高中物理 第十章 热力学定律 第2节 热和内能导学案 新人教版选修33

2 热和内能

方式在改变系统内能上的区别。

打气筒是日常生活中的一种工具，当我们用打气筒给自行车打气的时候，就是在克服气体压力和摩擦力做功。打气的过程中你有没有试着去摸一下打气筒的外壳，有什么感觉？这是怎么回事？

提示：打气筒的温度升高了，这是由于给自行车打气时，压缩空气做功使得系统的内能增加，所以温度升高。

一、焦耳的实验

1．实验条件

绝热过程：系统只通过对外界____或外界对它____而与外界交换能量，它不从外界____，也不向外界____。

2．代表性实验

(1)让重物下落带动叶片搅拌容器中的水，引起水温____。

(2)通过电流的______给水加热。

3．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____的。即：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________决定，而与做功的方式____。

二、功和内能

1．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________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____________相联系，是系统的一种____，我们把它称为系统的内能。

2．绝热过程中做功与系统内能变化的关系

当系统从某一状态经过____过程达到另一状态时，内能的增加量ΔU就等于外界对系统所做的功W，即：ΔU＝____。

思考1：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，在瓶塞跳出的过程中，会观察到什么现象？这个过程是外界对系统做功还是系统对外界做功？该过程系统的内能如何变化？

三、热和内能

1．热传递

(1)热传递的条件：不同物体(或一个物体的不同部分)存在____差。

(2)热传递的方向：热量从____物体传向____物体。

(3)热传递的结果：最终____相同。

(4)热传递的实质：不同物体(或一个物体的不同部分)之间____的转移。

2．热量：是用来衡量热传递过程中________多少的一个物理量，是一个____量，不能说物体具有多少热量，只能说物体__________多少热量。

3．热传递与系统内能变化的关系

系统在单纯的传热过程中内能的增量ΔU等于外界向系统传递的______，即ΔU＝____。

思考2：物体内能增加是否一定是从外界吸收了热量？

答案：一、1.做功做功吸热放热

2．(1)上升(2)热效应

3．相同状态1、2 无关

二、1.自身状态对系统做的功能量

2．绝热W

思考1

提示：当瓶塞跳出时，我们会发现瓶内和瓶口处有“白雾”产生。我们所选的研究对象是瓶内水面上方的水蒸气，在瓶塞跳出的过程中，是系统膨胀对外界做功，在这个过程中系统的内能减少，温度降低。瓶内和瓶口处的“白雾”实际上是瓶内的水蒸气遇冷液化形成的小液滴。

三、1.(1)温度(2)高温低温(3)温度(4)内能

2．内能变化过程吸收或放出了

3．热量Q Q

思考2

提示：不一定，这是因为做功和热传递都可以改变物体的内能。

一、功、内能、内能的变化之间的关系

1．内能与内能的变化

(1)物体的内能是指物体内所有分子的动能和势能之和。在微观上由分子数和分子热运动剧烈程度和相互作用力决定，宏观上体现为物体的温度和体积，因此物体的内能是一个状态量。

(2)当物体温度变化时，分子热运动剧烈程度发生改变，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

做功改变物体内能的过程是将其他形式的能(如机械能)与内能相互转化的过程。

例如在绝热过程中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。

压缩气体时，外界对气体做了功，气体的内能增加，气体内能的增加量等于外界对气体做的功；气体膨胀，是气体对外界做功，气体内能减少，气体内能的减少量等于气体膨胀对外做的功。

3．功和内能的区别

(1)功是能量转化的量度，是过程量，而内能是状态量。

(2)做功过程中，能量一定会发生转化，而内能不一定变化，只有在绝热过程中，做功才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，只有内能变化大，才可能做功多。

(1)内能是物体所具有的，对于物体中的某一个具体分子，无内能可言。

(2)做功方式的多样性决定了能量转化方式的多样性，不同形式的功对于内能的转化是等效的。

二、温度、内能和热量之间的区别与联系

1．温度与内能

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)。

2．热量和内能

热量是热传递过程中的特征物理量，和功一样，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”。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，可以通过热传递或做功两种方式来完成。

3．热量和温度

热量是系统的内能变化的量度，而温度是系统内部大量分子做无规则运动的剧烈程度的标志。虽然热传递的前提是两个系统之间存在温度差，但是传递的是能量，不是温度。

热传递不仅可以使系统温度发生变化，还可以使物质状态发生变化。在物质状态变化中，传递给系统的热量并没有使系统的温度发生变化，因此不能说“系统吸收热量多，温度变化一定大”，也不能认为“系统的温度高，它放出的热量一定多”。因为放出的热量，不但和温度的变化值有关，还和比热容有关。总之，热量和温度之间虽然有一定的联系，但它们是不同的两个物理量。

只要存在温度差，热传递就会进行，与原来物体内能的多少无关。热传递过程中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。

(1)当一个系统的内能发生改变时，必然伴随着做功或热传递现象。

(2)当系统与外界只有做功(或热传递)现象时，系统的内能一定改变。

类型一功和内能

【例1】一定质量的理想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( )。

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小

C．气体对外界做功，气体分子的平均动能增加