1．功、學(xué)習(xí)目標：1．[物理觀念]知道焦耳的兩個實驗，功與內(nèi)能改變及熱與內(nèi)能改變的數(shù)量關(guān)系。2.[科學(xué)思維]掌握焦耳的兩個實驗的實質(zhì)，理解功、熱和內(nèi)能改變的關(guān)系，會解釋相關(guān)的現(xiàn)象，分析相關(guān)的問題。3.[科學(xué)探究]通過兩個實驗的探究過程，借助“做一做”環(huán)節(jié)體驗功與內(nèi)能變化的關(guān)系，學(xué)會觀察、操作并有效合作交流，提升實驗技能。4.[科學(xué)態(tài)度與責(zé)任]理解功、熱與內(nèi)能改變的實質(zhì)，實事求是，培養(yǎng)積極探究科學(xué)的興趣，激發(fā)學(xué)習(xí)熱情。閱讀本節(jié)教材，回答第46頁“問題”并梳理必要的知識點。教材P46“問題”提示：迅速壓下活塞，引儀筒內(nèi)氣體被壓縮，體積變小，外界對氣體做了功，內(nèi)能增加，溫度升高。當(dāng)溫度達到硝化棉的燃點時，硝化棉被點燃。一、(1)絕熱過程：系統(tǒng)只由于外界對它做功而與外界交換能量，它不從外界吸熱，也不向外界放熱。②通過電流的熱效應(yīng)給水加熱。(3)實驗結(jié)論：要使系統(tǒng)狀態(tài)通過絕熱過程發(fā)生變化，做功的數(shù)量只由過程始末兩個狀態(tài)決定，而與做功的方式無關(guān)。(1)內(nèi)能：每個熱力學(xué)系統(tǒng)必然包含一個僅取決于系統(tǒng)自身狀態(tài)的物理量，該量在系統(tǒng)兩個狀態(tài)間的差異與絕熱過程中外界對系統(tǒng)所做的功相關(guān)聯(lián)。鑒于功是能量變化的量度，所以這個物理量必定是系統(tǒng)的一種能量，我們把它稱為系統(tǒng)的內(nèi)能。(2)功和內(nèi)能：在絕熱過程中，外界對系統(tǒng)做的功等于系統(tǒng)內(nèi)能的變化量，即ΔU＝W。說明：在熱力學(xué)系統(tǒng)的絕熱過程中，外界對系統(tǒng)所做的功僅由過程的始末兩個狀態(tài)決定，不依賴于做功的具體過程和方式。二、(1)條件：物體的溫度不同。(2)定義：兩個溫度不同的物體相互接觸時，溫度高的物體要降溫，溫度低的物體要升溫，熱量從高溫物體傳到了低溫物體。(1)熱量：它是在單純的傳熱過程中系統(tǒng)內(nèi)能變化的量度。(2)表達式：ΔU＝Q。(3)熱傳遞與做功在改變系統(tǒng)內(nèi)能上的異同：①做功和熱傳遞都能引起系統(tǒng)內(nèi)能的改變。②做功時是內(nèi)能與其他形式能的轉(zhuǎn)化；熱傳遞只是不同物體(或一個物體的不同部分)之間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移。注意：我們不能說物體具有多少熱量，只能說某一過程中物體吸收或放出了多少熱量。(1)系統(tǒng)只從外界吸熱，而不向外界放熱的過程就是絕熱過程。(2)在絕熱過程中，外界對系統(tǒng)做多少功，內(nèi)能就能增加多少。(3)功和內(nèi)能都是能量轉(zhuǎn)化的量度。(4)做功和熱傳遞都可改變物體的內(nèi)能，從效果上是等效的。2．(多選)如圖所示，為焦耳實驗裝置圖，用絕熱性能良好的材料將容器包好，重物下落帶動葉片攪拌容器里的水，引起水溫升高。AC[通過在相同條件下比較做功過程與吸熱過程，可以測定熱功當(dāng)量，A正確；做功提升了水的內(nèi)能，而熱量僅是熱傳遞過程中內(nèi)能變化的衡量指標，B錯誤，C正確；盡管做功和傳熱產(chǎn)生的效果相似，但功與熱量屬于不同的物理概念，D錯誤。]D[物體的內(nèi)能由溫度、體積及物體的質(zhì)量決定，不是只由溫度決定，故A、B錯誤；在熱傳遞過程中，熱量總是從高溫物體流向低溫物體，與物體的內(nèi)能大小無關(guān)。因此，內(nèi)能大的物體可能繼續(xù)增加內(nèi)能，而內(nèi)能小的物體可能繼續(xù)減少內(nèi)能，故C錯誤，D正確。