2024年新教材高中物理3.1功热和内能的改变讲义新人教版选择性必修第三册

PAGE1．功、热和内能的变更核心素养学习目标物理观念知道焦耳的两个试验，功与内能变更及热与内能变更的数量关系。科学思维驾驭焦耳的两个试验的实质，理解功、热和内能变更的关系，会说明相关的现象，分析相关的问题。科学探究驾驭两个试验的探究过程，利用“做一做”体验功与内能变更的关系，学会视察与操作并与他人合作沟通，提高试验技能。科学看法与责任理解功、热与内能变更的实质，实事求是，培育主动探究科学的爱好，激发学习热忱。学问点1功和内能1．焦耳的试验(1)绝热过程：系统只由于外界对它做功而与外界交换__能量__，它不从外界__吸热__，也不向外界__放热__。(2)代表性试验①重物下落带动叶片搅拌容器中的水，引起水温__上升__；②通过电流的__热效应__给水加热。(3)试验结论：要使系统状态通过绝热过程发生变更，做功的数量只由过程始末两个状态确定，而与做功的__方式__无关。2．功和内能(1)内能：任何一个热力学系统都必定存在一个只依靠于系统__自身状态__的物理量，这个物理量在两个状态间的差别与外界在__绝热__过程中对系统所做的功相联系。鉴于功是能量__变更__的量度，所以这个物理量必定是系统的一种能量，我们把它称为系统的内能。(2)功和内能：在绝热过程中，外界对系统做的功等于系统内能的变更量，即__ΔU＝W__。说明：在热力学系统的绝热过程中，外界对系统所做的功仅由过程的始末两个状态确定，不依靠于做功的详细过程和方式。学问点2热和内能1．热传递(1)条件：物体的__温度__不同。(2)定义：两个__温度__不同的物体相互接触时，温度高的物体要降温，温度低的物体要升温，__热量__从高温物体传到了低温物体。2．热和内能(1)热量：它是在单纯的传热过程中系统__内能__变更的量度。(2)表达式：__ΔU＝Q__。(3)热传递与做功在变更系统内能上的异同：①做功和热传递都能引起系统__内能__的变更。②做功时是内能与其他形式能的__转化__；热传递只是不同物体(或一个物体的不同部分)之间__内能的转移__。留意：我们不能说物体具有多少热量，只能说某一过程中物体汲取或放出了多少热量。探究功和内能┃┃情境导入__■“火”不但可以用来取暖，还可以用来加热食物，“火”把人类带入了文明的殿堂。我们的祖先很早就独创了“钻木取火”的用具，使人们不再仅仅依靠自然的“赏赐”而得到“火”。你知道“钻木取火”的道理吗？提示：做功可以变更物体的内能，“钻木取火”就是通过外力做功，机械能转化为内能。木材内能增加，温度达到着火点而燃烧。┃┃要点提炼__■1．内能与内能变更(1)物体的内能是指物体内全部分子热运动的动能和分子势能之和。(2)当物体温度变更时，分子平均动能变更。物体体积变更时，分子势能发生变更，即物体的内能是由它的状态确定的，且物体的内能变更只由初、末状态确定，与中间过程及方式无关。2．做功与内能变更的关系(1)做功变更物体内能的过程是其他形式的能(如机械能)与内能相互转化的过程。(2)在绝热过程中，外界对物体做多少功，就有多少其他形式的能转化为内能，物体的内能就增加多少。3．功和内能的区分(1)功是过程量，内能是状态量。(2)在绝热过程中，做功肯定能引起内能的变更。(3)物体的内能大，并不意味着做功多。在绝热过程中，只有内能变更较大时，对应着做功较多。特殊提示(1)外界对某一系统做功时，系统的内能不肯定增加，还要看该系统有没有向外放热，以及向外放热的多少。(2)在绝热过程中，系统内能的增加量等于外界对系统所做的功。┃┃典例剖析__■典例1(多选)用密封性好、充溢气体的塑料袋包袱易碎品，如图所示。充气袋四周被挤压时，假设袋内气体与外界无热交换，则袋内气体(AC)A．体积减小，内能增大B．体积减小，压强减小C．对外界做负功，内能增大D．