高中物理-功和内能 热和内能
热功内能概念辨析
功、热和内能概念辩析功、热和内能是中学物理教材中最易混淆的物理概念之一。
很多同学对它们的联系和区别难以弄清。
现辩析如下。
高中物理甲种本教材中对三个物理量的叙述是这样的：“能够改变物体内能的物理过程有两个：做功和热传递。
做功使物体的内能发生变化的时候，内能的变化就用做功来量度；热传递使物体内能发生变化的时候，内能的变化是用热量来量度的。
”“所谓热能不过是内能的一种通俗的说法”等。
由此可见，功和热与内能的关系是：功是内能转化．．的量度，热是内能转移．．的量度。
两者仅仅是一种量度而已，就象直尺用来测量布匹的长度、量筒用来测量水量的体积、质量用来量度物体惯性的大小等一样，两者本身并不是内能的一部分。
因此，象“一个物体包含了多少功”、“一个物体内能越多，热量就越多”、“热量就是内能的一种通俗的说法”等等，都是错误的说法。
也就是说，内能是物体本身具有的一种能量，而热量和功则不是物体所具有的东西，只有当内能发生变化时，才需要做功或者热传递，才用功或者热量来量度其变化大小。
功与热是改变内能的两种方式，两者在内能改变的效果上是相同的。
但它们有着本质的区别。
做功是内能与其它形式的能之间发生转化，如机械能、电能转化为内能等，即能量在形式上发生了改变。
而热传递仅仅是内能发生了转移，从一个物体(或物体的一部分)转移到另一个物体(或物体的另一个部分)，能的形式没有改变。
我们可以讲“做功产生了热量”、“消耗热量可以做功”，但不能说“功可以转化为热”或“热可以转化为功”。
因此，两者的共性是：都是内能改变的量度，区别是：本质及量度的对象(即能的形式)不同。
两者的数量关系为：1卡＝4.2焦，即热功当量为J=4.2J/cal。
另外，内能的一个通俗但不确切的说法是热能，即通常讲的热能是指物体的内能。
但热能不是热量，两者不要搞错。
下面举例辩析。
例1：对铁丝加热，铁丝的温度升高了；用锤子敲打铁丝，铁丝的温度也升高，这说明：A.功可以转化为热量B.功和热量在本质上是相同的C.对物体做功和对物体传热是一回事D.做功和热传递对改变物体内能是等效的辩析：有不少同学是这样分析的：因为锤子对铁丝做了功，铁丝的温度就升高，故功转化成了物体内能，故A正确；又不管是用做功,还是用传热的方式,铁丝的温度都一样地升高了,因此两者本质上肯定是相同的,故BCD正确。
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.
高中物理 第十章 热力学定律 第1、2节 功和内能 热和内能讲义(含解析)新人教版选修3-3-新人教
第1、2节功和内能热和内能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，也不向外界放热的过程。
2．绝热过程中系统内能的增加量等于外界对系统所做的功，即ΔU＝W。
3．热传递：热量从物体的高温部分传递到低温部分，或从高温物体传递给低温物体的过程。
4．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热量Q，即ΔU＝Q。
5．做功和热传递是改变内能的两种方式且具有等效性，但二者实质不同。
一、焦耳的实验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。
2．代表实验(1)重物下落带动叶片搅拌容器中的水，引起水温度上升。
(2)通过电流的热效应给水加热。
3．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始末两个状态决定，而与做功的方式无关。
二、功和内能1．内能的概念(1)内能是描述热力学系统自身状态的物理量。
(2)在绝热过程中做功可以改变热力学系统所处的状态。
2．绝热过程中内能的变化(1)表达式：ΔU＝W。
(2)外界对系统做功，W为正；系统对外界做功，W为负。
三、热和内能1．热传递(1)条件：物体的温度不同。
(2)过程：温度不同的物体发生热传递，温度高的物体要降温，温度低的物体要升温，热量从高温物体传到低温物体。
