物理选修31 功和内能教案及反思

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第十章 热力学定律 一、功和内能 ［要点导学］ 1．本节从焦耳测定热功当量实验出发，说明什么叫绝热过程．从另一角度理解内能的概念及做功与内能变化的关系． 2．回顾：做功的两个不可缺少的因素：①　　　　　②　　　　　　　　　 3．从19世纪30年代起，人们逐渐认识到，为了使系统的热学状态发生变化，既可以给它　　　　　，例如：煤炉上烧开水；也可以对它　　　　　，例如：迅速压缩气体，其温度升高；双手揉搓会发热． 4．系统不从外界吸热，也不向外界放热，这样的过程叫做　　　　　　　． 5．焦耳的实验表明：要使系统状态通过绝热过程发生变化，做功的数量只由过程始末两个状态1、2决定，而与做功的方式无关． 6．在第七章中，我们把系统中所有分子　　　　的动能和分子间相互作用势能的总和叫做系统的　　　　． 7．本节是从另一角度理解内能，系统的内能是由它的状态决定的．当系统的温度、体积改变时，系统的内能也要改变． 8．当系统从状态1经过绝热过程达到状态2时，内能的增加量ΔＵ＝Ｕ2－Ｕ1就等于外界对系统所做的功Ｗ，即　　　　　　　　． ［范例精析］ K 10-1-1 a b c d 气体A 真空B 例１　如果气体膨胀与外界没有热交换，这样的膨胀叫做绝热膨胀．分别讨论气体在真空中和在大气中做绝热膨胀时是否做功．如果做功，所需的能量从何而来？ 解析　做功的两个不可缺少的因素是力和在力的方向上的位移． 第一种情况如图10-1-1所示，容器是绝热的（与外界没有热交换），活塞（质量不计）把容器分成两部分．气体A和真空B． 现把销钉Ｋ打开，让气体A自由膨胀，气体与a、b、c、d四个面接触，其中，气体与b、c、d三个面均存在作用力，但是，容器没有位移，故气体对b、c、d三个面的作用力不做功．由于气体与真空之间没有作用力，故气体对A面也不做功，因此，气体在真空中绝热膨胀时是不做功的． K 10-1-2 a b c d 气体A 气体C 第二种情况如图10-1-2所示，气体A对a、b、c三个面的相互作用力不做功，但气体对a面的作用力做正功，所以气体在大气中做绝热膨胀时要对外做功． 由于气体在绝热且对外做功的情况下，没有跟外界发生能量转移，所以气体对外做功所需的能量只能来自于气体自身的内能． 拓展　　对于气体在膨胀或压缩的情况下，气体做功有如下结论：膨胀时气体对外界做功；压缩时外界对气体做功．也即气体体积增大，则气体对外界做功；气体体积减小，则外界对气体做功．若在绝热的情况下，气体对外界做功其内能减少；外界对气体做功其内能增加．需要特别注意的是，当气体向真空中膨胀时，气体不做功，这样的膨胀通常称为自由膨胀． ［能力训练］ 1．用下述方法改变物体的内能、属于做功的方式是 ( ) A.搓搓手会感到手暖和些 B.汽油机气缸内被压缩的气体 C.车刀切下的炽热的铁屑 D.物体在阳光下被晒热 2．在给自行车轮胎打气时，会发现胎内空气温度升高，这是因为 ( ) A.胎内气体压强不断增大，而容积不变 B.车胎从外界吸收热量 C.外界空气温度本来就高于胎内气体温度 D.打气时，外界不断对胎内气体做功 3.在下述现象中没有做功而使物体内能改变的是 ( ) A.电流通过电炉丝使温度升高 B.在阳光照射下水的温度升高 C.铁锤打铁块使铁块温度升高 D.在炉火上的水被烧开 10-1-3 4．如图10-1-3所示，一个质量为20kg的绝热气缸竖直放置，绝热活塞的质量为5kg，处于静止状态时被封闭气体的高度为50cm，现在活塞上方加一15kg的物体，待稳定后，被封闭气体的高度变为40cm．求在这一过程中气体的内能增加多少？(g取10m/s2) 5．分子动理论中是怎样引入系统内能概念的？热力学中是怎样引入系统内能概念的？为什么说它们是一致的？ 1、功和内能 1．ABC 2．D 3．BD 4．20J 5．分子动理论中是从微观角度引入系统内能的概念，即系统中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．热力学中是从宏观角度引入系统内能的概念，即内能是状态量，当系统的温度、体积改变时，系统的内能也要改变，做功和热传递能引起内能的变化．