对外界做正功，压强减小解题指导：(1)气体体积减小，外界对气体做正功。(2)应用做功与内能变更的关系推断内能的变更。解析：实际气体在温度不太低、压强不太大时可看成志向气体。充气袋被挤压，气体体积减小，外界对气体做正功，则W＞0，由于袋内气体与外界无热交换，即Q＝0，依据做功与内能变更的关系知，内能增大，温度上升，选项A、C正确；依据志向气体状态方程eq\f(pV,T)＝C可推断压强肯定增大，选项B、D错误。┃┃对点训练__■1．如图所示，在紫铜管内滴入乙醚，盖紧管塞。用手拉住绳子两端快速往复拉动，管塞会被冲开。管塞被冲开前(D)A．外界对管内气体做功，气体内能增大B．管内气体对外界做功，气体内能减小C．管内气体内能不变，压强变大D．管内气体内能增大，压强变大解析：克服绳与金属管间的摩擦做功，使管壁内能增大，温度上升。通过热传递，乙醚的内能增大，温度上升，直至沸腾，管塞会被冲开。管塞被冲开前管内气体内能增大，压强变大。选项D正确。探究功、内能、热量和温度的区分与联系┃┃情境导入__■(1)用铁锤反复敲击铁棒，铁棒的温度会上升，把铁棒放在火上烧，铁棒的温度也会上升，这说明白什么问题？提示：说明做功和热传递都能变更物体的内能。(2)如图所示是热传递的三种方式——传导、对流和辐射，请在图片基础上思索以下问题：①这三种方式在传递能量时有什么共同点？②热传递和做功都可以变更物体的内能，这两种方式在变更物体内能时本质上又有什么不同？提示：①热量总是从温度高的物体向温度低的物体传递。②做功是其他形式的能与内能之间的转化，热传递是物体内能之间的转移。┃┃要点提炼__■1．内能与温度从宏观看，温度表示的是物体的冷热程度；从微观看，温度反映了分子热运动的激烈程度，是分子平均动能的标记。物体的温度上升，其内能肯定增加。但向物体传递热量，物体的内能却不肯定增加(可能同时对外做功)。2．热量和内能内能是由系统状态确定的，状态确定，系统的内能也随之确定，要使系统的内能发生变更，可以通过热传递或做功两种途径来完成。而热量是传递过程中的特征物理量，和功一样，热量只是反映物体在状态变更过程中所迁移的能量，是用来衡量物体内能变更的。有过程，才有变更，离开过程，毫无意义。就某一状态而言，只有“内能”，根本不存在什么“热量”和“功”，因此，不能说一个系统中含有“多少热量”或“多少功”。3．热量与温度热量是系统的内能变更的量度，而温度是系统内大量分子做无规则运动猛烈程度的标记。热传递的前提条件是两个系统之间要有温度差，传递的是热量而不是温度。特殊提示只要存在温度差，热传递过程就会进行，与原来物体内能的多少大小无关。热传递过程能量可以由内能大的物体传到内能小的物体上，也可以由内能小的物体传到内能大的物体上。┃┃典例剖析__■典例2对于热量、功、内能三个物理量，下列各种说法中正确的是(D)A．热量、功、内能的物理意义等同B．热量、功都可以作为物体内能的量度C．热量、功、内能的单位不相同D．热量和功是由过程确定的，而内能是由物体状态确定的解题指导：求解此题应把握以下三点：(1)明确功、热量、内能的物理意义；(2)明确功、热量、内能分别是过程量还是状态量；(3)功、热量、内能的单位相同。解析：物体的内能是物体的全部分子动能和分子势能的总和，而要变更物体的内能，可以通过做功和热传递两种方式，这三者的物理意义不同，故选项A错误；热量是热传递过程中，物体内能的变更量，而不是内能的量度，故选项B错误；热量、功、内能三者的单位一样，都是焦耳(J)，故C项错误；热量和功是量度物体内能的转移或转化的，而物体的内能是由物体本身所处的状态，即温度、体积、摩尔数确定的，故选项D正确。┃┃对点训练__■2．下列说法中正确的是(A)A．做功和热传递是变更物体内能的两种不同的物理过程B．做功和热传递在变更物体内能上是等效的，因此对物体做功就是对物体传热C．