高二物理选修3功和内能、热和内能

1、高二物理选修3-3功和内能、热和内能【知识要点】.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。.功是系统内能转化的量度：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 AU=U2-Ui=Wo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=- a U。.热传递：热量从高温物体传递到低温物体，或从物体的高温部分传递到低温部分，叫做热传递。热传递的三种方式：热传导、热对流和热辐射。.传递的热量与内能改变的关系在单纯热传递中，系统从外界吸收多少热量，系统的内能就增加

2、多少。即AU= Q吸在单纯热传递中，系统向外界放出多少热量，系统的内能就减少多少。即Q放=-AU.改变系统内能的两种方式：做功和热传递。做功和热传递都能改变系统的内能，这两种方式是等效的，都能引起系统内能的改变， 但是它们还是有重要区别的。做功是系统内能与其它形式的能之间发生转化，而热传递只是不同物体（或物体不同部分）之间内能的转移。【典型例题】例1.下列关于内能的说法中，正确的是A.物体的温度越高，所有的分子动能都增大B.物体速度增大，则 分子热运动的平均动能 增大，内能也增大C.对物体做功或向物体传热，都可能改变物体的内能D.系统在绝热过程中内能由 Ui变化为U2,外界对系统做的功为 U2

3、-U1例2.下列说法中正确的是A.物体甲自发传递热量给物体乙，说明甲物体的内能一定比乙物体的内能大B.温度相等的两个物体接触，它们各自的内能不变且内能也相等C.冰熔化成水，水汽化成水蒸气，若物态变化时温度不变，则内能也增加D.物体内能增加，一定是外力对物体做了功；外力对物体做功时，物体的内能不一定增加例3.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？例4.如图所示，一个半径为R= 0.3m的半球状容器，一小铁块由边缘的A点从静止开始沿内壁下滑，当滑到容器底部B点时,容器内壁所受压力为小铁块自重的1.25

4、倍，在它下滑的过程中内能增量的80%被铁块吸收，那么铁块温度升高多少摄氏度？铁的 比热是 462J/（kg - C ） g 取 10m/s2.【当堂反馈】1 .下列说法中正确的是（）A.温度低的物体内能小B.温度低的物体分子运动的平均速率小C.做加速运动的物体，由于速度越来越大，因此物体分子的平均动能越来越大D.外界对物体做功时，物体的内能不一定增加.有人设想在夏天用电冰箱来降低房间的温度。他设想的办法是：关好房间的门窗然后打开冰箱的所有门，让冰箱运转。如果不考虑室内外热量的传递，则开机后，室内的温度（）A.逐渐有所升高B.保持不变C.开机时降低，停机时又升高D.开机时升高，停机时降低.下面关

5、于机械能和内能的说法正确的是（）A.机械能大的物体，内能一定也大B.物体做加速运动时，速度越大，物体内部分子平均动能一定增大C.物体降温时，其机械能一定减少D.摩擦生热是机械能向内能的转化4.如图所示，U型管左管口套有一小气球，管内装有水银，当在右管内再注入一些水银时， 气球将鼓得更大.假设封闭气体与外界绝热，则在注入水银时，封闭气体的体积、压强、内能 将怎样变化？2作业本：.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.下列现象中，哪些是通过热传递的方式改变物体内能的（）A.打开电灯开关，灯丝的温度升高，内能增加B.

6、夏天喝冰镇汽水来解暑C.冬天搓搓手，会感觉到手变得暖和起来D.太阳能热水器在阳光照射下，水的温度逐渐升高.做功和热传递是等效的，这里指的是（）A.它们能使物体改变相同的温度B.它们能使物体增加相同的热量C.它们能使物体改变相同的内能D.它们本质上是相同的.下列关于热量的说法，正确的是（）A.温度高的物体含有的热量多B.内能多的物体含有的热量多C.热量、功和内能的单位相同D.热量和功都是过程量，而内能是一个状态量，光滑活塞C（质量为m）与容器用良好的隔热材.如图所示柱形容器内封有一定质量的空气料制成另有质量为M的物体从活塞上方的 A点自由下落到活塞上，并随活塞一起到达最低点B而静止在这一过程中，

7、空气内能的改变量 E,外界对空气所做的功与物体及活塞的重力势能的变化关系是（）Mgh +mgAh=A E+WAE=W, W=Mgh+mgAhAE=W, WMgh+mgAhAEW, W=Mgh+mgAh.对于热量、功、内能三个量，下列说法中正确的是（A.热量、功、内能三个量的物理意义是等同的B.热量和功二者可作为物体内能的量度C.热量、功和内能的国际单位都相同D.热量和功是由过程决定的，而内能是由物体的状态决定的.如图所示，用绝热活塞把绝热容器隔成容积相等的两部分，先把活塞锁住，将质量和温度都相同的理想气体氧气和氢气分别充入容器的两部分中，然后提起销子率S,使活塞无摩擦地滑 TOC o 1-5

8、h z 动，当活塞再次静止时（）A.氧气的温度升高.氧气分子间的平均距离减小H2O2C.氢气的内能减小D.氢气分子的平均速率增大8. 一物体先后经几个不同的物理过程，其温度均从t 1升高到t2,则在这些过程中（）A物体一定从外界吸收热量B.物体与外界交换的热量都相等 C.外界对物体所做的功均相等 D.物体内所有分子动能的平均值之增量都相等 9 .如图所示，A、B是两个完全相同的容器，A容器内白水深3h,B容器内水深h, A、B内各装有一个可自由移动的轻活塞，活塞下 面是水，为上面上大气，大气压恒定，A、B的底部由带有阀门 K的细短管道相连，整个装置绝热。水的密度为p ,活塞横截面积为S,大气压

