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10.1功和内能第十章热力学定律实例说明了什么现象？做功可使物体的温度升高做功可使物体的温度降低例说明了什么现象？气体膨胀，对外做功，内能转化为机械能。物态不变，分子间相对距离不变，分子势能不变，此时内能变化即分子动能减小，气体分子运动减弱，所以温度降低。发动机内气体做功，气体温度降低焦耳的实验1:绝热过程：物质系统与外界没有热量交换的情况下进行的物理过程。即系统不从外界吸收热量，也不向外界放出热量。实验结果表明:只要重力所做的功相同,容器内水温上升的数值相同.系统的状态变化是相同的.重物做功——搅拌水升温发现内能1840年起多种多样实验焦耳的实验2:实验表明:只要电流所做的电功相同,容器内水温上升的数值相同.系统的状态变化是相同的.电流做功——加热煤油升温实验现象：1、在各种绝热过程中，如果使系统从状态1变化到状态2，所需外界做功的数量是相同的。2、绝热过程中做功的数量只由过程始末两个状态决定,与做功的方式无关.发现内能3、内能（宏观认识）：热力学系统具有的由自身状态决定的能量，在绝热过程中，其变化量与功相联系内能（微观角度）：系统内所有分子动能与分子势能的总和；由系统自身状态（温度、体积、摩尔数）决定结论一：系统从状态1经过绝热过程达到状态2时，内能的增加量等于外界对系统所做的功。公式：ΔU=U2-U1=w公式条件：(绝热)结论二：系统从状态1经过绝热过程达到状态2时，内能的减少量等于系统对外界所做的功。外界对系统做功时，W0；系统对外界做功时，W0功和内能的关系做功可以改变物体的内能真空中绝热膨胀结论：理想气体向真空中自由膨胀，气体的温度不变理想气体向真空中自由膨胀，内能不变。ΔU=U2-U1=w=0功与系统内能改变的关系1.做功可以改变系统的内能①外界对系统做功，系统的内能增加②系统对外界做功，系统的内能减少。2.功是系统内能转化的量度3.实质:其他形式的能与内能的相互转化4.国际单位制中，内能和功的单位都是焦耳(J)焦耳的贡献主要有三个方面①首先研究了电流的热效应，指出导体中一定时间所生成的热量与导体的电阻及电流平方之积成正比。由于不久楞次也独立地发现了同样的规律，所以被称为焦耳——楞次定律②从1840~1879年用了近40年的时间钻研和测定了热量与机械功的当量关系，最后得到的热功当量数值是1卡=4.2焦耳。焦耳的实验工作以大量确凿的证据否定了热质说，为能量守恒与转化定律奠定了实验基础，因此焦耳是能量守恒与转化定律的发现者之一。③为了研究气体的内能，焦耳于1845年做了焦耳气体自由膨胀实验。发现一般气体的内能是温度和体积的函数，而理想气体的内能仅仅是温度的函数，与体积无关。为了纪念焦耳对科学发展的贡献，国际计量大会将能量、功、热量的单位命名为焦耳。例1.金属制成的气缸中装有柴油与空气的混合物有可能使气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．缓慢向外拉活塞练习1.一个物体以较大的初速度沿粗糙的斜面向上滑行，在物体上滑的过程中，物体内分子的平均动能将，物体的机械能将，物体的内能将。(填“增大”“不变”或“减小”)增大、减小、增大A例2.一定质量的气体封闭在绝热的气缸内。当用活塞压缩气体时．一定增大的物理量为：①气体的压强；②气体的密度；③气体的内能；④气体的分子势能。其中正确的是()A．①②B．①②③C．①④D．②③④B例3.斜面的高度是0.6m，倾角是37°。质量是1kg的物体由斜面的顶端滑到底端，已知动摩擦因数是0.25、g=10m/s2，则在这过程中系统内能的增量是()A．2JB．4JC．6JD．8JA练习3.从100ｍ高空由静止开始下落的水滴，在下落的整个过程中，假定有50%的动能转化为水滴的内能，则水滴温度升高多少？(水的比热c=4.2J/g.℃)练习2.气缸中气体的压强为4×105Pa，活塞的面积是40cm2，气体做等压膨胀，推动活塞移动了20cm，求气体做了多少功?320J例4.雨滴从400m高处由静止下落，设它受到的平均阻力为重力的0.7倍，雨滴在整个落地过程中所产生的热能有30％为其吸收，则落地时雨滴温度升高了多少度?