热量是热传递过程中，内能大的物体向内能小的物体或物体内能大的部分向内能小的部分转移的内能大小的量度D．高温物体具有的热量多，低温物体具有的热量少解析：做功和热传递是变更物体内能的两种不同的物理过程，故A正确；做功和热传递在变更物体内能上是等效的，但是对物体做功与对物体传热的本质是不同的，故B错误；热量是热传递过程中，温度高的物体向温度低的物体或物体温度高的部分向温度低的部分转移的内能大小的量度，故C错误；热量是热传递过程中，内能变更的量度，是过量程，故D错误。核心素养提升做功和热传递在变更物体内能上的关系变更内能的两种方式的比较：比较项目做功热传递内能变更外界对物体做功，物体的内能增加；物体对外界做功，物体的内能削减物体汲取热量，内能增加；物体放出热量，内能削减物理实质其他形式的能与内能之间的转化不同物体间或同一物体不同部分之间内能的转移相互联系做肯定量的功或传递肯定量的热量在变更内能的效果上是相同的案例(多选)器壁透热的气缸固定在恒温环境中，如图所示。气缸内封闭着肯定量的气体，气体分子间相互作用的分子力可以忽视不计，当缓慢推动活塞Q向左运动的过程中，下列说法正确的是(BC)A．活塞对气体做功，气体的内能增加B．活塞对气体做功，气体的平均动能不变C．气体的单位分子数增大，压强增大D．气体向外散热，内能削减解析：解决本题的关键是理解缓慢推动活塞Q的物理含义，推动活塞Q使活塞对气体做功，原来气体的温度应上升，但是由于缓慢推动活塞，所以使气体增加的内能又以热量的形式释放到四周环境中，由于环境温度恒定，所以气缸内气体的温度不变，内能不变，气体的平均动能不变，A、D错误，B正确；由于气体被压缩，气体单位体积内的分子数增大，所以单位面积上，气缸受到气体分子的碰撞次数增多，因此气体的压强增大，C正确。1．如图所示，瓶内装有少量的水，瓶口已塞紧，水上方空气中有水蒸气，用打气筒向瓶内打气，当塞子从瓶口跳出时，瓶内出现“白雾”，这一现象产生的缘由可以用下面三句话说明：甲，水蒸气凝聚成小水珠；乙，瓶内气体推动瓶塞做功，内能减小；丙，温度降低。三句话正确的依次是(B)A．甲、乙、丙 B．乙、丙、甲C．丙、甲、乙 D．乙、甲、丙解析：依据题意因果依次的进程为：空气推动瓶塞做功——空气内能减小——瓶内空气温度降低——瓶内水蒸气液化成小水珠即“白雾”，而瓶塞跳起的缘由是用打气筒往瓶内打气使气体压强增大所致。2．如图所示，带有活塞的气缸中封闭着肯定质量的气体(不考虑分子势能)。将一个热敏电阻(电阻值随温度上升而减小)置于气缸中，热敏电阻与气缸外的欧姆表连接，气缸和活塞均具有良好的绝热性能。下列说法正确的是(D)A．若拉动活塞使气缸内气体体积增大，需加肯定的拉力，说明气体分子间有引力B．若拉动活塞使气缸内气体体积增大，则欧姆表读数将变小C．若发觉欧姆表读数变大，则气缸内气体内能肯定增大D．若发觉欧姆表读数变大，则气缸内气体内能肯定减小解析：气体分子间的距离已经超过分子间作用力所探讨的范围，所以不能说明分子间有引力，故A错误；若拉动活塞使气缸内气体体积增大，气体对外做功，内能减小，温度降低，电阻增大，则欧姆表示数将变大，故B错误；发觉欧姆表读数变大时，热敏电阻变大，说明温度降低，则气体内能减小，故C错误，D正确。3．关于热传递，下列说法中正确的是(B)A．热传递的实质是温度的传递B．物体间存在着温度差，才能发生热传递C．热传递可以在任何状况下进行D．物体内能发生变更，肯定是汲取或放出了热量解析：热传递的实质是能量的传递，故A错误；物体间存在着温度差，才能发生热传递，故B正确；热传递必需在有温度差的状况下进行，故C错误；物体的内能发生了变更，可能是由于发生了热传递，也可能是由于做功导致的，故D错误。4．(多选)如图所示，绝热的容器内密闭肯定质量的志向气体(不考虑分子间的作用力)，用电阻丝缓慢对其加热时，绝热活