菊座理化实验室 物理 · 选择性必修三

做功改变物体的内能

同样压活塞,快压和慢压的温度不同;不给它做功,只加热也能升温

温度 T 20.0℃
内能 ΔU 待定
状态 待操作

设定值,只作定性比较

一个竖直放置的玻璃气缸,里面封着一段气体,上方是活塞,右侧插着温度计,缸底有电加热丝。

先猜迅速下压活塞,筒内气体的温度会怎样?

先选一个,再看结论和实验。

结论升高。外界对气体做功,内能增加。

第 1 镜 · 装置 竖直气缸里封着一段气体,活塞在上方,右侧是温度计,缸底是电加热丝,初温 20.0 ℃。

第 1 / 5 镜 · 尚未播放
改变条件
操作方式
初温 20.0 ℃ 固定,三种操作后的温度都是设定值

设定操作方式,然后点播放,比较温度计液柱和缸底加热丝的响应。

要点 · 记忆点

热力学定律
记住这句

做功和热传递都能改变内能,ΔU = W + Q。外界对气体做功、气体吸热,都取正。

快压和慢压差在哪

压得快,来不及交换热量,Q 约为 0,功全部变成内能,温度明显升高。压得慢,内能有时间从缸壁散出去,Q 为负,和 W 相抵,温度几乎不变。

加热时气体做功吗

活塞固定住,体积不变,气体不做功,W = 0。它只靠吸热增加内能,温度升高。如果让活塞自由移动,气体一边吸热一边对外做功,升温就慢一些。

温度升高一定是吸热吗

不一定。迅速下压时温度也升高,那是做功的结果。判断原因要看 W 和 Q 各是多少,不能只看温度。

柴油机为什么快压

迅速压缩时热量来不及散出,空气温度升得很高,喷进去的柴油自己就烧起来。压得慢,热量散失,温度上不去,点不着火。

易错看到温度升高就说气体吸了热。缓慢下压外界一直在做功,温度却几乎不变;判断必须回到 W 和 Q 各自的正负上。

观察什么

迅速下压

活塞一下子压到底,温度计液柱猛地抬起,读数停在 22.5 ℃(设定值)。

缓慢下压

活塞一点点往下走,液柱几乎不动,回到 20.0 ℃。外界做了功,热量都从缸壁散走了。

加热

活塞不动,缸底加热丝发亮,液柱慢慢上升,停在 26.0 ℃(设定值)。W 为 0,靠吸热升温。

这个实验在说明什么

这页要分清的是:温度升高,到底是外界对它做了功,还是它吸了热。三种操作都从 20.0 ℃ 出发,温度计的液柱给出三种不同的结果,22.5 ℃、20.0 ℃、26.0 ℃。

初温固定,只换操作方式:迅速下压、缓慢下压、缸底加热。快压来不及交换热量,慢压让内能有时间从缸壁散出去,加热时活塞不动、体积不变,W 为 0,差别就在 W 和 Q 各占多少。

判断要回到 ΔU = W + Q 里 W、Q 各自的正负,缓慢下压时外界一直在做功、温度却几乎不动,就是最容易读反的一处。三种操作后的温度都是设定值,只用来说明变化的方向和大小关系,不当作实测。

初温 20.0 ℃ 与三种操作后的温度都是设定值,只用来说明变化的方向和大小关系,不当作实测。教材:人教社电子课本 · 物理选择性必修第三册。

讲给家长听

合上这一页,说说做功和热传递都能改变内能,式子怎么写。

卡住了?看一眼

ΔU = W + Q,外界对气体做功、气体吸热都取正。