功、熱和內(nèi)能的改變 一、焦耳的實(shí)驗(yàn)1818年12月24日生于英國(guó)曼徹斯特，起初研究電學(xué)和磁學(xué)。1840年在英國(guó)皇家學(xué)會(huì)上宣布了電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生熱量的定律，即焦耳定律。焦耳測(cè)量了熱與機(jī)械功之間的當(dāng)量關(guān)系——熱功當(dāng)量，為熱力學(xué)第一定律和能量守恒定律的建立奠定了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。焦耳（JamesPrescottJoule，1818—1889） 一、焦耳的實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)一結(jié)論：只要重力所做的功相同，容器內(nèi)水溫上升的數(shù)值都是相同的，即系統(tǒng)狀態(tài)的變化是相同的。重物下落帶動(dòng)輪葉旋轉(zhuǎn)，通過攪拌對(duì)絕熱容器內(nèi)的液體做功，使液體升溫，即狀態(tài)發(fā)生變化。系統(tǒng)只由于外界對(duì)它做功而與外界交換能量，它不從外界吸熱，也不向外界放熱，這樣的過程叫做絕熱過程。 一、焦耳的實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)二結(jié)論：對(duì)同一系統(tǒng)，在絕熱過程中只要所做的電功相同，系統(tǒng)溫度上升的數(shù)值就相同，即系統(tǒng)的狀態(tài)變化相同。電流通過電熱絲使絕熱容器內(nèi)的液體溫度升高。系統(tǒng)只由于外界對(duì)它做功而與外界交換能量，它不從外界吸熱，也不向外界放熱，這樣的過程叫做絕熱過程。 一、焦耳的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)只由于外界對(duì)它做功而與外界交換能量，它不從外界吸熱，也不向外界放熱，這樣的過程叫做絕熱過程。在各種不同的絕熱過程中，如果使系統(tǒng)從狀態(tài)1變?yōu)闋顟B(tài)2，所需外界做功的數(shù)量是相同的。也就是說，在各種不同的絕熱過程中，要使系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生變化，做功的數(shù)量只由始末兩個(gè)狀態(tài)決定，與做功方式無關(guān)。 二、功與內(nèi)能的改變1.內(nèi)能任何一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)都必定存在一個(gè)只依賴于系統(tǒng)自身狀態(tài)的物理量，這個(gè)物理量在兩個(gè)狀態(tài)間的差別與外界在絕熱過程中對(duì)系統(tǒng)所做的功相聯(lián)系。我們把這個(gè)物理量稱為系統(tǒng)的內(nèi)能。當(dāng)系統(tǒng)從狀態(tài)1經(jīng)過絕熱過程達(dá)到狀態(tài)2時(shí)，內(nèi)能的增加量就等于外界對(duì)系統(tǒng)所做的功，即2.功與內(nèi)能的改變 二、功與內(nèi)能的改變1.內(nèi)能任何一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)都必定存在一個(gè)只依賴于系統(tǒng)自身狀態(tài)的物理量，這個(gè)物理量在兩個(gè)狀態(tài)間的差別與外界在絕熱過程中對(duì)系統(tǒng)所做的功相聯(lián)系。我們把這個(gè)物理量稱為系統(tǒng)的內(nèi)能。2.功與內(nèi)能的改變做功可以改變系統(tǒng)的內(nèi)能。功是系統(tǒng)內(nèi)能轉(zhuǎn)化的量度。（2）系統(tǒng)對(duì)外界做功，系統(tǒng)的內(nèi)能減少。在絕熱過程中，系統(tǒng)對(duì)外界做多少功，內(nèi)能就減少多少，即。（1）外界對(duì)系統(tǒng)做功，系統(tǒng)的內(nèi)能增加。在絕熱過程中，內(nèi)能的增量就等于外界對(duì)系統(tǒng)做的功。即。 