功和内能 、 热和内能
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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。
功和内能 热和内能 课件
1.热传递 (1)条件：物体的温度 不同. (2)热传递：热量总是从高温 物体向低温 物体传递. 2.热和内能 (1)热量：它是在单纯的传热过程中系统 内能 变化的量度. (2)表达式： ΔU＝Q . (3)热传递与做功在改变系统内能上的异同. ①做功和热传递都能引起系统内能 的改变. ②做功时是内能与其他形式能的 转化 ；热传递只是不同物体(或一个物体 的不同部分)之间内能的转移 .
√B.两个物体间发生热传递的条件是它们之间有温度差
C.在热传递中热量一定从内能多的物体传向内能少的物体
√D.内能相等的两个物体相互接触时，也可能发生热传递
解析 热量的概念只有在涉及能量传递时才有意义，所以不能说物体含 有多少热量，A错误； 物体间发生热传递的条件是物体间存在温度差，B正确； 在热传递中，热量一定从温度高的物体传向温度低的物体，温度高的物 体内能不一定多，故C错误，D正确.
(2)功和内能 ①内能 微观：所有分子的动能和势能之和. 宏观：只依赖于热力学系统自身状态 的物理量. ②功和内能：在绝热过程中，外界对系统做的功等于系统内能的增加量， 即 ΔU＝W . ③ΔU＝W适用条件是 绝热 过程. ④在绝热过程中：外界对系统做功，系统的内能 增加 ；系统对外界做功， 系统的内能 减少 .
归纳总结
(1)热传递与物体的内能的多少无关，只与两个物体(或一个物体的两部分) 的温度差有关，热量总是从高温物体自发地传递到低温物体. (2)热传递过程中，能量可以由内能大的物体传递到内能小的物体上，也 可以由内能小的物体传递到内能大的物体上.
三、内能和相关概念的辨析
1.能与热量：内能是状态量，可以说系统具有多少内能而不能说传递多少 内能；热量是过程量，不能说系统具有多少热量，只能说传递了多少热量. 2.热量与温度 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 的激烈程度的标志.虽然热传递的前提是两个系统之间要有温度差，但是传 递的是热量，不是温度. 3.热量与功 热量和功，都是系统内能变化的量度，都是过程量，一定量的热量与一定 量的功相当，功是能量变化的量度，但它们之间有着本质的区别.
第十章热力学定律第1、2节功和内能、热和内能
②内能、热量:热量是用来衡 量热传递过程中内能变化多 少的
③温度、热量:热量与温度的
在热传递过程中,传递内能的 变化有关,在不发生物态变化
多少。与物质的种类(比热容)、 时,物体吸收热量,内能增加,
质量和温度的变化量有关
温度升高;物体放出热量,内
能减少,温度降低
注意:温度不能“传”,热量不能“含”；吸热不一定升温(如:晶体的
注意：温度、热量、内能都是热学部分的重 要概念。弄清这几个量之间的联系与区别是处理这 类问题的关键。
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概念
区别
联系
表示物体的冷热程度,其实质 ①温度、内能:温度是影响内
温度 是:反映了物体内部大量分子无 能的因素之一,温度升高,内
规则运动的激烈程度
能增加;温度降低,内能减少
内能 热量
物体内部所有分子的动能和分 子势能的总和。一切物体都具 有内能
不相同！热传递是物体间内能的转移,即内能 从物体一部分传到另一部分,或从一个物体传递给 另一物体。做功是物体的内能与其他形式能量的 转化,如内能与机械能、内能与电能间的转化等。
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四、做功和热传递与内能变化的关系
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，即：ΔU=W 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，即：ΔU=Q
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3.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。因此物体的内能是一个状态量。 (2)当物体温度变化时,分子的平均动能变化; 物体的体积变化时,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。 4.做功与内能变化的关系 (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。
改变内能的两种方式
改变内能的两种方式
1.功和内能 1.功和内能 2.热和内能 2.热和内能
一、做功可以改变物体的内能
焦耳的实验 1.绝热过程： 绝热过程： 绝热过程 系统既不从外界吸热，也不向外界 系统既不从外界吸热， 放热的过程
2.在各种绝热过程中，如果使系统从状态1变化 在各种绝热过程中，如果使系统从状态 变化 在各种绝热过程中 到状态2，所需外界做功的数量是相同的。 到状态 ，所需外界做功的数量是相同的。
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
做功和热传递的区别和联系
做功改变物体内能的实质是内能与其它形 式的能相互转化的过程； 式的能相互转化的过程；热传递改变物体 内能的实质是热能的转移过程． 内能的实质是热能的转移过程．
做功和热传递改变物体的内能是等效的． 做功和热传递改变物体的内能是等效的．
内能 U=w
二、热传递可以改变物体的内能． 热传递可以改变物体的内能．
热传递 热量从高温物体传到低温物体的过程 热传递: 发生条件： 发生条件：物体之间或物体的不同部分之间存在 温度差。 温度差。 传递方向：能量从高温处转移到低温处。 传递方向：能量从高温处转移到低温处。 热传递的方式：传导、对流、 热传递的方式：传导、对流、辐射 热和内能 U=Q
内能与热量的区别
内能是一个状态量 状态量，一个物体在不同的状态下 内能 状态量 有不同的内能 热量是一个过程量 过程量，它表示由于热传递而引起 热量 过程量 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
改变内能的两种方式 做功 热传递
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
解：由热力学第一定律ΔU = Q + W 知： W= ΔU－Q = +1.5 ×105J -（- 2.0 ×105J） = +3.5 ×105J>0 所以此过程中外界对空气做了3.5 ×105J的功
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．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.
