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1、功和内能 热和内能第1页，共24页，编辑于2022年，星期五引入：引入：冬天搓手可使双手变暖；向手冬天搓手可使双手变暖；向手吹气也可使双手变暖，是什么原因使吹气也可使双手变暖，是什么原因使温度发生了变化呢？温度发生了变化呢？第2页，共24页，编辑于2022年，星期五实验录像：压缩空气引火实验录像：压缩空气引火演示演示:在有机玻璃筒底放置少量的易燃物在有机玻璃筒底放置少量的易燃物,例如蓬松的棉花例如蓬松的棉花,迅速压迅速压下筒中的活塞下筒中的活塞,观察筒底物品的变化。这个实验说明了什么？观察筒底物品的变化。这个实验说明了什么？第3页，共24页，编辑于2022年，星期五实验一：对系统做机械功实验一
2、：对系统做机械功 重物下落带动轮叶旋转，重物下落带动轮叶旋转，通过搅拌对绝热容器内的液通过搅拌对绝热容器内的液体做功，使液体升温，即状体做功，使液体升温，即状态发生变化。态发生变化。结论：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。系统状态的变化是相同的。第4页，共24页，编辑于2022年，星期五实验二：对系统做电功实验二：对系统做电功 电流通过电热丝使绝电流通过电热丝使绝热容器内的液体温度升热容器内的液体温度升高。高。结论：结论：对同一系统，在绝热过程中只要所做的电功相同，系统温度上升的数对同一系统，在
3、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。值就相同，即系统的状态变化相同。第5页，共24页，编辑于2022年，星期五焦耳的实验说明什么问题？焦耳的实验说明什么问题？在各种不同的绝热过程中，如果使系统从状态在各种不同的绝热过程中，如果使系统从状态1变为状态变为状态2，所需外界做功的数量是相同的。，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。做功方式无关。第6页，共24页，编辑于2022
4、年，星期五一、焦耳的实验一、焦耳的实验(Joule experiment)Joule experiment)焦耳实验揭示了热量与功之间确焦耳实验揭示了热量与功之间确定的当量关系（卡定的当量关系（卡4.186焦耳），焦耳），表明机械运动或电磁运动与热运动之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化关系，为能量转化和守恒定律的建立奠定了基础立奠定了基础 焦耳在做热功当量实验焦耳在做热功当量实验第7页，共24页，编辑于2022年，星期五 回顾哪些力做功仅
5、由物体的起点和终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点两个位置决定与物体的运动路径无关？第8页，共24页，编辑于2022年，星期五 二、内能二、内能 1、任何一个热力学系统都必定存在一个只依赖于系统、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。量称为系统的内能。思考：思考：在第七章中我们曾经学习过内能的概念是什么呢？在第七章中我们曾经学习过内能的概念
6、是什么呢？当时讲的内能的变化与什么有关？而这一致吗？有何关系当时讲的内能的变化与什么有关？而这一致吗？有何关系？第9页，共24页，编辑于2022年，星期五拓展思考：拓展思考：在绝热过程中，外界对系统做功，系统的在绝热过程中，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内能怎么变？数量上有什么关系？若系统对外界做功呢？2、当系统从状态、当系统从状态1经过绝热过程达到状态经过绝热过程达到状态2时，内时，内能的增加量能的增加量U=U2-U1就等于外界对系统所做的功就等于外界对系统所做的功W，即，即U=W。第10页，共24页，编辑于2022年，星期五实验录像：钻木取火实验录像
7、：钻木取火第11页，共24页，编辑于2022年，星期五实验录像：气体膨胀实验录像：气体膨胀演示：演示：在烧瓶里加入水，水的上方有水蒸气。用带孔橡皮在烧瓶里加入水，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，观察瓶内的塞把瓶口塞住，向瓶内打气，当瓶塞跳出时，观察瓶内的变化。变化。第12页，共24页，编辑于2022年，星期五由此可知：1外界对物体做功，物体的内能增加 2 2物体对外界做功，物体的内能减少物体对外界做功，物体的内能减少 第13页，共24页，编辑于2022年，星期五三、热传递三、热传递演示实验：演示实验：第14页，共24页，编辑于2022年，星期五动画：热传递动
8、画：热传递第15页，共24页，编辑于2022年，星期五3、热传递有三种方式：热传导、热对流、热辐射。、热传递有三种方式：热传导、热对流、热辐射。2、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物体之间或物体的不同部分之间存在温度差。差。1、两个温度不同的物体相互接触时温度高的物体要降温，、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。温物体。这样的过程叫做热传递。第16页，共24页，编辑于2022年，星期五四、热和内能四、热和内能 1、热量是在单纯的传热
