1节功和内能.pptVIP

◆物理?选修3-3?(配人教版)◆ 返回 第1节　功和内能 热力学定律 打气筒在使用时为什么会变热 用打气筒给球或单车轮胎打气时，用了一会儿就会发现 筒身发热．这是因为打气的动 作既有力F，又有位移s，是一 个对筒内空气做功(W＝Fs)的过程， 如右图所示． 根据能量守恒定律，我们对空 气做功，身体就会消耗一些化学能．这些化学能就转变为筒内和筒内空气的内能，故空气和筒身的温度就升高了． 柴油内燃机就是利用这个原理，利用活塞把气缸内的空气压缩至高温，把喷进去的柴油燃烧．与上述相反，如果气体急速膨胀，就等于气体对外界做功．于是，它的内能就要减少，温度就会降低． 1．绝热过程是指在这个过程中，系统只由于外界对它________而与外界交换能量，它不从外界________，也不向外界________． 2．焦耳的实验表明，在各种不同的绝热过程中，如果使系统从状态1变为状态2，所需外界做功的________是相同的，而与做功的________无关． 3．当系统从状态1经过绝热过程达到状态2时，内能的增加量ΔU＝U2－U1就等于外界对系统______，即_____． 1．做功　吸热　放热　2.数量　方式 3．所做的功W　ΔU＝W 焦耳的实验 1．热功当量实验——焦耳实验 (1)方法：在水中放置叶片，叶片上缠绕两条绳子，每条绳子各跨过一滑轮，且分别悬挂一个重物，盛水的容器用绝热性能良好的材料包好．如下图所示，当重物下落时便带动叶片转动，容器中的水受叶片的搅动，水由于摩擦而温度上升． (2)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，即系统的状态变化相同． 注：系统只由于外界对它做功而与外界交换能量，它不从外界吸热，也不向外界放热，这样的过程叫做绝热过程(adiabatic process)．在绝热过程中，不论悬挂重物的质量、下落的高度如何不同，只要重力所做的功相同，系统状态变化就相同． 2．利用电流的热效应给水加热的实验 重物使发电机发电，电流通过电阻使液体升温 (1)方法：如上图所示，利用降落的重物使发电机发电，电流通过浸在液体中的电阻丝，引起液体温度上升． (2)结论：对同一个系统，在绝热过程中，只要所做的电功相等，系统温度上升的数值就相同，即系统的状态变化相同． 注：在各种不同的绝热过程中，要使系统的状态发生变化，做功的数量只由过程的始末两个状态决定，而与做功的方式无关．例如，使一定质量的铁棒温度升高，可以采用摩擦做功的方式，也可以使电流通过铁棒，利用电流做功来加热．但不论采取哪种方式，只要是绝热过程使铁棒升温相同，做功的多少就一定相同． 金属制成的汽缸中装有柴油与空气的混合物，有可能使汽缸中柴油达到燃点的过程是(　　) A．迅速向里推活塞 B．迅速向外拉活塞 C．缓慢向里推活塞 D．缓慢向外拉活塞 解析：气体被压缩或膨胀时做功，气体的内能就发生变化．如果将装有柴油与空气混合物的汽缸中的活塞迅速向里推，一方面柴油气体来不及与外界发生热交换，另一方面由于外界通过活塞对气体做功，使柴油气体的内能增加，温度升高，从而使柴油达到燃点，故正确选项为A. 答案：A 点评：在绝热过程中，外界对系统做功，系统内能增加，温度升高．做功越快，内能增加得也越快．做功和热传递对改变内能是等效的． 变式迁移 1．采用绝热(即不与外界交换热量)的方式使一定量的气体由初状态A变化至终状态B.对于不同的绝热方式，下面说法正确的是(　　) A．对气体所做的功不同 B．对气体所做的功相同 C．对气体不需做功，因为没有能量的传递 D．以上三种说法都不对 解析：对于一定质量的气体，不管采用任何一种绝热方式由状态A变化到状态B，都是绝热过程．在这一过程中，气体在初状态A有一确定的内能UA，在状态B有另一确定的内能UB，由绝热过程中ΔU＝UB－UA＝W知，W为恒量，所以选项B正确． 答案：B 点评：在绝热过程中，内能和其他形式的能一样也是状态量．气体的初、末状态确定了，即在初、末状态的内能也相应地确定了，故内能的变化ΔU也确定了，而功是能量转化的量度，所以ΔU＝W，即W为恒量．这就是我们判断绝热过程的方法． 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自身状态的物理量 注：在第七章中我们曾把系统中所有分子热运动的动能和分子间的相互作用势能的总和叫做系统的内能．而且已经认识到，当系统的状态改变时，例如温度或体积改变时，系统的内能会改变，也就是说，系统的内能是由它的状态所决定的．由此可见，第七章谈到的内能与这里的内能是一致的，前者为后者提供了微观解释． 2．功和内能变化的关系 当系统从某一状态经过绝热过程达到另一状态时，内能的改变量ΔU就等于外界对系统所做的功W，用式子表示为