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《功、熱和內能的改變》教學

本章內容是“熱力學定律”,通俗點說,是關于熱學(與溫度有關科學)的基本定律。

定律是無法通過理論來證明的,是大量實驗的一種總結。

一.使物體的內能發(fā)生變化的事實

冬天手冷了,有火時一般采取烤火的方式,有暖氣片可以摸暖氣片,若沒有比兩只凍手更高溫度的物體,一般情況是使勁搓一搓手???、摸、搓,用專業(yè)、科學的術語描述一下??臼菬彷椛?,摸是熱傳導,搓是做功。再概括一下,前兩種是熱傳遞。

做飯時,用天然氣灶,是熱傳導;用電磁爐,是電流做功。

可以列舉其他物體溫度發(fā)生變化的事例,發(fā)生變化的方式可以概括為兩種:熱傳遞和做功。

二.做功與物體內能變化的關系

做功和熱傳遞這兩種方式都能使物體的溫度發(fā)生變化,僅是手段的不同。

焦耳的實驗:通過一些類定量的實驗,為做功和熱傳遞對系統(tǒng)狀態(tài)變化的影響給出了結論,進一步為能量轉化和守恒定律奠定了基礎。

先說左邊這套設備,裝置的構思,不知老人家是怎想到的!裝水的容器是絕熱的,當然,完全絕熱是辦不到的。沒做過這個實驗,精度不知道有多高。思路是挺絕的,用不同的重物下落來帶動攪拌器攪拌液體,只要重物下落做功相同,絕熱容器內水的溫度變化就相同。溫度與熱力學狀態(tài)有關,這個實驗說明,對一個系統(tǒng)單純做相同的功,系統(tǒng)的熱力學狀態(tài)改變是相同的。實驗的細節(jié)無從得知,若能有原始的數(shù)據(jù),或許能說明更多的問題。

右邊這套裝置更絕,左邊僅是重力勢能變化與系統(tǒng)狀態(tài)變化的定量關系。右邊有點能量轉化和守恒的影子了,直接使絕熱容器中水的溫度變化的原因是電阻絲上產生焦耳熱

,焦耳熱是電能轉化過來的,電能是重力勢能轉化過來的。實驗的結論:電功相同,絕熱容器中水的溫度變化相同。

兩個實驗想說明一個什么問題呢?重物下落帶動攪拌器對水做功,電流通過電阻絲所做的電功,對水的狀態(tài)變化會產生同樣的效果。

絕熱過程中,外界對系統(tǒng)做的功,對改變熱力學系統(tǒng)的狀態(tài)是等價的,無關功的形式,做功的多少可由系統(tǒng)的熱力學狀態(tài)變化來定量描述,由于功的能量轉化的量度,此次熱力學系統(tǒng)的狀態(tài)可由能量來描述,命名為系統(tǒng)的內能。

定量描述絕熱系統(tǒng)內能變化與外界對系統(tǒng)做功的關系:U末-U初=W。

應用事例:快速用氣筒給自行車打起,打完后氣筒會有點燙的原因。

三.熱傳遞與物體內能變化的關系

除做功外,單純使溫度不同的兩系統(tǒng)之間接觸,會發(fā)現(xiàn)溫度高的系統(tǒng)會降溫,溫度低的物體會升溫。也會導致熱力學系統(tǒng)的狀態(tài)發(fā)生變化,與做功導致系統(tǒng)內能變化類似,單純的熱傳遞也可使系統(tǒng)內能發(fā)生變化,若系統(tǒng)單純因為熱傳遞而內能發(fā)生變化,內能的變化也可用來量度熱量傳遞的多少。U末-U初=Q,Q為單純進行熱傳遞時外界對系統(tǒng)所做的功。

兩種方式,都能使系統(tǒng)的內能發(fā)生變化,但手段是不同的,做功是能量的轉化,而熱傳遞是能量的轉移。功和熱量都是過程量,內能是狀態(tài)量,狀態(tài)量變化的多少用功或熱量來描述。

本節(jié)的難點:焦耳的實驗,新教材沒提熱功當量。因單純做功而導致描述熱力學系統(tǒng)的狀態(tài)物理量發(fā)生變化,這個地方挺拗口的。

讀教材的感覺,對知識的理解是重點,若通了大學普物、理論物理的知識,再來看高中的內容,覺得所謂的教法就不太重要了,決定教法的根本因素還是對知識的理解,高中的物理大家是通大學物理的。有點像練武,在力量面前,技巧不值一提。我不通,今天看分析力學感覺到的。

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