9、过程中系统内能变化的量度。当系统从状态、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经经过单纯的传热达到状态过单纯的传热达到状态2，内能的增量，内能的增量U=U2-U1就等于外界向系统传递的就等于外界向系统传递的热量热量Q，即，即U=Q。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。、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。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。外界没有对系统（水）做功，只对系统传热，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。同样能改
10、变系统的状态。拓展思考拓展思考：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？变？数量上有什么关系？若系统对外界放热呢？第17页，共24页，编辑于2022年，星期五1 1、物体从外界吸热，物体内能增加。、物体从外界吸热，物体内能增加。2 2、物体对外界放热，物体内能减少。、物体对外界放热，物体内能减少。第18页，共24页，编辑于2022年，星期五五、做功和热传递的区别五、做功和热传递的区别 1、做做功功使使物物体体内内能能发发生生改改变变的的时时候候，内内能能的的改改变变就就用用功功数数值值来来量量度度
11、外外界界对对物物体体做做多多少少功功，物物体体的的内内能能就就增增加加多多少少；物物体体对对外外界界做做多多少少功功，物物体体的的内内能能就就减减少少多少多少 热热传传递递使使物物体体的的内内能能发发生生改改变变的的时时候候，内内能能的的改改变变用用热热量量来来量量度度的的物物体体吸吸收收多多少少热热量量，物物体体的的内内能能就就增增加加多多少少；物物体体放放出出多多少少热热量量，物物体体的的内内能能就就减减少少多少多少 第19页，共24页，编辑于2022年，星期五2做功和热传递在改变物体的内能上是等效的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：做功和热传递在本质
12、上是不同的：做做功功使使物物体体的的内内能能改改变变，是是其其他他形形式式的的能能量量和和内内能能之之间间的的转转化化（不同形式能量间的转化）（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）式能量的转移）第20页，共24页，编辑于2022年，星期五实验：实验：如图所示，在薄壁金属圆筒内注入少量乙如图所示，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醚，塞上塞子，用一根绳子在金属圆筒外壁缠绕壁缠绕12圈。然后按图中箭头所指的方圈。然后按图中箭头所指的方向来回拉动绳子。向来回拉动绳子。（1）
13、猜测可能会发生的现象；）猜测可能会发生的现象；（2）解释发生上述现象的原因。）解释发生上述现象的原因。第21页，共24页，编辑于2022年，星期五实验录像：乙醚顶塞实验录像：乙醚顶塞第22页，共24页，编辑于2022年，星期五问题讨论：问题讨论：“做功做功”和和“热传递热传递”都是能量交换的方式，并在改变系统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？状态上等效，二者在本质上有什么区别？对于系统做机械功（摩擦功或体积功）是与物体的宏观位移相联系的（如轮叶在液体中对于系统做机械功（摩擦功或体积功）是与物体的宏观位移相联系的（如轮叶在液体中旋转，活塞移动等）。从微观上看，物
14、体发生宏观位移时，其中所有分子将在无规则热运旋转，活塞移动等）。从微观上看，物体发生宏观位移时，其中所有分子将在无规则热运动基础上附加一个共同的有规则运动。在做功过程中，通过分子间的碰撞将有规则运动能动基础上附加一个共同的有规则运动。在做功过程中，通过分子间的碰撞将有规则运动能量（宏观上表现为机械能）转变为分子无规则运动能量。分子无规则热运动能量的总和在量（宏观上表现为机械能）转变为分子无规则运动能量。分子无规则热运动能量的总和在宏观上表现为系统的内能。因此，做机械功的过程是通过分子间的碰撞发生的宏观机械能宏观上表现为系统的内能。因此，做机械功的过程是通过分子间的碰撞发生的宏观机械能和内能的转
15、换和传递过程。和内能的转换和传递过程。向系统传递热量是以系统和外界的温度不同为条件的。温度不同（分子热运动平均动能不同向系统传递热量是以系统和外界的温度不同为条件的。温度不同（分子热运动平均动能不同）的物体相互接触的，通过分子的碰撞，相互掺和，平均动能大的分子将把能量传给平均能量）的物体相互接触的，通过分子的碰撞，相互掺和，平均动能大的分子将把能量传给平均能量小的分子，结果在宏观上就引起低温物体系统内能发生变化。因此，传热过程实质上是通过分小的分子，结果在宏观上就引起低温物体系统内能发生变化。因此，传热过程实质上是通过分子之间相互作用，即在不发生宏观位移的情况下，通过分子力做子之间相互作用，即在不发生宏观位移的情况下，通过分子力做“微观功微观功”来传递分子的无规来传递分子的无规则运动能量，改变系统内能的过程。则运动能量，改变系统内能的过程。第23页，共24页，编辑于2022年，星期五第24页，共24页，编辑于2022年，星期五