單元教材分析


本章以焦耳的實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，研究了功和內(nèi)能變化、熱和內(nèi)能變化之間的關(guān)系，總結(jié)出做功和熱傳遞是改變系統(tǒng)內(nèi)能的兩種方式，兩種方式對(duì)改變物體的內(nèi)能是等效的，但是這兩種方式又存在著重要區(qū)別。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提出了熱力學(xué)第一定律和能量守恒定律。能量守恒定律使我們認(rèn)識(shí)到“第一類永動(dòng)機(jī)”不可能制成，使我們認(rèn)識(shí)到一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的客觀自然過程都是不可逆的，熱力學(xué)第二定律就是反映這種宏觀自然過程的方向性的定律。熱力學(xué)第二定律的兩種表述是等價(jià)的，同時(shí)又使我們認(rèn)識(shí)到“第二類永動(dòng)機(jī)”也不可能制成。熵的概念使我們認(rèn)識(shí)到熱力學(xué)第二定律的微觀本質(zhì)，能量在數(shù)值上雖然守恒，但其轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化卻具有方向性，因而我們要合理開發(fā)能源，要節(jié)約能源，減小能源利用過程中對(duì)環(huán)境的破壞，保護(hù)環(huán)境，樹立可持續(xù)發(fā)展的觀念，開發(fā)清潔、高效的新能源。


本章的特點(diǎn)是要求學(xué)生有較強(qiáng)的理論聯(lián)系實(shí)際的能力，在學(xué)習(xí)過程中，不斷提高理解能力、分析能力；會(huì)用熱力學(xué)第一定律分析系統(tǒng)內(nèi)能的變化，會(huì)用能量守恒觀點(diǎn)解釋有關(guān)的自然現(xiàn)象，了解熵是反映系統(tǒng)無序程度的物理量。


第1節(jié) 功和內(nèi)能


目標(biāo)導(dǎo)航


1．知道什么是絕熱過程。


2．從熱力學(xué)的角度認(rèn)識(shí)內(nèi)能的概念。


3．理解做功與內(nèi)能改變的數(shù)量關(guān)系。


4．知道內(nèi)能和功的單位是相同的。


誘思導(dǎo)學(xué)


1．絕熱過程：物質(zhì)系統(tǒng)與外界沒有熱量交換的情況下進(jìn)行的物理過程。


即系統(tǒng)不從外界吸收熱量，也不向外界放出熱量。


2．功與系統(tǒng)內(nèi)能改變的關(guān)系。


做功可以改變系統(tǒng)的內(nèi)能。


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ΔU=U2-U1=W


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W=-ΔU


3．功是系統(tǒng)內(nèi)能轉(zhuǎn)化的量度。


4．在國際單位制中，內(nèi)能和功的單位都是焦耳( J )。


典例探究


例1 下列哪個(gè)實(shí)例說明做功改變了系統(tǒng)的內(nèi)能


A.用熱水袋取暖 B.用雙手摩擦給手取暖


C.把手放在火爐旁取暖 D.用嘴對(duì)手呵氣給手取暖


解析：雙手摩擦做功，使手的內(nèi)能增加，感到暖和；A、C、D都是通過熱傳遞來改變系統(tǒng)的內(nèi)能。選項(xiàng)B正確。


答案：B


友情提示：注意分清做功和熱傳遞兩個(gè)過程的不同


例2 一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)能增加了20J。如果系統(tǒng)與周圍環(huán)境不發(fā)生熱交換，周圍環(huán)境需要對(duì)系統(tǒng)做多少功？


解析：由功與系統(tǒng)內(nèi)能改變的關(guān)系，則W=ΔU=20J


答案：20J


友情提示：注意功與內(nèi)能改變的關(guān)系。


課后問題與練習(xí)點(diǎn)擊


1．解析：在分子動(dòng)理論中，系統(tǒng)中所有分子熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)能和分子間相互作用的分子勢(shì)能的總和，叫做系統(tǒng)的內(nèi)能；在熱力學(xué)中，存在一個(gè)只與依賴于系統(tǒng)自身狀態(tài)的物理量，由于這個(gè)物理量在兩個(gè)狀態(tài)之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，而功是能量轉(zhuǎn)化的量度，我們把這個(gè)物理量稱為系統(tǒng)的內(nèi)能。


由于在絕熱過程中對(duì)系統(tǒng)做功，系統(tǒng)的溫度、體積等狀態(tài)就要發(fā)生變化，所有分子熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能和分子間相互作用的分子勢(shì)能就要發(fā)生變化，系統(tǒng)的內(nèi)能就要發(fā)生變化，因此分子動(dòng)理論是從微觀的角度來定義內(nèi)能，熱力學(xué)是從宏觀的角度來定義內(nèi)能，但兩者是一致的。


2．解析：如鉆木取火；用鐵銼來銼工件，工件和鐵銼都會(huì)變熱；用鐵錘來打擊鐵塊，鐵錘和鐵塊都會(huì)變熱等都說明做功可以改變系統(tǒng)的內(nèi)能。