例題1：下圖為某種椅子與其升降部分的結(jié)構(gòu)示意圖，M、N兩筒間密閉了一定質(zhì)量的氣體，M可沿N的內(nèi)壁上下滑動(dòng)，設(shè)筒內(nèi)氣體不與外界發(fā)生熱交換，在M向下滑動(dòng)的過程中（）A．外界對(duì)氣體做功，氣體內(nèi)能增大B．外界對(duì)氣體做功，氣體內(nèi)能減小C．氣體對(duì)外界做功，氣體內(nèi)能增大D．氣體對(duì)外界做功，氣體內(nèi)能減小A 例題2：地面附近有一正在上升的空氣團(tuán)，它與外界的熱交換忽略不計(jì)。已知大氣壓強(qiáng)隨高度增加而降低，則該空氣團(tuán)在上升過程中（不計(jì)氣團(tuán)內(nèi)分子間的勢(shì)能）（）A．體積減小，溫度降低B．體積減小，溫度不變C．體積增大，溫度降低D．體積減小，溫度不變C 三、熱與內(nèi)能的改變1.熱傳遞兩個(gè)溫度不同的物體互相接觸時(shí)溫度高的物體要降溫，溫度低的物體要升溫，并將持續(xù)到系統(tǒng)間達(dá)到熱平衡即溫度相等為止，這個(gè)過程稱之為熱傳遞。熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流、熱輻射。2.熱傳遞的三種方式： 三、熱與內(nèi)能的改變熱傳導(dǎo)：熱沿著物體傳遞的熱傳遞方式，不同物質(zhì)傳到熱的能力各不相同，容易傳到熱的物體稱之為熱的良導(dǎo)體，所有金屬都是熱的良導(dǎo)體，不容易傳導(dǎo)熱的物體稱之為熱的不良導(dǎo)體，如空氣、橡膠、絨毛、棉紗、木頭、水、油等。熱對(duì)流：靠液體或氣體的流動(dòng)來傳遞熱的方式，熱對(duì)流是液體和氣體所特有的熱傳遞方式。熱輻射：熱從高溫物體向周圍以電磁波的形式沿直線射出去的方式，熱輻射不依賴媒介質(zhì)，可在真空中進(jìn)行，溫差越大，表面顏色越深，物體向外的熱輻射能力越強(qiáng)。 三、熱與內(nèi)能的改變1.熱傳遞兩個(gè)溫度不同的物體互相接觸時(shí)溫度高的物體要降溫，溫度低的物體要升溫，并將持續(xù)到系統(tǒng)間達(dá)到熱平衡即溫度相等為止，這個(gè)過程稱之為熱傳遞。熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流、熱輻射。2.熱傳遞的三種方式：3.發(fā)生熱傳遞的條件：當(dāng)物體之間或物體的不同部分之間存在溫度差時(shí)才能發(fā)生熱傳遞。 例題3：關(guān)于熱傳遞，下列說法正確的是（）A．熱傳遞的實(shí)質(zhì)是溫度的傳遞B．物體間存在溫度差，才能發(fā)生熱傳遞C．熱傳遞可以在任何情況下進(jìn)行D．物體內(nèi)能發(fā)生改變，一定是吸收或放出了熱量B 三、熱與內(nèi)能的改變4.熱與內(nèi)能的改變外界沒有對(duì)系統(tǒng)（水）做功，只對(duì)系統(tǒng)傳熱，同樣能改變系統(tǒng)的狀態(tài)。結(jié)論：熱量是在單純的傳熱過程中系統(tǒng)內(nèi)能變化的量度。當(dāng)系統(tǒng)從狀態(tài)1經(jīng)過單純的傳熱達(dá)到狀態(tài)2，內(nèi)能的增量就等于外界向系統(tǒng)傳遞的熱量，即。（1）像做功一樣，熱量的概念也只有在涉及能量的傳遞時(shí)才有意義。所以不能說物體具有多少熱量，只能說物體吸收或放出了多少熱量。（2）做功和熱傳遞都可以改變物體的內(nèi)能，且效果是相同的。 三、熱與內(nèi)能的改變5.內(nèi)能與熱量的區(qū)別內(nèi)能是一個(gè)狀態(tài)量，一個(gè)物體在不同的狀態(tài)下有不同的內(nèi)能。熱量是一個(gè)過程量，它表示由于熱傳遞而引起的變化過程中轉(zhuǎn)移的能量，即內(nèi)能的改變量。如果沒有熱傳遞，就沒有熱量可言，但此時(shí)仍有內(nèi)能。 做功和熱傳遞的區(qū)別1.做功使物體內(nèi)能發(fā)生改變的時(shí)候，內(nèi)能的改變就用功數(shù)值來量度。外界對(duì)物體做多少功，物體的內(nèi)能就增加多少；物體對(duì)外界做多少功，物體的內(nèi)能就減少多少。熱傳遞使物體的內(nèi)能發(fā)生改變的時(shí)候，內(nèi)能的改變用熱量來量度的。物體吸收多少熱量，物體的內(nèi)能就增加多少；物體放出多少熱量，物體的內(nèi)能就減少多少。2.