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《功、热和内能的改变》教案

1.了解焦耳的两个实验原理，知道绝热过程的定义。

2.知道做功和传热是改变物体内能的两种方式，知道它们的区别。

3．明确内能、功、热量的区别和联系。

eq\a\vs4\al(一、焦耳的实验)

1．填一填

(1)绝热过程

系统只通过对外界做功或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。

(2)代表实验

①重物下落带动叶片搅拌容器中的水，引起水温上升。

②让下降的重物带动发电机发电，通过电流的热效应给水加热。

(3)实验结论

要使系统状态通过绝热过程发生变化，做功的数量只由过程始末两个状态决定，而与做功的方式无关。

2．判一判

(1)绝热过程就是系统与外界不发生热量传递的过程。(√)

(2)某一系统在经历绝热过程时，只要初状态相同，末状态也相同，则做功数量一定相同。(√)

(3)在绝热过程中，不同的做功方式会直接影响系统状态变化的最终结果。(×)

3．想一想

如何求得该装置机械能的减少量？

提示：机械能的减少量由水的质量和升高的温度以及水的比热容求得。

eq\a\vs4\al(二、功与内能的改变)

1．填一填

(1)绝热过程中内能的变化量：等于外界对系统所做的功，即：ΔU＝W。

(2)在绝热过程中，外界对系统做功，系统的内能增加，系统对外做功，系统的内能减少。

(3)如果一个热学过程的状态变化发生得极快、经历的时间很短，系统与外界来不及交换热量，这样的过程可以看成绝热过程。

2．判一判

(1)转动的叶片不断搅动水，水温升高。(√)

(2)在绝热过程中，外界对气体做功，气体内能增加。(√)

(3)在绝热过程中，气体对外界做功，气体内能减少。(√)

3．想一想

用锤子反复敲打一铁块，铁块会发生怎样的变化？为什么？

提示：铁块的温度升高，同时会发生形变。因为在敲打铁块的过程中，锤头对铁块做功，使铁块的内能增加，温度升高；铁块由于受到力的作用，会发生形变。

eq\a\vs4\al(三、热与内能的改变)

1．填一填

(1)热传递

①条件：物体的温度不同。

②过程：温度不同的物体相互接触时，温度高的物体要降温，温度低的物体要升温，热从高温物体传到低温物体。

(2)热和内能的改变

①单纯地对系统传热也能改变系统的热力学状态，即热传递能改变物体的内能。

②热量：在单纯的传热过程中系统内能变化的量度。

③单纯的传热过程中内能的变化ΔU＝Q。

(3)改变内能的方式

①两种方式：做功和传热。

②两种方式的区别

做功时，内能与其他形式的能(如内能与机械能、内能与电能等)发生转化；传热只是不同物体(或一个物体的不同部分)之间内能的转移。

2．判一判

(1)在绝热过程中，外界对系统做的功小于系统内能的增加量。(×)

(2)热传递只能发生在两个物体间，同一物体不能发生热传递。(×)

(3)功和内能都是能量转化的量度。(×)

3．选一选

关于热传递，下列说法正确的是()

A．热传递的实质是温度的传递

B．物体间存在温度差，才能发生热传递

C．热传递可以在任何情况下进行

D．物体内能发生改变，一定是吸收或放出了热

解析：选B热传递的实质是物体间内能的转移，A错误；热传递发生的条件是物体间存在温度差，高温物体放出热，低温物体吸收热，若两物体温度相同，它们之间便不会发生热传递，B正确，C错误；物体吸收或放出热，内能会发生变化，但内能变化不一定是热传递引起的，还可以通过做功的方式，D错误。

做功与内能变化的关系

[学透用活]

1．功和内能的区别

(1)功是过程量，内能是状态量。

(2)在绝热过程中，做功一定能引起系统内能的变化。

(3)系统的内能大，并不意味着做功多。在绝热过程中，只有内能变化越大时，对应着做功越多。

2．功和内能的关系

(1)做功可以改变系统的内能，功是系统内能转化的量度。在国际单位制中，内能和功的单位都是焦耳。

(2)绝热过程中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，即ΔU＝U2－U1＝W。

即在绝热过程中，外界对系统做功，系统的内能增加，外界对系统做多少功，系统的内能就增加多少；系统对外界做功，系统的内能减少，系统对外界做多少功，系统的内能就减少多少。

3．做功改变系统内能的实质

做功改变系统内能的过程是将其他形式的能(如机械能)与内能相互转化的过程，做功使系统内能发生变化时，内能改变的多少用做功的数值来度量。

eq\a\vs4\al([典例1])

如图所示，一个质量为20kg的绝热汽缸竖直放置，绝热活塞的质量为5kg，横截面积为0.1m2，处于静止状态时被封闭气体的高度为50cm。现在活塞上方加一15kg的物体，待稳定后，被封闭气体的高度变为40cm。求在这一过程中气体的内能增加