第三章：熱力學定律高中物理選擇性必修第三冊制作：陳慶威本章導引01.冷熱變化是最早引起人們關注的自然現象之一。春夏秋冬，溫暑涼寒，何時何處不與冷熱相關？人類不但掌握了精確的測溫控溫方法，還可以人工產生高熱和深冷，在高熱和深冷的“世界”里不斷發現新的科學奇跡。可以說，現代科技的每一項成功——不論是試管嬰兒的誕生，還是探索原子世界的奧秘；不論是雜交水稻的培育，還是駕駛“神舟”遨游太空，都離不開“冷熱”的學問。科學家視角02.從對一切其他的已知物理和化學過程的這類研究中可以得出這樣的結論，自然界作為整體來說它蘊藏著一定數量的能量，它既不會減少，也不會增加……——亥姆霍茲第三章：第1節功、熱和內能的改變高中物理選擇性必修第三冊制作：陳慶威目錄CONTENT高中物理選擇性必修第三冊焦耳的實驗功與內能的改變熱與內能的改變總結提升問題？00.高中物理選擇性必修第三冊

在空氣壓縮引火儀底部放置少量的硝化棉，迅速壓下筒中的活塞，可以觀察到硝化棉燃燒的火苗。為什么筒底的硝化棉會被點燃呢？你能解釋這個現象嗎？熱力學系統01.高中物理選擇性必修第三冊19世紀30年代，人們逐漸認識到，為了使系統的熱力學狀態發生變化，既可以向它傳熱，也可以對它做功。焦耳的實驗第一部分熱力學系統01.高中物理選擇性必修第三冊

1840年開始，英國物理學家焦耳進行了多種多樣的實驗，以求精確測定外界對系統做功和傳熱對于系統狀態的影響，以及功與熱的相互關系。這項研究工作為熱力學第一定律和能量守恒定律的建立奠定了堅實的實驗基礎。焦耳（JamesPrescottJoule，1818—1889）焦耳的實驗102.高中物理選擇性必修第三冊①實驗裝置：用絕熱性能良好的材料制作容器，容器中安裝著葉片組成的攪拌器。系統不從外界吸熱，也不向外界放熱的過程叫作絕熱過程。高中物理選擇性必修第三冊②實驗原理：重物下落時帶動葉片轉動，攪拌容器中的水，水由于摩擦而溫度上升。重力做功相同水溫上升數值相同系統狀態變化相同焦耳的實驗103.高中物理選擇性必修第三冊②實驗原理：讓正在下降的重物帶動發電機發電，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，使液體溫度上升。①實驗裝置：電流做的功相同系統溫度上升數值相同系統狀態變化相同焦耳的實驗204.實驗結論05.高中物理選擇性必修第三冊

焦耳的這些實驗最終表明：在各種不同的絕熱過程中，如果使系統從狀態1變為狀態2，所需外界做功的數量是相同的。也就是說，要使系統狀態通過絕熱過程發生變化，做功的數量只由過程始末兩個狀態1、2決定，而與做功的方式無關。內能06.高中物理選擇性必修第三冊內能：任何一個熱力學系統都必定存在一個只依賴于系統自身狀態的物理量，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內能。微觀定義（分子動理論對內能的定義）：物體中所有分子的熱運動動能和分子勢能的總和，叫做物體的內能。功與內能的改變第二部分功與內能的改變01.高中物理選擇性必修第三冊1.在熱力學系統的絕熱過程中，當系統從狀態1經過絕熱過程達到狀態2時ΔU=U2-U12.在絕熱過程中，外界對系統做功，系統的內能增加；系統對外做功，系統的內能減少。ΔU1=W做一做——功轉內能實驗02.高中物理選擇性必修第三冊熱與內能的改變第三部分問題與思考01.高中物理選擇性必修第三冊熱傳遞：兩個溫度不同的物體A、B相互接觸時，溫度低的物體B要升溫，我們說，熱量從高溫物體A傳到了低溫物體B。這個過程稱之為熱傳遞(傳熱)。思考：系統在狀態1、2時的內能分別為U1、U2，若系統經過單純的傳熱過程從狀態1變化到狀態2時外界對系統傳遞的熱量為Q，則Q與內能變化量之間存在怎樣的關系？熱與內能的改變02.高中物理選擇性必修第三冊△U=U2—U1=Q單純的傳熱過程中熱量和內能的關系：