内能,热量和功的微观含义
内能,热量和功的微观含义
内能、热量和功是热力学中的三个基本概念，它们在微观上的含义如下：
内能（U）：指系统内部微观粒子的总能量，包括其动能和势能。
内能是一个状态量，只与系统的初始状态和最终状态有关，而与系统经历的具体路径无关。
热量（Q）：指由于温度差而在两个系统间传递的能量。
热量不是一个状态量，而是一个过程量，只有在系统发生热传递时才有意义。
热量的传递是由温度梯度驱动的，从高温处流向低温处。
功（W）：指外力对系统所作的机械功。
功也是一个过程量，只有在系统发生功传递时才有意义。
功的传递是由力的作用驱动的，通过物体的运动实现能量的转换。
需要注意的是，内能、热量和功都是能量的形式，它们之间可以相互转化。
在热力学中，内能、热量和功的变化量之间存在着热力学第一定律的关系式，即ΔU = Q - W，其中ΔU 表示系统内能的变化量，Q 表示系统吸收的热量，W 表示系统所做的功。
功和内能 热和内能
3）如果没有热传递，就没有热量可言，但此时仍有内能
改变物体内能的方式有哪些？
①做功 ②和热传递
既然做功和热传递都可以改变物体的内能， 那么，功、热量跟内能的改变之间一定有某种 联系
问题研究
1.一个物体，它既没有吸收热量也没 有放出热量，那么： ①如果外界做的功为Ｗ，则它的内能 如何变化？变化了多少？ ②如果物体对外界做的功为Ｗ，则它 的内能如何变化？变化了多少？
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 。
(
A．物体的温度改变时，其内能必定改变
)
B．物体对外做功，其内能不一定改变；向物体传递热 量，其内能也不一定改变 C．物体对外做功，其内能必定改变，物体向外传出一
定热量其内能必定改变
D．若物体与外界不发生热交换，则物体的内能必定不 改变
[解析]
一定质量的物体，其内能由温度和体积共同
决定。物体的温度改变时，其内能不一定改变，所以A错 误；做功和热传递是改变物体内能的两种方式。若物体对 外做功为W，同时吸收的热量为Q，且若W>Q，则物体的 内能减少；若W＝Q，则物体的内能不变；若W<Q，则物 体的内能增加。所以B正确，C、D错误。 [答案] B
(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。
[重点诠释] 1．温度与内能
改变物体内能的方式有哪些？
①做功 ②和热传递
既然做功和热传递都可以改变物体的内能， 那么，功、热量跟内能的改变之间一定有某种 联系
问题研究
1.一个物体，它既没有吸收热量也没 有放出热量，那么： ①如果外界做的功为Ｗ，则它的内能 如何变化？变化了多少？ ②如果物体对外界做的功为Ｗ，则它 的内能如何变化？变化了多少？
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 。
(
A．物体的温度改变时，其内能必定改变
)
B．物体对外做功，其内能不一定改变；向物体传递热 量，其内能也不一定改变 C．物体对外做功，其内能必定改变，物体向外传出一
定热量其内能必定改变
D．若物体与外界不发生热交换，则物体的内能必定不 改变
[解析]
一定质量的物体，其内能由温度和体积共同
决定。物体的温度改变时，其内能不一定改变，所以A错 误；做功和热传递是改变物体内能的两种方式。若物体对 外做功为W，同时吸收的热量为Q，且若W>Q，则物体的 内能减少；若W＝Q，则物体的内能不变；若W<Q，则物 体的内能增加。所以B正确，C、D错误。 [答案] B
(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。
[重点诠释] 1．温度与内能
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。
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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）
1.一个铁块沿斜面匀速滑下，关于物体的机械能 和内能的变化，下列判断中正确的是（ D ） A 物体的机械能和内能都不变
焦耳的实验
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． 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 样的过程叫绝热过程
实验一：对系统做机械功
焦耳实验是一个需要 在绝热过程中完成的 实验
重物下落带动轮叶旋转，通过搅拌对绝热容器内 的液体做功，使液体升温，即状态发生变化。
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。
实验二：对系统做电功
电流通过电热丝 使绝热容器内的液 体温度升高。
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。
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。
思考：在绝热过程中，若系统对外界做功呢，系 统的内能怎么变？
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。
实验录像：气体膨胀
由此可知：
1．绝热过程中，外界对物体做功，物体的内能增加
2．绝热过程中，物体对外界做功，物体的内能减少．
热传递
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。 发生条件：物体之间或物体的不同部分之间存在温度 差。 热传递有三种方式：热传导、热对流、热辐射。
10.1、10.2 功和内能 热和内能
引入：古时候与钻木取火；冬天搓手 可使双手变暖；向手吹气也可使双手 变暖，是什么原因使物体的温度发生 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。
实验录像：压缩空气引火
实验录像：钻木取火
这两个实验说明了什么？
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。
ห้องสมุดไป่ตู้
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。
热和内能
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
功，只对系统传热，同样能 改变系统的热力学状态。Q，即 就等于外界向系统传递的热量
外界没有对系统（水）做 △ U=U2-U1
△U=Q
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。
思考：在单纯传热过程中，若系统对外界放热呢，系统 的内能怎么变？
在单纯传热过程中 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。
做功和热传递的区别
1.绝热过程中，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．
D．气体对外界做功，气体分子的平均动能减少
B 物体的机械能减少，内能不变
C 物体的机械能增加，内能增加
D 物体的机械能减少，内能增加
2.一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
C．气体对外界做功，气体分子的平均动能增加