
引入: 冬天搓手可使雙手變暖;向手吹氣也可使雙手變暖,是什么原因使溫度發(fā)生了變化呢?
演示:在有機玻璃筒底放置少量的易燃物,例如蓬松的棉花,迅速壓下筒中的活塞,觀察筒底物品的變化.這個實驗說明了什么?
1818年12月24日生于英國曼徹斯特 ,起初研究電學(xué)和磁學(xué). 1840年在英國皇家學(xué)會上宣布了電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生熱量的定律,即焦耳定律.焦耳測量了熱與機械功之間的當量關(guān)系——熱功當量,為熱力學(xué)第一定律和能量守恒定律的建立奠定了實驗基礎(chǔ).
重物下落帶動輪葉旋轉(zhuǎn),通過攪拌對絕熱容器內(nèi)的液體做功,使液體升溫,即狀態(tài)發(fā)生變化.
實驗一:對系統(tǒng)做機械功
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.
電流通過電熱絲使絕熱 容器內(nèi)的液體溫度升高.
結(jié)論:對同一系統(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.
焦耳的熱功當量實驗和電流熱效應(yīng)給水加熱的實驗中做功的方式相同嗎?你能得出什么結(jié)論?
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)量只由始末兩個狀態(tài)決定,與做功方式無關(guān).
系統(tǒng)只由于外界對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.
在熱力學(xué)系統(tǒng)的絕熱過程中,外界對系統(tǒng)所做的功僅由過程的始末兩個狀態(tài)決定,不依賴于做功的具體過程和方式。
類比思考:哪些力做功僅由物體的起點和終點兩個位置決定,與物體的運動路徑無關(guān)?
電場力做功對應(yīng)電勢能(電能)
1、任何一個熱力學(xué)系統(tǒng)都必定存在一個只依賴于系統(tǒng)自身狀態(tài)的物理量,這個物理量在兩個狀態(tài)間的差別與外界在絕熱過程中對系統(tǒng)所做的功相聯(lián)系.我們把這個物理量稱為系統(tǒng)的內(nèi)能.
思考:我們曾經(jīng)學(xué)習(xí)過內(nèi)能的概念是什么呢?當時講的內(nèi)能的變化與什么有關(guān)?而這一致嗎?有何關(guān)系?
②微觀定義(分子動理論對內(nèi)能的定義):
物體中所有分子的熱運動動能和分子勢能的總和,叫做物體的內(nèi)能。
①宏觀定義(熱力學(xué)對內(nèi)能的定義):
任何一個熱力學(xué)系統(tǒng)都必定存在一個只依賴于系統(tǒng)自身狀態(tài)的一種能量,這種能量叫做系統(tǒng)的內(nèi)能。
拓展思考:在絕熱過程中,外界對系統(tǒng)做功,系統(tǒng)的內(nèi)能怎么變?數(shù)量上有什么關(guān)系?若系統(tǒng)對外界做功呢?
2、當系統(tǒng)從狀態(tài)1經(jīng)過絕熱過程達到狀態(tài)2時,內(nèi)能的增加量△U=U2-U1就等于外界對系統(tǒng)所做的功W,即△U=W.
演示:在燒瓶里加入水,水的上方有水蒸氣.用帶孔橡皮塞把瓶口塞住,向瓶內(nèi)打氣,當瓶塞跳出時,觀察瓶內(nèi)的變化.
3.為什么會呈現(xiàn)霧狀?
實驗:做功改變物體的內(nèi)能
實驗研究的對象是瓶中的氣體與打氣筒中的氣體,那么我們的系統(tǒng)也就是這二部分氣體.
空氣對活塞做功,內(nèi)能減少,溫度降低,使水蒸氣液化成小水珠.
1.外界對物體做功,物體的內(nèi)能增加
2.物體對外界做功,物體的內(nèi)能減少.
內(nèi)能只依賴于系統(tǒng)自身狀態(tài)的物理量,內(nèi)能與狀態(tài)參量溫度、體積有關(guān),即由它的狀態(tài)決定。
內(nèi)能的增加量△U=U2-U1等于外界對系統(tǒng)所做的功
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.
小結(jié):功和內(nèi)能變化的關(guān)系
(2)系統(tǒng)對外界做功,系統(tǒng)的內(nèi)能減少.在絕熱過程中,系統(tǒng)對外界做多少功,內(nèi)能就減少多少,即W=ΔU.