9、强为p0。打开阀门，使 A中的水逐渐向B中流，最后达 到平衡。在这个过程中，大气压力对水 （回答：是否做 功，做正功还是负功），水的重力做功 ,水的内能变化 了。1 0 .质量 M=200g的木块，静止在光滑水平面上，质量m=20g的铅弹（铅的比热容c=126J/（kg ：C）以水平速度 v0=500m/s射入木块，当它射出木块时速度变为vt=300m/s.。木块的速度20m/s。若这一过程中损失的机械能全部转化为内能，其中42%被子弹吸收而使其升温，对铅弹穿过木块过程，求：(1)子弹克服摩擦力做的功。(3)产生的总热量。(2)摩擦力对木块做的功。(4)子弹升高的温度。1 1 .有一个10m高

10、的瀑布，水流在瀑布顶端时速度为2m/s ,在瀑布底与岩石的撞击过程中，有10%的动能转化为水的内能，请问水的温度上升了多少摄氏度？已知水的比热容为4.2 X103 J/(kg C) , g 取 10m/s 2 .1 2 .在光滑的桌面上放着一个木块，铅弹从水平方向射中木块，把木块打落在地面上，落地点与桌边的水平距离是 0.4m。铅弹射中木块后留在木块中，设增加的内能有45%使铅弹温度升高，铅弹的温度升高多少摄氏度？已知桌面高为0.8m,木块的质量为 2 kg,铅弹的质量为10g,比热容为 1.3 M02J/(kg C ),取 g=10m/s2。【典型例题】例1: C、Do第七章中是从分子的能量

11、定义内能的，本节是从做功和物体的能量的增减定义内能的，两处所说的内能本质是一致的。 即前者从微观的角度、 后者从宏观的角度定义内能的。 物体中所有分子的动能和分子势能的总和就是物体的内能，分子的动能只与分子无规则运动的速率有关，与物体机械运动的速度无关。物体分子的平均动能和温度成正比，是对大量分子的统计规律，对个别分子谈温度无意义。改变物体内能的方法有两种，做功和热传递。 系统在绝热过程中只有通过做功来改变内能。例2: Co两个物体之间、同一个物体的不同部分发生热传递的条件是存在温度差。例3: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.第一种情况如图甲所示，容器是绝热的（与外界没

12、有热交换），活真空B气体Aabd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.第二种情况如图乙所示，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

13、身的内能.2 例4：解析：当滑到容器底部 B点时n - mg = m V R27而 AE机=mgR mv = mgR8由题意：AE机 M80%=cm& 即 &=工=0.045 22【当堂反馈】D.体内能的变化与两个因素有关，即做功和热传递两方面。内能是否改变要从这两方面 综合考虑。若做功转化为物体的内能等于或小于物体放出的热量，则物体的内能不变或减少。 即外界对物体做功时，物体的内能不一定增加，选项 D是正确的。Ao关好房间的门窗，相当于构建了一绝热容器，让冰箱运转，电流做功，室内的温度逐 渐有所升高。D.内能与机械能是两种不同形式的能量，故 A、B、C错误，而摩擦生热是机械能向内能 的转化。

14、封闭气体的体积减小，压强增大，内能增多。作业本：Bo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。B、D. A是电流做功改变内能， C是摩擦做功改变内能，只有 B、D是通过热传递的方 法改变物体内能的。Co做功和热传递是等效的，是指在改变系统内能上是等效的。C、D。热量和功都是过程量，而内能是一个状态量，所以不能说温度高的物体含有的热量 多，内能多的物体含有的热量多；热量、功和内能的单位相同都是焦耳。B、CC、Do热量、功和内能的国际单位都是焦耳，但热量、功、内能三个量的物理意义是不同 的，热量和功是过程量，内能是状态量；热量和功二者可作为物体内能改变的量度

15、而不是内能 大小的量度。A、B、C.气体的压强跟分子的平均动能有关，跟分子的密度有关。氢气与氧气的温度相 同，分子的平均动能相同，氢气的分子密度大于氧气的分子密度，氢气的压强大于气的压强， 所以提起销子后，活塞向右移动，外界对氧气做功，氧气的内能增加，温度升高，分子间的平 均距离减小；氢气对外做功，内能减小，温度降低，分子的平均速率减小。D不做功、p g晶 p gsh解析：(1 )子弹克服摩擦力做的功：Wi= lmv02-工 mvt2= 1 X0.02 (5002-3002)J=1600J(2)222摩擦力对木块做的功：W2= 1 Mv2-0= 1 X0.2a02J=40J (3)这一过程中损失的机械能 22为:W=Wi-W2=(1600-40)J=1560J.已知损失的机械能全部转化为内能，则内能的增量，即产生的总热量Q为1560J (4)已知产生的总热量中有42%被子弹吸收而使其升温，则子弹升高的温度为：& =外=42%3 p = 260(。cm126 0.02解析：根据机械能守恒定律知，当水流到达瀑布底时的动能水吸收热量Q与温度变化 也满足关系Q = cmH由题意知，有10%的动能转化为水的内能，所以1 0(-掰/ +洲或)x 10% =泌&22 0.8 八，、0.4(s)10代入数据得：t=2.4M104 C12.解析：铅弹