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第三章 熱力學定律
第1節 功、熱和內能的改變
學習目標
1.知道絕熱過程的含義。
2.能從熱力學的角度認識內能的概念。
3.理解做功與內能改變之間的關系。
4.知道熱傳遞過程中，物體吸收(放出)熱量，溫度升高(降低)，內能改變。
5.了解熱量的概念，知道熱量的單位是焦耳。
重點難點
重點
1.做功與內能改變關系的探究。
2.吸收(放出)熱量與內能改變關系的探究。
3.內能概念的建立。
難點
1.內能概念的建立。
2.絕熱過程中功與內能的關系。
自主探究
1.系統只由于外界對它做功而與外界交換 ，它不從外界吸熱，也不向外界 ，這樣的過程叫作絕熱過程。
2.焦耳的實驗：重物下落時帶動葉片旋轉，通過攪拌對絕熱容器內的液體做功，使液體升溫；電流通過浸在液體中的電阻絲，由電流的熱效應給液體加熱，使絕熱容器內的液體溫度升高。
結論：只要重力所做的功相同，容器內水溫上升的數值都是相同的，即系統狀態的變化
是 的；對同一系統，在絕熱過程中只要所做的電功 ，系統溫度上升的數值就相同，即系統的狀態變化相同。
3.對于絕熱系統，從狀態1到狀態2，做功的值是相同的，與具體做功的過程、方式 ；任何一個熱力學系統都必定存在一個只依賴于系統自身的物理量，這個物理量在兩個狀態間的差別與外界在絕熱過程中對系統所做的功相聯系。我們把這個物理量稱為系統的 。
4.當系統從狀態1經過絕熱過程達到狀態2時，內能的增加量AU=U：-U，就等于外界對系統所做的功W，即AU=W。即做功可以改變系統的內能， 是系統內能轉化的量度。外界對系統做功，系統的 ；系統對外界做功，系統的 。
5.熱量總是從 物體向 物體傳遞，熱量是在單純的傳熱過程中系統
變化的量度。
6.做功和熱傳遞都能引起系統 的改變。做功是內能與其他形式能的 ；熱傳遞只是不同物體(或一個物體的不同部分）之間內能的 。
答案
1.能量；放熱 2.相同；相同 3.無關；內能 4.做功；內能增加；內能減少
5.高溫；低溫；內能 6.內能；轉化；轉移
預習檢測
1.判斷正誤。
(1)內能多的物體含有的熱量多。 （ ）
(2)熱量一定從內能多的物體傳遞給內能少的物體。 （ ）
(3)做功和熱傳遞都可改變物體的內能，在效果上是等效的。 （ ）
(4)在絕熱過程中，外界對系統做的功小于系統內能的增加量。 （ ）
(5)熱傳遞只能發生在兩個物體間，同一物體不能發生熱傳遞。 （ ）
2.下列各種方法都能使物體的內能發生改變。 （ ）
a.電爐通電后發熱
b.一杯開水放在桌面上冷卻
c.陽光照射下冰塊熔化
d.鋸木頭時，鋸片發燙
e.人坐在火爐旁取暖
f.用打氣筒給自行車打氣后，打氣筒變熱
其中，屬于做功使物體內能改變的是 ，屬于熱傳遞使物體內能改變的是 。
答案
1.(1)× (2)× (3)√ (4)× (5)× 2.adf； bce
探究思考
【探究一】對功和內能的理解
1.做功與內能變化的關系
(1)做功改變物體內能的過程是其他形式的能(如機械能)與內能相互轉化的過程。
(2)在絕熱過程中，外界對物體做多少功，就有多少其他形式的能轉化為內能，物體的內能就增加多少。
2.功與內能的區別
(1)功是過程量，內能是狀態量。
(2）在絕熱過程中，做功一定能引起內能的變化。