(3)热传递的三种方式：热传导、热对流、热辐射。
2．热和内能(1)单纯地对系统传热也能改变系统的热力学状态，即热传递能改变物体的内能。
(2)热量：在单纯的传热过程中系统内能变化的量度。
(3)单纯的传热过程中内能的变化。
①公式：ΔU＝Q。
②物体吸热，Q为正；物体放热，Q为负。
1．自主思考——判一判(1)温度高的物体含有的热量多。
(×)(2)内能大的物体含有的热量多。
(×)(3)热量一定从内能多的物体传递给内能少的物体。
(×)(4)做功和热传递都可改变物体的内能，从效果上是等效的。
(√)(5)在绝热过程中，外界对系统做的功小于系统内能的增加量。
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。
选修3-3 功和内能-热和内能 优秀课件
⑶ 实验现象
水由于摩擦
而温度上升
尽管各次悬挂重物的重量不同， 下落高度也不一样，但只要做
⑷ 实验结论
功相同，容器内水温上升的数 值都是相同的，即系统的状态
变化是相同的
3 绝热过程
系统内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。
结论： 使系统状态的绝热过程发生变化，做 功的数量只由过程始末状态决定，与 做功方法与做功过程无关。
焦耳的实验(Joule experiment)
焦耳实验揭示了热量与功之间确
定的当量关系（１卡＝4.186焦耳），
表明机械运动或电磁运动与热运动之
间是可以相互转化的．它启迪人们继
续发现了各种物质运动之间的相互转
做功和热传递的区别
1、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．
A( ．温)度升高，压强增大，内能减少 B．温度降低，压强增大，内能减少 C．温度升高，压强增大，内能增加 D．温度降低，压强减小，内能增加
图10－1－2
【思路点拨】 明确研究对象是密闭的气体，由功和内能的 关系得出温度的变化，再利用理想气体状态方程求解．
•【自主解答】 由F对密闭的气体做功，容器及活塞绝热， 则Q＝0，由功和内能的关系知理想气体内能增大，T升高， 再根据pV/T＝C，V减小，p增大，故选C.
描述系统两状态间差别与外界在 绝热过程中对系统做功的物理量
精品课件 高中物理必修 功、热和内能的改变
新知讲解
二、功与内能的改变
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。
新知讲解
二、功与内能的改变
1.内能
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。我们把这个物理量称为系统的内能。
新知讲解
三、热与内能的改变
4.热与内能的改变
（1）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。
（2）做功和热传递都可以改变物体的内能，且效果是相同的。
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
7．在下述现象中没有通过做功而使物体内能改变的是（ BD ）
A．电流通过电炉而使温度升高
B．在阳光照射下，水的温度升高
C．铁锤打铁块，使铁块温度升高
D．夏天在室内放几块冰，室内会变凉快
课堂练习
8．对于热量、功、内能三个量，下列说法中正确的是（ CD ）
A．热量、功、内能三个量的物理意义是等同的
B．热量和功二者可作为物体内能大小的量度
被密封的气体（ C ）
A．温度传感器
B．压力传感器
C．磁传感器
D．光传感器
课堂练习
2．如图所示，绝热容器中间用隔板隔开，左侧装有气体，右侧为真空。现将隔板
抽掉，使左侧气体自由膨胀直至达到平衡，则在此过程中（不计气体的分子势能）
（ C ）
A．气体对外界做功，温度降低，内能减少
B．气体对外界做功，温度不变，内能减少
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.
