2018-2019版物理新导学笔记粤教通用版选修3-3讲义：第三章 热力学基础 第一节

学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精第一节内能功热量［学习目标］1.知道做功和热传递的实质.2.知道做功和热传递是改变内能的两种方式，理解做功和热传递对改变系统内能是等效的，明确两种方式的区别。3。明确内能、功、热量、温度四个物理量的区别和联系．一、做功和内能的变化[导学探究］如图1所示,厚壁容器的一端通过胶塞插进一支灵敏温度计和一根气针,另一端有个用卡子卡住的可移动胶塞．用打气筒慢慢向容器内打气，使容器内的压强增大到一定程度，这时读出温度计示数．打开卡子,胶塞冲出容器口后，温度计示数明显降低，这是为什么呢？图1答案气体膨胀对外做功，内能减小,气体的温度降低．［知识梳理］1．内能和内能的变化量(1）内能是一个状态量，指物体内所有分子做热运动的动能和分子势能之和．（2)内能的变化量只由初、末状态决定，与中间过程及方式无关．2．功和内能（1）功是过程量，内能是状态量．（2)物体的内能大，并不意味着做功多．(3)做功可以改变系统的内能,功是系统内能转化的量度，在绝热过程中：①外界对系统做功，系统内能增加，即ΔU＝W.②系统对外界做功,系统内能减少，即ΔU＝W.二、热传递和内能的变化[导学探究]用铁锤反复敲击铁棒，铁棒的温度会升高，把铁棒放在碳火上烧，铁棒的温度也会升高，这说明了什么问题？答案说明做功和热传递都能改变物体的内能．[知识梳理］1．热量（1）热量是单纯的传热过程中系统内能变化的量度．(2)过程量．2．热量和内能变化的关系在只有热传递的情况下，物体吸收热量,内能增加，物体放出热量，内能减少，并且内能的变化量等于物体吸收或放出的热量，即ΔU＝Q。一、做功和内能的变化例1如图2所示,活塞将气缸分成甲、乙两气室，气缸、活塞(连同拉杆)是绝热的,且不漏气．以E甲、E乙分别表示甲、乙两气室中气体的内能，则在将拉杆缓慢向外拉的过程中(）图2A．E甲不变，E乙减小 B．E甲不变，E乙增大C．E甲增大，E乙不变 D．E甲增大，E乙减小答案D解析本题解题的关键是明确甲、乙两气室气体都经历绝热过程,内能的改变取决于做功的情况．对甲室内的气体，在拉杆缓慢向外拉的过程中，活塞左移，压缩气体，外界对甲室内的气体做功，其内能应增大；对乙室内的气体，活塞左移，气体膨胀,乙室内的气体对外界做功，内能应减小．

针对训练如图3所示，一定质量的理想气体密封在绝热(即与外界不发生热交换)容器中,容器内装有一可以活动的绝热活塞．今对活塞施以一竖直向下的压力F，使活塞缓慢向下移动一段距离后，气体的体积减小．若忽略活塞与容器壁间的摩擦力，则被密封的气体（)图3A．温度升高,压强增大,内能减少B．温度降低，压强增大，内能减少C．温度升高,压强增大，内能增加D．温度降低，压强减小，内能增加答案C解析向下压活塞，力F对气体做功,气体的内能增加，温度升高气体体积减小，故气体的压强增大，故选项C正确．二、热传递和内能的变化例2（多选）在外界不做功的情况下，物体的内能增加了50J，下列说法中正确的是(）A．一定是物体放出了50J的热量B．一定是物体吸收了50J的热量C．一定是物体分子动能增加了50JD．物体的分子平均动能可能不变答案BD解析在外界不做功的情况下，内能的改变量等于传递的热量,内能增加，一定是吸收了相等数量的热量,故A错,B对；物体内能包括所有分子做热运动的动能和分子势能,内能由分子数、分子平均动能、分子势能共同决定，所以内能增加了50J并不一定是分子动能增加了50J，物体的分子平均动能有可能不变,这时吸收的50J热量全部用来增加分子势能,故C错，D对．三、内能与相关概念的辨析例3关于温度、热量、功和内能,以下说法正确的是(）A．同一物体温度高时，含有的热量多B．物体的内能越大，含有的热量就越多,温度也越高C．外界对系统做功W，内能必定增加D．发生热传递的条件是两物体之间存在温度差答案D解析热量是物体间进行热传递时内能的转移，不能说物体含有多少热量,故A错；物体的吸热或放热对应物体的内能变化，并不对应物体内能的大小，故B错；由于做功和热传递都可引起物体内能的变化,只根据做功无法准确判断物体内能的变化，故C错；物体间发生热传递的条件是存在温度差，故D对．