3．解析：在圖10.1-2中，是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；在圖10.1-3中，是電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。


4．解析：氣體在真空中絕熱膨脹時(shí)對(duì)外界不做功。


氣體在空氣中絕熱膨脹時(shí)對(duì)外界做功。做功所需的能量來源于氣體原來儲(chǔ)存的內(nèi)能


基礎(chǔ)訓(xùn)練


1．下列實(shí)例中，屬于做功來增加物體內(nèi)能的是 （ ）


A.鐵棒放在爐子里被燒紅


B.鋸條鋸木頭時(shí)會(huì)發(fā)熱


C.古時(shí)候的猿人鉆木取火


D.冬天在陽光下取暖


2．下列現(xiàn)象屬于用做功的方法改變系統(tǒng)內(nèi)能的是 （ ）


A.放在火爐邊的物體溫度升高了


B.把一杯熱水放在冷水中冷卻


C.用鐵錘鍛打工件，工件會(huì)發(fā)熱


D.拉彎的弓把箭射出去


3．下列過程中，由于做功而使系統(tǒng)內(nèi)能增加的是 （ ）


A.把鐵絲反復(fù)彎曲，彎曲處溫度升高


B.燒開水時(shí)，蒸汽將壺蓋頂起


C.鐵塊在火爐中被加熱


D.鐵球從空中自由下落（不計(jì)空氣阻力）


4．用下列方法改變物體的內(nèi)能，屬于做功方式的是 ( )


A.搓搓手會(huì)感到手暖和些 B.汽油機(jī)氣缸內(nèi)被壓縮的氣體


C.車刀切下的熾熱的鐵屑 D.物體在陽光下被曬熱


多維鏈接


1．用打氣筒打氣時(shí)，過一會(huì)筒壁會(huì)熱起來，這是為什么？


解析：打氣時(shí)活塞壓縮空氣做功，使筒內(nèi)空氣內(nèi)能增加，溫度升高；同時(shí)克服活塞與筒壁間的摩擦做功也使筒壁內(nèi)能增加，溫度升高。


2．焦耳與熱力學(xué)


焦耳，英國物理學(xué)家。出身于曼徹斯特附近索爾福一個(gè)啤酒廠主家庭。青年時(shí)經(jīng)常用業(yè)余時(shí)間進(jìn)行有關(guān)電的、化學(xué)的相互作用和機(jī)械作用之間聯(lián)系的實(shí)驗(yàn)，并得到化學(xué)家道爾頓的鼓勵(lì)和支持。焦耳的貢獻(xiàn)主要有三個(gè)方面。①首先研究了電流的熱效應(yīng)，指出導(dǎo)體中一定時(shí)間所生成的熱量與導(dǎo)體的電阻及電流平方之積成正比。由于不久楞次也獨(dú)立地發(fā)現(xiàn)了同樣的規(guī)律，所以被稱為焦耳——楞次定律②從1840~1879年用了近40年的時(shí)間鉆研和測(cè)定了熱量與機(jī)械功的當(dāng)量關(guān)系，最后得到的熱功當(dāng)量數(shù)值是1卡=4.2焦耳。焦耳的實(shí)驗(yàn)工作以大量確鑿的證據(jù)否定了熱質(zhì)說，為能量守恒與轉(zhuǎn)化定律奠定了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，因此焦耳是能量守恒與轉(zhuǎn)化定律的發(fā)現(xiàn)者之一。③為了研究氣體的內(nèi)能，焦耳于1845年做了焦耳氣體自由膨脹實(shí)驗(yàn)。發(fā)現(xiàn)一般氣體的內(nèi)能是溫度和體積的函數(shù)，而理想氣體的內(nèi)能僅僅是溫度的函數(shù)，與體積無關(guān)。為了紀(jì)念焦耳對(duì)科學(xué)發(fā)展的貢獻(xiàn)，國際計(jì)量大會(huì)將能量、功、熱量的單位命名為焦耳。


3.課本P62“做一做”


提示：研究對(duì)象是瓶內(nèi)被封閉的氣體；在瓶塞跳出的過程中，系統(tǒng)對(duì)外界做功；這個(gè)過程中系統(tǒng)的內(nèi)能減少；從瓶塞跳出獲得動(dòng)能可以推斷出它的內(nèi)能減少。














1.解析：鋸條鋸木頭與鉆木取火時(shí)都會(huì)做功從而使物體的內(nèi)能增加，故B、C正確。


答案：B、C


2.解析：用鐵錘鍛打工件，鐵錘對(duì)工件做功，使它的內(nèi)能增加，選C


答案：C


3.解析：選項(xiàng)B是系統(tǒng)對(duì)外界做功，內(nèi)能減小，選項(xiàng)C是吸熱使內(nèi)能增加，而選項(xiàng)D內(nèi)能不變。故選A。


答案：A


4.解析：選項(xiàng)D是吸熱使內(nèi)能增加，A、B、C正確。


答案：A、B、C





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1 功和內(nèi)能

版本： 人教版 (新課標(biāo))

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