功和內(nèi)能如圖是鉆木取火的假想圖，在鉆木取火的過程中，為什么木塊能夠冒煙并最終能夠生火，試從物理學(xué)角度進行解釋。提示：鉆木取火的過程是對木塊進行做功的過程，木塊內(nèi)能的增加來源于外界對木塊做的功。1．內(nèi)能：物體的內(nèi)能是指物體內(nèi)所有分子的平均動能和勢能的總和。(1)在微觀上由分子數(shù)、分子熱運動的劇烈程度和相互作用力決定，宏觀上體現(xiàn)為物體的溫度和體積，因此物體的內(nèi)能是一個狀態(tài)量。(2)在絕熱過程中，狀態(tài)變化由做功引起，伴隨的能量轉(zhuǎn)化是外界能量與系統(tǒng)內(nèi)能的相互轉(zhuǎn)換，系統(tǒng)內(nèi)能即為內(nèi)能。(3)造成系統(tǒng)內(nèi)能變化的量與做功方式無關(guān)，與做功的數(shù)量有關(guān)。(4)內(nèi)能是狀態(tài)量，由它的狀態(tài)、溫度、體積、質(zhì)量決定。2．(1)做功與內(nèi)能變化的關(guān)系：當(dāng)系統(tǒng)從某一狀態(tài)經(jīng)過絕熱過程達到另一狀態(tài)時，內(nèi)能的變化量ΔU就等于外界對系統(tǒng)所做的功W，表達式為：ΔU＝U2－U1＝W。(2)系統(tǒng)內(nèi)能的變化量ΔU只與初、末狀態(tài)的內(nèi)能U1和U2有關(guān)，與做功的過程、方式無關(guān)。①功是過程量，內(nèi)能是狀態(tài)量。②在絕熱過程中，做功一定能引起內(nèi)能的變化。③物體的內(nèi)能大，并不意味著做功多，在絕熱過程中，只有變化較大時，對應(yīng)著做功較多。【例1】如圖所示，一定質(zhì)量的理想氣體密封在絕熱(即與外界不發(fā)生熱交換)容器中，容器內(nèi)裝有一可以活動的絕熱活塞。今對活塞施以一豎直向下的壓力F，使活塞緩慢向下移動一段距離后，氣體的體積減小。思路點撥：(1)絕熱容器表明系統(tǒng)既不向外界傳熱，也不從外界吸熱。(2)活塞緩慢向下移動一段距離表明外界對理想氣體做了功。C.由于F通過活塞對密閉的理想氣體做正功，且容器及活塞絕熱，因此Q=0。根據(jù)功與內(nèi)能的關(guān)系，理想氣體內(nèi)能增加，溫度T升高。由公式可知，體積V減小，壓強p增大，故選項C正確。(1)在絕熱的情況下，若外界對系統(tǒng)做正功，系統(tǒng)內(nèi)能增加，ΔU為正值；若系統(tǒng)對外界做正功，系統(tǒng)內(nèi)能減少，ΔU為負值。此過程做功的多少為內(nèi)能轉(zhuǎn)化多少的量度。(2)在絕熱過程中，內(nèi)能和其他形式的能一樣也是狀態(tài)量，氣體的初、末狀態(tài)確定了，即在初、末狀態(tài)的內(nèi)能也相應(yīng)地確定了，內(nèi)能的變化量ΔU也確定了。而功是能量轉(zhuǎn)化的量度，所以ΔU＝W，即W為恒量，這也是判斷絕熱過程的一種方法?！疽活}多變】如圖所示的柱形容器內(nèi)封有一定質(zhì)量的空氣。一個質(zhì)量為m的光滑活塞與容器均采用優(yōu)質(zhì)隔熱材料，一質(zhì)量為M的物體從活塞上方的A點自由下落至活塞，并隨活塞一同降至最低點B后保持靜止。在絕熱過程中，Q=0，ΔU=W；然而，當(dāng)物體撞擊活塞時，部分機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，這部分能量未能被封閉氣體吸收，導(dǎo)致W<Mgh+mgΔh。因此，選項C正確。1．一定質(zhì)量的理想氣體經(jīng)歷一緩慢的絕熱膨脹過程。絕熱膨脹過程中，氣體未與外界進行熱交換，體積增大時對外做功W＜0。根據(jù)ΔU＝U2－U1＝W，氣體內(nèi)能隨之減少。由于氣體分子間的勢能忽略，故氣體分子的平均動能減小。故D正確。熱和內(nèi)能某同學(xué)做了一個小實驗：首先，將空燒瓶放入冰箱冷凍一小時。隨后，取出燒瓶并迅速套上一個氣球于瓶頸處。接著，將燒瓶置于裝滿熱水的燒杯中，氣球會逐漸膨脹。