内能功热量eq\b\lc\{\rc\（\a\vs4\al\co1（内能\b\lc\｛\rc\（\a\vs4\al\co1（决定因素：温度、体积、物质的量,内能的变化)），改变物体内能的两种方式\b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1（做功，热传递）)二者等效））1．(做功和内能的变化)在给自行车轮胎打气时，会发现胎内气体温度升高，这是因为（）A．胎内气体压强不断增大,而容积不变B．轮胎从外界吸热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答案D解析给自行车轮胎打气，外界对胎内气体做功,气体内能增加,温度升高，D正确．2．(做功和内能的变化）地面附近有一正在上升的空气团,它与外界的热交换忽略不计．已知大气压强随高度增加而降低，则该空气团在上升过程中（不计空气团内分子间的势能)（）A．体积减小，温度降低B．体积减小，温度不变C．体积增大，温度降低D．体积减小，温度增大答案C解析空气团与外界的热交换忽略不计,大气压强随高度上升逐渐减小，空气团体积逐渐增大，对外界做功,所以内能逐渐减小,则温度逐渐降低，只有选项C正确，选项A、B、D均错误．3．(热传递和内能的变化)下列说法正确的是()A．若A、B两物体接触但没有热传递，则两物体所包含的热量相等B．做功和热传递的共同点是都能使系统内能改变C．一物体先后经几个不同的物理过程，其温度均从t1升高到t2.则在这些过程中物体一定从外界吸收相同的热量D．高温物体内能大，低温物体内能小答案B解析A、B两物体没有发生热传递是因为两物体温度相等,A错．做功和热传递都是改变内能的方式，B对．一物体温度从t1升高到t2，内能的改变可能是由于吸收了热量，也可能是外界对物体做了功,C错．高温物体分子的平均动能大,内能不一定大，D错．4．（内能与相关概念的辨析）(多选）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大小的量度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答案CD解析热量、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变化的量度而不是内能大小的量度．故A、B错误,C、D正确．题组一做功和内能的变化1．（多选）在下述各种现象中，不是由做功引起系统温度变化的是()A．在阳光照射下，水的温度升高B．用铁锤不断锤打铅块，铅块温度会升高C．在炉火上烧水,水的温度升高D．电视机工作一段时间，其内部元件温度升高答案AC解析阳光照射下水温升高是热辐射使水的温度升高，在炉火上烧水是热传导和对流使水的温度升高，用铁锤锤打铅块的过程，是做功的过程，铅块温度升高，是由于外界做功引起的．电视机工作时，电流通过各元件,电流做功使其温度升高．可见A、C不是由做功引起系统温度变化的,故选A、C.2．一个铁块沿斜面匀速下滑，关于铁块的机械能和内能的变化（忽略热传递)，下列判断中正确的是(）A．铁块的机械能和内能都不变B．铁块的机械能减小，内能不变C．铁块的机械能增大,内能增大D．铁块的机械能减小，内能增大答案D解析铁块沿斜面匀速下滑时，动能不变,势能减小，所以铁块的机械能一定减小．铁块沿斜面匀速下滑,说明此斜面一定是不光滑的，铁块下滑时克服摩擦力做功,铁块损失的机械能转化为铁块和斜面的内能,因此铁块的温度会略有升高，内能增大．3．一定质量的气体经历一缓慢的绝热膨胀过程．设气体分子间的势能可忽略，则在此过程中（)A．外界对气体做功,气体分子的平均动能增加B．外界对气体做功，气体分子的平均动能减少C．气体对外界做功，气体分子的平均动能增加D．气体对外界做功,气体分子的平均动能减少答案D解析因气体绝热膨胀，故气体对外做功，但没有热交换，由热力学第一定律可知，气体内能减小；而气体不计分子势能，故内能只与温度有关，因内能减小，故温度降低，分子的平均动能减小，故选D。4．图1为某种椅子与其升降部分的结构示意图，M、N两筒间密闭了一定质量的气体，M可沿N的内壁上下滑动，设筒内气体不与外界发生热交换，在M向下滑动的过程中()图1A．外界对气体做功，气体内能增大B．外界对气体做功,气体内能减小C．气体对外界做功，气体内能增大D．