌容器中的水，引起水温上升。焦耳 的多次实验测量表明，只要重力所做的功相 同，容器内水温上升的数值就相同，即系统 的状态变化是相同的。
physic
功和内能
(2)通过电流的热效应给水加热 焦耳热功当量实验装置—电功
观看视频
结论：做功使得物体（密闭气 体）温度升高
physic
physic
功和内能
一、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。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。
C．E甲增大，E乙不变
D．E甲增大，E乙减小
physic
作业布置：
1、举几个实例说明做功可以改变系统的内能 2、完成同步训练《功和内能》作业
physic
焦耳
physic
功和内能
1．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。
2．焦耳的实验及结论
(1)热功当量实验
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
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。
功是能量转化的量度
内能U
：只依赖于系统自身状态的物理量 内能与状态参量温度、体积有关， 即由它的状态决定
内能的增加量△U＝U2－U1等于外界对系统所做的功
△ U＝ W
physic
功和内能
观看实验视频 1.出现了什么现象？ 呈现白雾 2.为什么会呈现雾状？
第十章 热力学定律
第一节 功和内能
功和内能
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
知识回顾： 1.什么叫内能？ 与哪些因素有关？
物体内所有分子做热运动的动能和分子势能的 总和叫做物体的内能。 温度、体积、物质的量
2.质量、温度相同的物体，内能必定相等对吗？ 错，比如00C的冰和水。
physic
功和内能
演示实验： 在有机玻璃筒底放置少量的易燃物,如蓬松的棉 花,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？