【高中物理】10.1功和内能(教案) .pdf

第十章热力学定律

单元教材分析

本章以焦耳的实验为基础，研究了功和内能变化、热和内能变化之间的关系，总结出做

功和热传递是改变系统内能的两种方式，两种方式对改变物体的内能是等效的，但是这两种

方式又存在着重要区别。在此基础上，进一步提出了热力学第一定律和能量守恒定律。能

量守恒定律使我们认识到“第一类永动机”不可能制成，使我们认识到一切与热现象有关的

客观自然过程都是不可逆的，热力学第二定律就是反映这种宏观自然过程的方向性的定律。

热力学第二定律的两种表述是等价的，同时又使我们认识到“第二类永动机”也不可能制成。

熵的概念使我们认识到热力学第二定律的微观本质，能量在数值上虽然守恒，但其转移和转

化却具有方向性，因而我们要合理开发能源，要节约能源，减小能源利用过程中对环境的破

坏，保护环境，树立可持续发展的观念，开发清洁、高效的新能源。

本章的特点是要求学生有较强的理论联系实际的能力，在学习过程中，不断提高理解

能力、分析能力；会用热力学第一定律分析系统内能的变化，会用能量守恒观点解释有关的

自然现象，了解熵是反映系统无序程度的物理量。

第1节功和内能

目标导航

1．知道什么是绝热过程。

2．从热力学的角度认识内能的概念。

3．理解做功与内能改变的数量关系。

4．知道内能和功的单位是相同的。

诱思导学

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。

2．功与系统内能改变的关系。

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

在绝热过程中，内能的增量就等于外界对系统做的功

即ΔU=U-U=W

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②系统对外界做功，系统的内能减少。

在绝热过程中，系统对外界做多少功，内能就减少多少

即W=-ΔU

3．功是系统内能转化的量度。

4．在国际单位制中，内能和功的单位都是焦耳(J)。

典例探究

例1下列哪个实例说明做功改变了系统的内能

A.用热水袋取暖B.用双手摩擦给手取暖

C.把手放在火炉旁取暖D.用嘴对手呵气给手取暖

解析：双手摩擦做功，使手的内能增加，感到暖和；A、C、D都是通过热传递来改变系统的内能。

选项B正确。

答案：B

友情提示：注意分清做功和热传递两个过程的不同

例2一个系统内能增加了20J。如果系统与周围环境不发生热交换，周围环境需要对系统做多少功？

解析：由功与系统内能改变的关系，则W=ΔU=20J

答案：20J

友情提示：注意功与内能改变的关系。

课后问题与练习点击

1．解析：在分子动理论中，系统中所有分子热运动动能和分子间相互作用的分子势能的总和，叫做系

统的内能；在热力学中，存在一个只与依赖于系统自身状态的物理量，由于这个物理量在两个状态之间的

差别与外界在绝热过程中对系统所做的功相联系，而功是能量转化的量度，我们把这个物理量称为系统的

内能。

由于在绝热过程中对系统做功，系统的温度、体积等状态就要发生变化，所有分子热

运动的动能和分子间相互作用的分子势能就要发生变化，系统的内能就要发生变化，因此

分子动理论是从微观的角度来定义内能，热力学是从宏观的角度来定义内能，但两者是一

致的。

2．解析：如钻木取火；用铁锉来锉工件，工件和铁锉都会变热；用铁锤来打击铁块，铁锤和铁块都会

变热等都说明做功可以改变系统的内能。

3．解析：在图10.1-2中，是机械能转化为内能；在图10.1-3中，是电能转化为内能。

4．解析：气体在真空中绝热膨胀时对外界不做功。

气体在空气中绝热膨胀时对外界做功。做功所需的能量来源于气体原来储存的内能

基础训练

1．下列实例中，属于做功来增加物体内能的是（）

A.铁棒放在炉子里被烧红

B.锯条锯木头时会发热

C.古时候的猿人钻木取火

D.冬天在阳光下取暖

2．下列现象属于用做功的方法改变系统内能的是