气体对外界做功,气体内能减小答案A解析在M向下滑动的过程中，气体体积缩小，外界对气体做功，气体不与外界发生热交换，再根据热力学第一定律知，气体内能增加，故正确答案为A。5.如图2所示，绝热容器中间用隔板隔开,左侧装有气体，右侧为真空．现将隔板抽掉,让左侧气体自由膨胀到右侧直至平衡,在此过程中()图2A．气体对外界做功，温度降低，内能减少B．气体对外界做功，温度不变，内能不变C．气体不做功，温度不变，内能不变D．气体不做功,温度不变,内能减少答案C解析气体向真空膨胀，不做功;此为绝热容器，无热传递，Q＝0.题组二热传递和内能的变化6．(多选）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．夏天喝冰镇汽水来解暑C．陨石在大气层中下落，温度升高D．太阳能热水器在阳光照射下，水的温度逐渐升高答案BD解析A选项是电流做功改变内能，C选项是摩擦力做功改变内能，只有B、D选项是通过热传递的方式改变物体内能的，故选B、D。7．(多选)关于热传递，下列说法正确的是（）A．热传递中，热量一定从含热量多的物体传向含热量少的物体B．两个物体之间发生热传递的条件是它们之间有温度差C．在热传递中，热量一定从内能多的物体传向内能少的物体D．内能相等的两个物体相互接触时,也可能发生热传递答案BD解析热量的概念只有在涉及能量的传递时才有意义，所以不能说物体含有多少热量，故A错；物体间发生热传递的必要条件是存在温度差，故B对；在热传递中，热量一定从温度高的物体传向温度低的物体，温度高的物体内能不一定多，故C错，D对．故正确答案为B、D.8．（多选）一铜块和一铁块，质量相等，铜块的温度T1比铁块的温度T2高，当它们接触在一起时，如果不和外界交换能量，则(）A．从两者开始接触到达到热平衡的整个过程中，铜块内能的减少量等于铁块内能的增加量B．在两者达到热平衡以前的任意一段时间内,铜块内能的减少量不等于铁块内能的增加量C．达到热平衡时，铜块的温度T＝eq\f(T1＋T2，2）D．达到热平衡时,两者的温度相等答案AD解析一个系统在热交换的过程中，如果不与外界发生热交换，温度高的物体放出的热量等于温度低的物体吸收的热量，直到温度相等，不再发生热交换为止．而热量是热传递过程中内能的变化量，所以选项A、D正确，选项B错误．设c铁、c铜分别为铁、铜的比热容，根据热平衡方程c铜m（T1－T)＝c铁m（T－T2），解得T＝eq\f（c铜T1＋c铁T2,c铜＋c铁)，由此可知选项C错误．题组三内能与相关概念的辨析9．关于物体的内能,下列说法中正确的是（)A．温度相同的同种气体它们的内能一定相等B．体积相同的同种气体它们的内能一定相等C．机械能越大的物体内能也越大D．物体的内能与物体的温度和体积都有关系答案D解析决定内能的因素有温度、体积及物质的量，D正确，A、B错误；内能与机械能无直接关系，C错误．10．关于物体的内能和热量，下列说法中正确的是（）A．热水的内能比冷水的内能多B．温度高的物体其热量必定多，内能必定大C．在热传递过程中，内能大的物体其内能将减小，内能小的物体其内能将增大,直到两物体的内能相等D．热量是热传递过程中内能转移的量度答案D解析物体的内能由温度、体积、物质的量及物态决定，不是只由温度决定，故选项A、B错误;在热传递过程中，热量由高温物体传给低温物体，而与物体的内能大小无关，所以完全有可能是内能大的物体内能继续增大，内能小的物体内能继续减小，故选项C错误;关于热量的论述，选项D是正确的．11．(多选)下列说法中正确的是（)A．如果取水平地面为零势能面，则静止在水平地面上的物体的机械能和内能都为零B．如果取水平地面为零势能面,则静止在水平地面上的物体的机械能为零,内能不为零C．一个装有气体的绝热密封容器做匀速运动，如果使容器突然停止运动,则气体的温度要升高D．一个装有气体的绝热密封容器做匀速运动,如果使容器突然停止运动，则气体的温度保持不变答案BC解析内能与零势能面的选取无关，重力势能与零势能面的选取有关，重力势能为零的静止物体机械能为零，但内能永不为零，A错误，B正确；绝热容器停止运动，内部气体的机械能转化为内能，温度升高，C正确,D错误．12．关于内能、温度和热量，下列说法中正确的是(）A．物体的温度升高时,一定吸收热量B．物体沿斜面下滑时，内能将增大C