做功和熱傳遞在本質(zhì)上是不同的：做功使物體的內(nèi)能改變，是其他形式的能量和內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)化（不同形式能量間的轉(zhuǎn)化）。熱傳遞使物體的內(nèi)能改變，是物體間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移（同種形式能量的轉(zhuǎn)移）。 改變內(nèi)能的兩種方式做功熱傳遞對(duì)內(nèi)對(duì)外（外界對(duì)物體做功）（物體對(duì)外界做功）（物體從外界吸熱）（物體對(duì)外界放熱）吸熱放熱內(nèi)能減少內(nèi)能增加內(nèi)能減少內(nèi)能增加 1．如圖所示，一定質(zhì)量的理想氣體密封在絕熱（即與外界不發(fā)生熱交換）容器中，容器內(nèi)裝有一可以活動(dòng)的絕熱活塞。今對(duì)活塞施以一豎直向下的壓力F，使活塞緩慢向下移動(dòng)一段距離后，氣體的體積減小。若忽略活塞與容器壁間的摩擦力，則被密封的氣體（）A．溫度傳感器B．壓力傳感器C．磁傳感器D．光傳感器C 2．如圖所示，絕熱容器中間用隔板隔開，左側(cè)裝有氣體，右側(cè)為真空?，F(xiàn)將隔板抽掉，使左側(cè)氣體自由膨脹直至達(dá)到平衡，則在此過程中（不計(jì)氣體的分子勢(shì)能）（）A．氣體對(duì)外界做功，溫度降低，內(nèi)能減少B．氣體對(duì)外界做功，溫度不變，內(nèi)能減少C．氣體不做功，溫度不變，內(nèi)能不變D．氣體不做功，溫度不變，內(nèi)能減少C 3．下列說法正確的是（）A．分子的動(dòng)能與分子的勢(shì)能的和叫做這個(gè)分子的內(nèi)能B．物體的分子勢(shì)能由物體的溫度和體積決定C．物體的速度增大時(shí)，物體的內(nèi)能增大D．物體的內(nèi)能減小時(shí)，物體的溫度可能增加D 4．一個(gè)鐵塊沿斜面勻速滑下，關(guān)于物體的機(jī)械能和內(nèi)能的變化，下列判斷中正確的是（）A．物體的機(jī)械能和內(nèi)能都不變B．物體的機(jī)械能減少，內(nèi)能不變C．物體的機(jī)械能增加，內(nèi)能增加D．物體的機(jī)械能減少，內(nèi)能增加D 5．如圖所示，絕熱具有一定質(zhì)量的活塞，活塞的上部封閉著氣體，下部為真空，活塞與器壁的摩擦忽略不計(jì)，置于真空中的輕彈簧的一端固定于理想氣體容器的底部。另一端固定在活塞上，彈簧被壓縮后用繩扎緊，此時(shí)彈簧的彈性勢(shì)能為EP（彈簧處于自然長(zhǎng)度時(shí)的彈性勢(shì)能為零），現(xiàn)繩突然斷開，彈簧推動(dòng)活塞向上運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過多次往復(fù)運(yùn)動(dòng)后活塞靜止，氣體達(dá)到平衡態(tài)，經(jīng)過此過程（）A．EP全部轉(zhuǎn)換為氣體的內(nèi)能B．EP一部分轉(zhuǎn)換成活塞的重力勢(shì)能，其余部分仍為彈簧的彈性勢(shì)能C．EP全部轉(zhuǎn)換成活塞的重力勢(shì)能和氣體的內(nèi)能D．EP一部分轉(zhuǎn)換成活塞的重力勢(shì)能，一部分轉(zhuǎn)換為氣體的內(nèi)能，其余部分仍為彈簧的彈性勢(shì)能D 6．一定質(zhì)量的氣體經(jīng)歷一緩慢的絕熱膨脹過程。設(shè)氣體分子間的勢(shì)能可忽略，則在此過程中（）A．外界對(duì)氣體做功，氣體分子的平均動(dòng)能增加B．外界對(duì)氣體做功，氣體分子的平均動(dòng)能減少C．氣體對(duì)外界做功，氣體分子的平均動(dòng)能增加D．氣體對(duì)外界做功，氣體分子的平均動(dòng)能減少D 7．在下述現(xiàn)象中沒有通過做功而使物體內(nèi)能改變的是（）A．電流通過電爐而使溫度升高B．在陽光照射下，水的溫度升高C．鐵錘打鐵塊，使鐵塊溫度升高D．夏天在室內(nèi)放幾塊冰，室內(nèi)會(huì)變涼快BD 8．對(duì)于熱量、功、內(nèi)能三個(gè)量，下列說法中正確的是（）A．熱量、功、內(nèi)能三個(gè)量的物理意義是等同的B．熱量和功二者可作為物體內(nèi)能大小的量度C．熱量、功和內(nèi)能的國(guó)際單位都相同D．熱量和功是由過程決定的，而內(nèi)能是由物體的狀態(tài)決定的CD