(g＝10m/s2，水的比热容C＝4.2×103J/(kg·℃))0.2℃0.12℃10.2热和内能一.热传递1.热传递:热量从高温物体传到低温物体的过程2.传递方向3.热传递的方式：：能量从高温处转移到低温处。传导、对流、辐射二、热传递可以改变物体的内能1.热和内能ΔU=U2-U1=Q单纯热传递结论一：当系统从状态1经过单纯的传热达到状态2时，内能的增量等于外界向系统传递的热量向系统传热，Q0二、热传递可以改变物体的内能1.热和内能(单纯热传递)结论二：当系统从状态1经过单纯的传热达到状态2时，内能的减少量等于系统向外界传递的热量向外界传热，Q0ΔU=U2-U1=Q2.内能与热量的区别内能是一个状态量，一个物体在不同的状态下有不同的内能热量是一个过程量，它表示由于热传递而引起的变化过程中转移的能量，即内能的改变量。如果没有热传递，就没有热量可言，但此时仍有内能三.改变内能的两种方式做功热传递对内对外吸热放热内能增加内能增加内能减少内能减少（外界对物体做功）（物体对外界做功）（物体从外界吸热）（物体对外界放热）做功和热传递的区别和联系做功和热传递改变物体的内能是等效的．•做功改变物体内能•实质是内能与其它形式的能相互转化的过程；•热传递改变物体内能•实质是内能的转移过程．例1．下列关于内能的说法中，正确的是A．物体的温度越高，所有的分子动能都增大B．物体速度增大，则分子热运动的平均动能增大，内能也增大C．对物体做功或向物体传热，都可能改变物体的内能D．系统在绝热过程中内能由U1变化为U2，外界对系统做的功为U2－U1CD巩固练习练习1．两个物体之间发生了热传递,则一定是()A．内能大的物体向内能小的物体传递热量B．比热大的物体向比热小的物体传递热量C．含热量多的物体向含热量少的物体传递热量D．一个物体的分子平均动能大于另一物体的分子平均动能D例2．下列说法中正确的是（）A．物体甲自发传递热量给物体乙，说明甲物体的内能一定比乙物体的内能大B．温度相等的两个物体接触，它们各自的内能不变且内能也相等C．冰熔化成水，水汽化成水蒸气，若物态变化时温度不变，则内能也增加D．物体内能增加，一定是外力对物体做了功；外力对物体做功时，物体的内能不一定增加C练习2.关于热传递的下述说法中正确的是()A．热量总是从内能大的物体传给内能小的物体B．热量总是从分子平均动能大的物体传给分子平均动能小的物体C．热传递的实质是物体之间内能的转移而能的形式不发生变化D．只有通过热传递的方式，才能使物体的温度发生变化BC例3.下列物理过程中通过做功改变物体内能的有()A．冰正在吸热熔解B．点亮的灯笼，外壳变热C．柴油机的压缩、点火过程D．子弹射入木块，子弹和木块的温度都升高了CD练习3.下列过程中,由于热传递而使物体内能改变的是()A．用打气筒给自行车打气时，打气筒下部温度升高B．太阳光照在物体上，物体温度升高C．食品放入冰箱,温度降低D．用铁锤连续打击物体使物体温度升高BC例4.关于物体的内能和热量，下列说法中正确的是()A．热水的内能比冷水的内能多B．温度高的物体其热量必定多，内能必定大C．在热传递过程中，内能大的物体其内能将减小，内能小的物体其内能将增大，直到两物体的内能相等D．热量是热传递过程中，内能转移量的量度D例5.取一个横截面积是3dm2的不高的圆筒，筒内装水0.6kg，用来测量射到地面的太阳能.在太阳光垂直照射2min后，水的温度升高了1℃。(1)计算在阳光直射下，地球表面每平方厘米每分钟获得的能量。(2)已知射到大气顶层的太阳能只有45%到达地面，另外55%被大气吸收和反射而未到达地面，由此估算出太阳辐射的功率。（1）4.2J/cm2·min（2）4.5×1026J/s.练习4.地球表面2／3的面积被水面所覆盖，太阳在一年中辐射到地球表面水面部份的总能量w约为1.87×1024J。设水面对太阳辐射的平均反射率为7％，而且将吸收到的35％能量重新辐射出去，太阳辐射可将水面的水蒸发(设在常温、常压下蒸发1kg水需要2．2×106J的能量)，而后凝结成雨滴降落到地面。估算整个地球表面的年平均降雨量(以毫米表示，球面积为4πR2，R=6400km)。1.01×103mm