物理觀念∶能建立功與內(nèi)能的改變，熱與內(nèi)能的改變的意識(shí)?？茖W(xué)思維∶具有從物理學(xué)的角度觀察自然現(xiàn)象，將物理學(xué)與實(shí)際相聯(lián)系的思維方式，知道做功和傳熱是改變內(nèi)能的兩種方式?？茖W(xué)探究：探究焦耳的實(shí)驗(yàn)，知道做功和傳熱的等效性。科學(xué)態(tài)度與責(zé)任∶理解物理概念的建立的過(guò)程和規(guī)律，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究精神。
重點(diǎn)：功與內(nèi)能的改變，熱與內(nèi)能的改變。難點(diǎn)：內(nèi)能概念的建立，功與內(nèi)能的改變，熱與內(nèi)能的改變。
冷熱變化是最早引起人們關(guān)注的自然現(xiàn)象之春夏秋冬，溫暑涼寒，何時(shí)何處不與冷熱相關(guān)?本章就開(kāi)始學(xué)習(xí)與熱現(xiàn)象有關(guān)的知識(shí)。
在空氣壓縮引火儀底部放置少量的硝化棉，迅速壓下筒中的活塞，可以觀察到硝化棉燃燒的火苗。為什么筒底的硝化棉會(huì)被，點(diǎn)燃呢?你能解釋這個(gè)現(xiàn)象嗎?
用活塞壓縮空氣對(duì)空氣做功，空氣內(nèi)能增大，溫度升高，達(dá)到燃點(diǎn)棉花燃燒。
經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的探索找到了，改變系統(tǒng)的熱力學(xué)狀態(tài)的方法：
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(guò)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（James Presctt Jule，1818—1889）
重物下落時(shí)，會(huì)使攪拌器轉(zhuǎn)動(dòng)，攪拌器與水有摩擦，所以水溫上升。
實(shí)驗(yàn)一：對(duì)系統(tǒng)做機(jī)械功
通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)，焦耳發(fā)現(xiàn)在，在水不從外界吸熱，也不向外界放熱的情況下，只要重物的重力做的功mgh不變，測(cè)出的水溫升高的幅度就相同。
重物下落帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，電阻絲發(fā)熱使水溫上升。
如果換一種做功的形式，那結(jié)果還一樣嗎？
無(wú)論電流和電阻大或小，也不管通電時(shí)間長(zhǎng)短，只要電阻絲做功W=I2Rt與重力做功mgh相等，那么水的升溫幅度就相同。
這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)都是在水與外界沒(méi)有熱交換的過(guò)程中進(jìn)行的。
系統(tǒng)不從外界吸熱，也不向外界放熱的過(guò)程。
做功的形式不同，但只要所做的功的數(shù)值相同，系統(tǒng)狀態(tài)的變化是相同的。
水溫升高的幅度相同，說(shuō)明水的狀態(tài)變化相同。
在各種不同的絕熱過(guò)程中，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，不依賴于做功的具體過(guò)程和方式。
在力學(xué)中，重力做的功僅由物體的起點(diǎn)和終點(diǎn)兩個(gè)位置決定，而與物體的運(yùn)動(dòng)路徑無(wú)關(guān)。這一事實(shí)使人們認(rèn)識(shí)到，物體具有重力勢(shì)能。物體在兩個(gè)位置間的重力勢(shì)能之差等于物體在這兩個(gè)位置間移動(dòng)時(shí)重力所做的功。還有電場(chǎng)力對(duì)應(yīng)于電勢(shì)能也是同樣道理。由此我們得出：
哪些力做功僅由物體的初態(tài)和末態(tài)決定，而與做功的過(guò)程無(wú)關(guān)？
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)物理量在初末兩個(gè)狀態(tài)間的差別與外界在絕熱過(guò)程中對(duì)系統(tǒng)所做的功相聯(lián)系。
這個(gè)只依賴于系統(tǒng)自身狀態(tài)的物理量，叫內(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)的一種能量，這種能量叫做系統(tǒng)的內(nèi)能。
①宏觀定義(熱力學(xué)對(duì)內(nèi)能的定義)
物體中所有分子的熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)能和分子勢(shì)能的總和，叫做物體的內(nèi)能。
②微觀定義(分子動(dòng)理論對(duì)內(nèi)能的定義)
上面的空氣壓縮引火實(shí)驗(yàn)就是這樣的過(guò)程。在一個(gè)活塞上面放點(diǎn)兒棉花，猛壓活塞會(huì)發(fā)現(xiàn)棉花熱情的燃燒起來(lái)，這也就是因?yàn)榛钊麑?duì)氣體做正功，氣體溫度升高內(nèi)能增大，但這個(gè)系統(tǒng)近似于絕熱狀態(tài)，所以短時(shí)間內(nèi)熱量沒(méi)法和外界交換，致使棉花燃燒。
①外界對(duì)系統(tǒng)做功，W>0，系統(tǒng)內(nèi)能增加，ΔU>0。
絕熱過(guò)程中，內(nèi)能的變化等于外力對(duì)系統(tǒng)所做的功。即：?U=U2-U1=W
2.功與內(nèi)能的變化關(guān)系
取一個(gè)透明塑料瓶，向瓶?jī)?nèi)注入少量的水。將橡膠塞打孔，安裝上氣門嘴，再用橡膠塞把瓶口塞緊，并向瓶?jī)?nèi)打氣，觀察橡膠寒跳出時(shí)瓶?jī)?nèi)的變化。
②系統(tǒng)對(duì)外界做功，W0
②若物體放熱，Q

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高中物理人教版 (2019)選擇性必修 第三冊(cè)電子課本

1 功、熱和內(nèi)能的改變

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