高中物理选修3-3-功和内能+热和内能
功和内能热和内能知识元改变内能的两种方式知识讲解一、功和内能1.功与系统内能改变的关系：做功可以改变系统的内能。
（1）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，即：ΔU=U2-U1=W（2）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，即W=-ΔE2.在绝热过程中，功是系统内能转化的量度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（3）内能变化时不一定有力做功，也可能是传热改变了物体的内能。
物体的内能大，并不意味着做功多二、热和内能1.传热与内能改变的关系（1）不仅对系统做功可以改变系统的热力学业状态，单纯的对系统传热也能改变系统的热力淡定状态，所以热量是在单纯的传热过程中系统内能变化的量度（2）在单纯传热中，系统从外界吸收多少热量，内能就增加多少；系统向外界放出多少热量，系统的内能就减少多少。
即：ΔU=U2-U1=Q2.传热改变物体内能的过程是物体间内能转移的过程3.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具有不同的内能，而热量是一个过程量，它表示由于传热而引起的内能变化过程中转移的能量，即内能的改变量。
如果没有传热，就无所谓热量，但此时物体仍有一定的内能例题精讲改变内能的两种方式例1.用力搓手感觉手会发热、冬天在阳光下觉得暖和等物理现象表明：____和_____在改变物体内能上可以起到相同的效果。
例2.关于热传递，下列说法中正确的是（）A．热传递的实质是温度的传递B．物体间存在着温度差，才能发生热传递C．热传递可以在任何情况下进行D．物体内能发生改变，一定是吸收或放出了热量例3.如图所示，在较厚的有机玻璃筒底部，放置少量易燃物，如蓬松的硝化棉。
迅速压下筒中的活塞，可看到硝化棉被点燃而发出火光。
对该实验现象的下列说法中正确的是（）A．这个实验说明功可以变成能B．这个实验说明做功可以改变筒内空气的内能C．用厚有机玻璃做筒和迅速压缩都是为了保证该过程为绝热过程D．活塞向下迅速压缩过程，筒内空气的分子平均动能和分子势能都增大了例4.小实验：将钢丝掰直后，快速来回弯曲，用手接触弯曲部分会感觉____，这是由于________________________________________。
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五、做功和热传递的区别
1、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．
实验二：对系统做电功
结论：对同一系统,在绝热过程中只要所做的电 功相同,系统温度上升的数值就相同,即系统的状 态变化相同。
焦耳的实验说明什么问题？
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,在各种不同的绝热过程中,要使系统状态 发生变化,做功的数量只由始末两个状态决定,与 做功方式无关。
实验录像：气体膨胀
由此可知：
1．外界对物体做功,物体的内能增加
2．物体对外界做功,物体的内能减少．
用物理学术语解释下列生活现象
摩擦生热
钻木取火
三、热传递
演示实验：
动画：热传递
1、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、发生条件：物体之间或物体的不同部分之间存在温 度差。
3、热传递有三种方式：热传导、热对流、热辐射。
四、热和内能
1、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。
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。
（1）猜测可能会发生的现象； （2）解释发生上述现象的原因。
实验录像：乙醚顶塞
问题讨论：
“做功”和“热传递”都是能量交换的方式,并在改变 系统状态上等效,二者在本质上有什么区别？
2、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。 拓展思考：在单纯传热过程中,系统从外界吸热,系统的内能怎么 变？数量上有什么关系？若系统对外界放热呢？
1、物体从外界吸热,物体内能增加。 2、物体对外界放热,物体内能减少。
2．做功和热传递在改变物体的内能上是等效的．
3．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）
实验：
如图所示,在薄壁金属圆筒内注入少量乙 醚,塞上塞子,用一根绳子在金属圆筒外壁 缠绕1－2圈。然后按图中箭头所指的方 向来回拉动绳子。
2、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△U=U2-U1就等于外界对系统所做的 功W,即△U=W。
拓展思考：在绝热过程中,外界对系统做功,系统 的内能怎么变？数量上有什么关系？若系统对外 界做功呢？
实验录像：钻木取火
演示：在烧瓶里加入水,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。
回顾哪些力做功仅由物体的起点和 终点两个位置决定与物体的运动路径 无关？
二、内能
1、任何一态的物理量,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。我们把这个 物理量称为系统的内能。
思考：在第七章中我们曾经学习过内能的概念是什么呢？ 当时讲的内能的变化与什么有关？而这一致吗？有何关 系？
焦耳实验揭示了热量与功之间确 定的当量关系（１卡＝4.186焦耳）, 表明机械运动或电磁运动与热运动之 间是可以相互转化的．它启迪人们继 续发现了各种物质运动之间的相互转 化关系,为能量转化和守恒定律的建 立奠定了基础．
焦耳在做热功当量实验
实验一：对系统做机械功
结论：只要重力所做的功相同,容器内水温上升 的数值就相同,即系统状态的变化是相同的。
功和内能 热和内能
引入：冬天搓手可使双手变暖；向手 吹气也可使双手变暖,是什么原因使温 度发生了变化呢？
演示:在有机玻璃筒底放置少量的易燃物,例 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？
实验录像：压缩空气引火
一、焦耳的实验(Joule experiment)