試探究：(1)燒瓶內(nèi)的內(nèi)能增加了還是減少了？(2)請解釋氣球膨脹的原因？提示：(1)增加了。(2)由于熱水的溫度較高，將燒瓶放進盛滿熱水的燒杯里，氣體吸收了熱水的熱量，內(nèi)能增加，溫度升高，體積增大，逐漸膨脹起來。(1)熱量從高溫物體傳遞到低溫物體，或從物體的高溫部分傳遞到低溫部分，叫作熱傳遞。(2)熱傳遞的三種方式：熱傳導(dǎo)、熱對流和熱輻射。熱傳遞實質(zhì)上傳遞的是能量，結(jié)果是改變了系統(tǒng)的內(nèi)能。傳遞能量的多少用熱量來量度。(1)在單純熱傳遞中，系統(tǒng)從外界吸收多少熱量，系統(tǒng)的內(nèi)能就增加多少。即Q吸＝ΔU。(2)在單純熱傳遞中，系統(tǒng)向外界放出多少熱量，系統(tǒng)的內(nèi)能就減少多少。即Q放＝－ΔU。熱量總是自發(fā)地從高溫區(qū)域流向低溫區(qū)域，不會逆向傳遞。比較項目做功熱傳遞內(nèi)能變化外界對物體做功，物體的內(nèi)能增加；物體對外界做功，物體的內(nèi)能減少物體吸收熱量，內(nèi)能增加；物體放出熱量，內(nèi)能減少物理實質(zhì)其他形式的能與內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)化不同物體間或同一物體的不同部分之間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移相互聯(lián)系做一定量的功或傳遞一定量的熱量在改變內(nèi)能的效果上是相同的思路點撥：(1)熱傳遞的方向從高溫物體傳向低溫物體。(2)熱平衡的條件是二者溫度相等。AC：熱平衡條件要求溫度相等，熱量從高溫物體傳遞至低溫物體。在熱傳遞過程中，高溫物體釋放的熱量等于低溫物體吸收的熱量，因此A...C正確，B、D錯誤。(1)熱量的概念只有在涉及能量的傳遞時才有意義，因此不能說物體具有多少熱量，只能說物體吸收或放出了多少熱量。(2)在系統(tǒng)與外界只發(fā)生熱傳遞時，系統(tǒng)吸收多少熱量，系統(tǒng)內(nèi)能就增加多少；系統(tǒng)放出多少熱量，系統(tǒng)內(nèi)能就減少多少。2．(多選)關(guān)于熱量、A．熱量、功、B．熱量、C．熱量、D．熱量、功、物體的內(nèi)能是其所有分子動能與分子勢能之和，改變內(nèi)能可通過做功和熱傳遞實現(xiàn)。這三者意義不同：A錯誤；熱量衡量熱傳遞過程中物體內(nèi)能變化量，而功同樣通過做功反映物體內(nèi)能變化，B錯誤；C正確；三者的單位均為焦耳，D正確。1．物理觀念：焦耳的兩個實驗,做功、傳熱對內(nèi)能的改變是等效的。2．科學(xué)思維：兩個實驗的實質(zhì),兩個公式的理解與應(yīng)用。3．科學(xué)方法：實驗法、公式法、計算法、理想模型法。1．在絕熱過程中，外界壓縮氣體做功20A．氣體內(nèi)能一定增加20B．氣體內(nèi)能增加必定小于20C．氣體內(nèi)能增加可能小于20A[做功的過程是能量轉(zhuǎn)化的過程，在絕熱過程中，外界對氣體做多少功，氣體內(nèi)能就增加多少，選項A正確。熱傳遞實質(zhì)上是內(nèi)能從高溫物體向低溫物體轉(zhuǎn)移，而非溫度的直接交換。不接觸的物體可通過熱輻射方式進行熱傳遞，因此選項A錯誤；熱量總是由溫度較高的物體流向溫度較低的物體，與物體的比熱容無關(guān)，故選項B和C均錯誤；溫度相同的物體間不存在溫差，不會發(fā)生熱傳遞，因此選項D正確。C車刀切削工件發(fā)熱、火柴頭溫度升高及搓手感到手熱均通過做功方式改變物體內(nèi)能；用肥皂水淋車刀降溫則屬于熱傳遞改變內(nèi)能，因此選項C正確。4．金屬筒內(nèi)裝有與外界溫度相同的壓縮空氣，打開筒的開關(guān)，筒內(nèi)高壓空氣迅速向外逸出，待筒內(nèi)外壓強相等時，立即關(guān)閉開關(guān)。在外界保持恒溫的條件下，經(jīng)過一段較長時間后，再次打開開關(guān)，這時出現(xiàn)的現(xiàn)象是B[因高壓空氣急劇外逸時，氣體沒有時間充分與外