(1)外界對系統(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系統(tǒng)做的功.即ΔU=U2-U1=W.
1、地面附近有一正在上升的空氣團,它與外界的熱交換忽略不計.已知大氣壓強隨高度增加而降低,則該空氣團在上升過程中(不計氣團內(nèi)分子間的勢能) ( )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
壓強減小,體積增大,對外界做功,內(nèi)能減小,△U=W,動能減小,溫度降低
生活中常見的熱傳遞現(xiàn)象
在單純的熱傳遞過程中系統(tǒng)內(nèi)能變化的量度,離開熱傳遞的過程講熱量沒有意義,過程量。
1、內(nèi)能改變多少的度量方式不同。
2、改變內(nèi)能的本質(zhì)不同。
3、改變內(nèi)能的效果是等效的。
2、(多選)關(guān)于氣體的內(nèi)能,下列說法正確的是( )A.質(zhì)量和溫度都相同的氣體,內(nèi)能一定相同B.氣體溫度不變,整體運動速度越大,其內(nèi)能越大C.氣體被壓縮時,內(nèi)能可能不變D.一定量的某種理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)E.一定量的某種理想氣體在等壓膨脹過程中,內(nèi)能一定增加
解析:質(zhì)量與溫度都相同的不同理想氣體,分子的平均動能相同,但氣體的摩爾質(zhì)量不同,因此分子個數(shù)不同,氣體的內(nèi)能不同,A錯誤;氣體的溫度不變,氣體分子的平均動能不變,內(nèi)能不變,整體運動速度增大,內(nèi)能也不會改變,B錯誤;氣體被壓縮時,如果同時放熱,放出的熱量等于外界對氣體做的功,則氣體內(nèi)能不變,C正確;一定量的某理想氣體,氣體分子的分子勢能為零,內(nèi)能等于所有分子的動能之和,分子數(shù)一定,總動能只與溫度有關(guān),D正確;一定量的某種理想氣體,由理想氣體狀態(tài)方程可知,在等壓膨脹過程中,氣體壓強不變,體積增大,溫度升高,內(nèi)能增加,E正確.
1、下面例子中通過熱傳遞改變物體內(nèi)能的是( )A.感到手冷時,搓搓手就會覺得暖和些B.擦火柴時,火柴頭上的紅磷溫度升高到紅磷的燃點,火柴燃燒起來C.物體在陽光照射下溫度升高D.反復(fù)彎折一根鐵絲,彎折的部分溫度升高解析:A、B、D均是通過做功改變物體的內(nèi)能,C項是通過熱傳遞的方式來改變物體內(nèi)能,故C項正確。
2、如圖所示,瓶內(nèi)裝有少量的水,瓶口已塞緊,水上方空氣中有水蒸氣,用打氣筒向瓶內(nèi)打氣,當塞子從瓶口跳出時,瓶內(nèi)出現(xiàn)“白霧”,這一現(xiàn)象產(chǎn)生的原因可以用下面三句話解釋:甲,水蒸氣液化成小水珠;乙,瓶內(nèi)氣體推動瓶塞做功;丙,內(nèi)能減小,溫度降低。三句話正確的順序是( ) A.甲、乙、丙 B.乙、丙、甲C.丙、甲、乙 D.乙、甲、丙
解析:根據(jù)題意因果順序的順序為:空氣推動瓶塞做功——空氣內(nèi)能減小溫度降低——瓶內(nèi)水蒸氣液化成小水珠。
3.如圖所示是古人鍛造鐵器的過程,關(guān)于改變物體內(nèi)能的方式,下列說法正確的是( )A.加熱和鍛打?qū)儆跓醾鬟f,淬火屬于做功B.加熱屬于熱傳遞,鍛打和淬火屬于做功C.加熱和淬火屬于熱傳遞,鍛打?qū)儆谧龉.加熱和淬火屬于做功,鍛打?qū)儆跓醾鬟f解析:用鐵錘鍛打鐵器,鐵器會發(fā)熱,屬于做功改變物體內(nèi)能;用火對鐵器加熱,鐵器從火中吸收熱量,把鐵器放在水中淬火,鐵器向水中放熱,所以加熱和淬火屬于熱傳遞改變物體內(nèi)能,故選項C正確。
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