即在外界對系統不做功的情況下，外界傳遞給系統的熱量等于系統內能的增加量。若物體吸熱，Q>0，則ΔU>0，內能增加；若物體放熱，Q<0，則ΔU<0，內能減少.改變內能的兩種方式對比03.高中物理選擇性必修第三冊做功熱傳遞絕熱過程單純傳熱等效思考，如果做功和傳熱都發生，內能如何變化？請預習下一節。△U＝W△U＝Q總結提升第四部分高中物理選擇性必修第三冊課堂小結0201焦耳的實驗功與內能的改變熱與內能的改變在絕熱過程中，外界對系統做功，系統的內能增加；系統對外做功，系統的內能減少。03△U=U2—U1=QΔU=U2-U1=W例題1例題精選01.【參考答案】B高中物理選擇性必修第三冊

下列現象中，通過傳熱的方法來改變物體內能的是（）A．打開電燈開關，燈絲的溫度升高，內能增加B．太陽能熱水器在陽光照射下，水的溫度逐漸升高C．用磨刀石磨刀時，刀片的溫度升高，內能增加D．打擊鐵釘，鐵釘的溫度升高，內能增加解析例題解析02.高中物理選擇性必修第三冊【解析】A．打開電燈開關，燈絲的溫度升高，是通過電流做功的方法來改變物體內能的，A錯誤；B．太陽能熱水器中水的內能增加是以傳熱方式進行的，B正確；C．用磨刀石磨刀時，刀片溫度升高，是通過摩擦力做功的方法來改變物體內能的，C錯誤；D．打擊鐵釘，鐵釘溫度升高，是通過做功的方法來改變物體內能的，D錯誤。故選B。例題2例題精選03.【參考答案】B高中物理選擇性必修第三冊關于系統的內能及其變化，下列說法中正確的是（

）A．系統的溫度改變時，其內能必定改變B．系統對外做功，其內能不一定改變；系統向外傳遞熱量，其內能不一定改變C．對系統做功，系統內能必定改變；系統向外傳出一定熱量，其內能必定改變D．若系統與外界不發生熱交換，則系統的內能必定不改變解析例題解析04.高中物理選擇性必修第三冊【解析】A．一定質量的物體，其內能由溫度和體積共同決定，物體的溫度改變時，其內能不一定改變，故A錯誤；BC．物體對外做功的同時如果從外界吸收熱量或者同時有別的物體還對它做功，那么物體的內能就不一定改變；向物體傳遞熱量的時候，如果物體同時放熱或者有別的物體對它做功，那么物體的內能也不一定改變，故C錯誤、B正確；D．不發生熱傳遞的話，也可以是對外界做功或者外界對物體做功，一樣可以改變物體的內能，故D錯誤。故選B。例題3例題精選05.【參考答案】B高中物理選擇性必修第三冊

把浸有乙醚的一小塊棉花放在厚玻璃筒的底部，當快速下壓活塞時，由于被壓縮的空氣驟然變熱，溫度升高，達到了乙醚的燃點，使浸有乙醚的棉花燃燒起來，此實驗的目的是要說明（）A．做功可以升高物體的溫度B．做功可以改變物體的內能C．做功一定可以增加物體的內能D．做功可以增加物體的熱量解析例題解析06.高中物理選擇性必修第三冊【解析】AB．當用力壓活塞時，活塞壓縮玻璃筒內的空氣，對空氣做功，空氣的內能增加，溫度升高，當達到乙醚著火點時，筒內棉花就會燃燒起來．此實驗說明了：外界對物體做功，物體的內能增加，故A錯誤，B正確；CD．改變物體的內能有做功和熱傳遞，做功不一定增加物體的內能，還需考慮熱傳遞；做功改變物體的內能，宏觀表現為物體溫度的變化，并非增加熱量，故CD錯誤。故選B。例題4例題精選07.【參考答案】AC高中物理選擇性必修第三冊

（多選）夏季天氣溫差比較大，充足的車胎經過正午陽光的曝曬易爆胎。若車胎內的氣體可視為理想氣體，爆胎前車胎內氣體體積及質量均不變，爆胎過程時間極短，可看作絕熱過程。關于車胎內的氣體，下列說法正確的是（）A．爆胎前隨著氣溫的升高，車胎內氣體壓強增大B．爆胎前隨著氣溫的升高，車胎內氣體吸收熱量，對外做功，內能不變C．爆胎過程中，車胎內氣體對外做功，內能減小D．爆胎過程中，車