(3)物體的內能大，并不意味著做功多。在絕熱過程中，只有內能變化越大時，相應做功才越多。
【探究二】對熱和內能的理解
1.在單純的傳熱過程中，系統從外界吸收多少熱量，系統的內能就增加多少；系統向外界放出多少熱量，系統的內能就減少多少。即ΔU=U2-U1=Q。
2.熱傳遞改變物體內能的過程是不同物體之間(或同一物體的不同部分之間)內能轉移的過程。
【探究三】內能和相關概念的辨析
1.內能與熱量
內能是狀態量，可以說系統具有多少內能而不能說傳遞多少內能；熱量是過程量，不能說系統具有多少熱量，只能說傳遞了多少熱量。
2.熱量與溫度
熱量是系統內能變化的量度，而溫度是系統內部大量分子做無規則運動的激烈程度的標志。雖然熱傳遞的前提是兩個系統之間要有溫度差，但是傳遞的是熱量，不是溫度。
3.熱量與功
熱量和功都是系統內能變化的量度，都是過程量。一定量的熱量與一定量的功相當，功是能量變化的量度，但它們之間有著本質的區別。
知識梳理
隨堂訓練
1.如圖所示，在紫銅管內滴入乙醚，蓋緊管塞。用手拉住繩子兩端迅速往復拉動，管塞會被沖開。管塞被沖開前( )
A.外界對管內氣體做功，氣體內能增大 B.管內氣體對外界做功，氣體內能減小
C.管內氣體內能不變，壓強變大 D.管內氣體內能增大，壓強變大
2.絕熱過程中，外界壓縮氣體做功20 J，下列說法中正確的是( )
A.氣體內能一定增加20 J B.氣體內能增加必定小于20 J
C.氣體內能增加可能小于20 J D.氣體內能可能不變
3.關于一定量的氣體，下列敘述正確的是( )
A.氣體吸收的熱量可以完全轉化為功 B.氣體體積增大時，其內能一定減少
C.氣體從外界吸收熱量，其內能一定增加 D.外界對氣體做功，氣體內能可能減少
4.下列說法正確的是( )
A.做功和熱傳遞對改變物體的內能是等效的
B.熱量只能從高溫物體傳遞給低溫物體
C.布朗運動不是分子的運動，但能反映分子的無規則運動
D.已知氣體的摩爾體積和阿伏加德羅常數，可求得氣體分子的大小
答案以及解析
1.答案：D
解析：外力克服繩與紫銅管間的摩擦做功，使管壁內能增大，溫度升高。通過熱傳遞，乙醚的內能增大，溫度升高，直至汽化，管塞被沖開。管塞被沖開前管內氣體內能增大，壓強變大，選項D正確。
2.答案：A
解析：絕熱過程中，做功的過程是能量轉化的過程，做了多少功，就有多少內能發生變化，故A正確。
3.答案：AD
解析：根據熱力學第一定律，做功和熱傳遞都可以改變內能，所以含有“一定”的B和C錯誤，而D正確；理想氣體的等溫變化是一個內能不變的過程，當體積增大對外做功時同時必須從外界吸熱等大的熱量，故A正確.
4.答案：AC
解析：A．改變物體內能有兩種方式：一是做功，二是熱傳遞，二者在改變物體的內能是等效的，故A正確；
B．熱量能夠自發地從高溫物體傳遞給低溫物體，在外界影響下，熱量也可能從低溫物體傳遞給高溫物體，如電冰箱致致冷時可以把熱量從低溫物體傳遞給高溫物體，故B錯誤；
C．布朗運動指的是固體小顆粒在周圍分子撞擊下，受力不平衡，做無規則運動，這反映了撞擊它的那些分子運動是無規則的，故C正確；
D．氣體分子間距較大，已知氣體的摩爾體積和阿伏加德羅常數，摩爾體積除以阿伏加德羅常數可求得一個氣體分子占有的空間，它比氣體分子要大得多，故D錯誤。
故選AC。
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