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第十章热力学定律10.1功和内能东海县白塔高级中学高二物理组引入：冬天搓手可使双手变暖；向手吹气也可使双手变暖，是什么原因使温度发生了变化呢？演示：在有机玻璃筒底放置少量的易燃物，例如蓬松的棉花，迅速压下筒中的活塞，观察筒底物品的变化。这个实验说明了什么？焦耳1818年12月24日生于英国曼彻斯特，起初研究电学和磁学。1840年在英国皇家学会上宣布了电流通过导体产生热量的定律，即焦耳定律。焦耳测量了热与机械功之间的当量关系——热功当量，为热力学第一定律和能量守恒定律的建立奠定了实验基础。一、焦耳的实验绝热过程：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，这样的过程叫绝热过程。焦耳实验是一个需要在绝热过程中完成的实验。焦耳二个代表性实验：焦耳热功当量实验装置—机械功实验结论：只要重力所做的功相同，容器内水温上升的数值都是相同的，即系统状态的变化是相同的。焦耳二个代表性实验：焦耳热功当量实验装置—电功实验结论：只要所做的电功相等，则系统温度上升的数值是相同的，即系统的状态变化是相同的。焦耳的实验说明什么问题？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，所需外界做功的数量是相同的。也就是说，在各种不同的绝热过程中，要使系统状态发生变化，做功的数量只由始末两个状态决定，与做功方式无关。类比思考：哪些力做功仅由物体的起点和终点两个位置决定，与物体的运动路径无关？重力电场力重力做功对应重力势能电场力做功对应电势能（电能）在热力学系统的绝热过程中，外界对系统所做的功仅由过程的始末两个状态决定，不依赖于做功的具体过程和方式。功是能量转化的量度内能U：只依赖于系统自身状态的物理量内能与状态参量温度、体积有关，即由它的状态决定。内能的增加量△U＝U2－U1等于外界对系统所做的功△U＝W二、内能实质:把其他形式的能与内能的相互转化功和内能的区别(1)功是过程量，内能是状态量．(2)在绝热过程中，做功一定能引起内能的变化．(3)物体的内能大，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．在第七章中，我们曾把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、体积改变时，系统的内能也要改变，也就是说，系统的内能由他的状态决定的。由此可见，第七章谈到的内能和这里的内能是一致的，前者为后者提供了微观解释。1.系统指的是什么？实验研究的对象是瓶中的气体与打气筒中的气体，那么我们的系统也就是这二部分气体。2.出现了什么现象？呈现雾状3.为什么会呈现雾状？当用打气筒向瓶内打气时，外界对系统做功，使得系统的内能增加，温度升高，压强增大，使瓶塞从瓶口中喷出。看到雾状物的原因在于，在塞子突然跳起时，气体绝热膨胀对外做功，内能减少，温度下降，水蒸汽（或酒精蒸气）有一部分被液化成小液滴。①做功与内能的变化做功改变物体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，做功使物体内能发生变化时，内能改变了多少用做功的数值来量度。外界对物体做多少功，物体的内能就增加多少；物体对外界做多少功，物体的内能就减少多少。需要注意的几个问题②压缩气体，外界对气体做了功，气体的内能增加，气体内能的增加量等于外界对气体做的功的多少；气体膨胀，是气体对外界做功，气体内能减小，气体内能的减少量等于气体膨胀对外做的功的多少。实质上对气体我们还能从另一个方面来判断，那就是看气体的体积，被研究的气体体积增大就一定对外做功。气体的体积减小，外界就一定对气体做功。③在绝热过程中，末态内能大于初态内能时，ΔU为正，W为正，外界对系统做功。末态内能小于初态内能时，ΔU为负，W为负，系统对外界做功。内能和其他形式的能一样，是状态量，物体的状态一定时，它的内能也一定。和讨论重力势能一样，我们能确定的只是内能的变化。因为任何状态的内能，只有在标准参考态的值确定后，才可能做出相应的确定值。由此可知，要测得物体某一状态内能的绝对值，是不可能的。1.下列说法正确的是（）A分子的动能与分子的势能的和叫做这个分子的内能B物体的分子势能由物体的温度和体积决定C物体的速度增大时，物体的内能增大D物体的内能减小时，物体的温度可能增加D练习巩固2.一个铁块沿斜面匀速滑下，关于物体的机械能和内能的变化，下列判断中正确的是（）A物体的机械能和内能都不变B物体的机械能减少，内能不变C物体的机械能增加，内能增加D物体的机械能减少，内能增加D如图所示,绝热具有一定质量的活塞,活塞的上部封闭着气体,下部为真空,活塞与器壁的摩擦忽略不计,置于真空中的轻弹簧的一端固定于理想气体容器的底部.另一端固定在活塞上,弹簧被压缩后用绳扎紧,此时弹簧的弹性势能为EP(弹簧处于自然长度时的弹性势能为零),现绳突然断开,弹簧推动活塞向上运动,经过多次往复运动后活塞静止,气体达到平衡态,经过此过程（）A．EP全部转换为气体的内能B.EP一部分转换成活塞的重力势能,其余部分仍为弹簧的弹性势能C．EP全部转换成活塞的重力势能和气体的内能D．EP一部分转换成活塞的重力势能,一部分转换为气体的内能,其余部分仍为弹簧的弹性势能理想气体D一定质量的气体经历一缓慢的绝热膨胀过程。设气体分子间的势能可忽略，则在此过程中（）A．外界对气体做功，气体分子的平均动能增加B．外界对气体做功，气体分子的平均动能减少C．气体对外界做功，气体分子的平均动能增加D．气体对外界做功，气体分子的平均动能减少D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，下面说法中正确的是()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．可以确定A状态的内能B绝热过程中，外界压缩气体做功20J，下列说法中正确的是()A．气体内能一定增加20JB．气体内能增加必定小于20JC．气体内能增加可能小于20JD．气体内能可能不变A