新教材2025版高中物理第三章热力学定律1.功热和内能的改变学生用书新人教版选择性必修第三册

1.功、热和内能的变更素养目标1.能够知道功、热量和内能的概念．(物理观念)2．能够知道变更内能的两种方式．(科学思维)3．能够驾驭变更物体内能与做功和传热的关系．(科学探究)自主落实·必备学问全过关一、功和内能1．焦耳的试验(1)绝热过程：系统不从外界________，也不向外界________的过程．(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________；②通过电流的________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________无关．2．功与内能的变更状态量(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________的物理量，这个物理量在两个状态间的差别与外界在________过程中对系统所做的功相联系．鉴于功是能量________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．过程量(2)功和内能：在绝热过程中，系统内能的变更量等于外界对系统做的功与做功方式无关，即________．二、热与内能的变更1．传热(1)条件：物体的温度不同．(2)定义：两个__________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，________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________变更的量度．(2)表达式：________．两种方式变更内能的效果是等效的(3)传热与做功在变更系统内能上的异同：①做功和传热都能引起系统________的变更．②做功时是内能与其他形式的能发生________；传热只是不同物体(或一个物体的不同部分)之间________________．情境体验原始社会，人们靠钻木取火，你知道其中的道理吗？合作探究·实力素养全提升探究一做功与内能变更的关系情境探究幼儿园里一般都有滑梯，小挚友沿滑梯下滑时屁股通常会感到发热．这是为什么？还有其他方式能达到同样效果吗？核心归纳1.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．2．功与内能的区分：(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，只有内能变更越大时，相应做的功才越多．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．应用体验题型1焦耳的试验例1如图所示是焦耳探讨热与功之间关系的两个典型试验装置图，那么从焦耳的这两个试验中可得出的结论是()A．热量可由高温物体传给低温物体B．机械能守恒C．在各种不同的绝热过程中，系统状态的变更与做功方式无关，仅与做功数值有关D．功和热量是完全等价的，无区分题型2做功与内能变更的关系例2如图所示，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．用打气筒渐渐向容器内打气，使容器内的压强增大到肯定程度，这时读出温度计示数．打开卡子，胶塞冲出容器口后，下列说法正确的是()A.温度计示数变大，试验表明气体对外界做功，内能削减B．温度计示数变大，试验表明外界对气体做功，内能增加C．温度计示数变小，试验表明气体对外界做功，内能削减D．温度计示数变小，试验表明外界对气体做功，内能增加规律方法分析绝热过程的方法(1)在绝热的状况下，若外界对系统做正功，系统内能增加，ΔU为正值；若系统对外界做正功，系统内能削减，ΔU为负值．此过程做功的多少为内能转化的量度．(2)在绝热过程中，内能和其他形式的能一样也是状态量，气体的初、末状态确定了，即在初、末状态的内能也相应地确定了，内能的变更量ΔU也确定了．而功是能量变更的量度，所以ΔU＝W，即W为恒量，这也是推断绝热过程的一种方法．针对训练1.(多选)某汽车后备箱内安装有撑起箱盖的装置，它主要由汽缸和活塞组成．开箱时，密闭于汽缸内的压缩气体膨胀，将箱盖顶起，如图所示．在此过程中，若缸内气体与外界无热交换，忽视气体分子间的相互作用，则缸内气体()A．对外做正功，分子的平均动能减小B．对外做正功，内能增大C．对外做负功，分子的平均动能增大D．对外做正功，内能减小探究二功、内能、热量和温度的区分与联系情境探究如图所示是传热的三种方式——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)传热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？核心归纳1.内能与温度：从宏观上看，温度表示的是物体的冷热程度；从微观上看，温度反映了分子热运动的猛烈程度，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：(1)内能是由系统的状态确定的．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，可以通过传热和做功两种方式来完成．(2)热量是传热过程中的特征物理量，热量只是反映物体在状态变更过程中所转移的能量，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．(3)对某一状态而言，只有“内能”，根本不存在“热量”和“功”．不能说一个系统中含有多少热量．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．传热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．4．热量与功：热量和功都是系统内能变更的量度，都是过程量，肯定量的热量与肯定量的功相当，热量可以通过系统转化为功，功也可以通过系统转化为热量，但它们之间有着本质的区分．5．变更内能的两种方式的比较：比较项目做功传热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应用体验例3[2024·滨州高二检测](多选)下列说法中正确的是()A．做功和传热是变更物体内能的两种本质不同的物理过程，做功是其他形式的能和内能之间的转化，传热是物体内能的转移B．外界对物体做功，物体的内能肯定增大C．物体向外界放热，物体的内能肯定增大D．物体内能发生了变更，可能是做功引起的，也可能是传热引起的，还可能是两者共同引起的误区警示传热、做功和内能的变更的认知误区(1)误认为有传热或做功时，内能肯定变更．假如只是做功或只是进行热量传递都会变更物体的内能，但是假如做功的同时还有热量的传递，则内能不肯定会发生变更．(2)对做功与内能变更关系相识不清．在推断内能增加或减小时，肯定要搞清是对内做功还是对外做功，是从外界汲取热量还是向外界放出热量．针对训练2.[2024·泰安高二检测]如图所示，太阳能热水器是一种能够将太阳的光能转化为内能的装置．这种装置可以使装置内的水温度上升，这种变更水的内能的方式是()A．做功B．热传递C．既有做功也有热传递D．电流的热效应3．[2024·江苏江阴中学期中](多选)对于热量、功和物体的内能这三个物理量，下列叙述正确的是()A．热量、功、内能三者的物理意义相同B．热量和功都可以作为物体内能的量度C．系统内能增加了100J，可能是外界采纳绝热方式对系统做功100J，也可能是外界单纯地对系统传热100JD．热量和功是由过程确定的，而内能是由物体的状态确定的学以致用·随堂检测全达标1.关于传热，下列说法正确的是()A．传热是高温物体的温度传给低温物体B．不接触的物体之间不会发生传热C．比热容相同的物体之间不会发生传热D．温度相同的物体之间不会发生传热2．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，内能必定多C．在热传递过程中，内能多的物体其内能将削减，内能少的物体其内能将增加，直至两物体的内能相等D．热量是热传递过程中内能转移多少的量度3．肯定质量的气体经验一缓慢的绝热膨胀过程．设气体分子间的势能可忽视，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削减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削减4．(多选)对于实际的气体，下列说法正确的是()A．气体的体积变更时，其内能可能不变B．气体的内能包括气体分子热运动的动能C．气体的内能包括气体整体运动的动能D．气体的内能包括气体分子的重力势能5．(多选)如图所示，透亮瓶内有一些水，水的上方有水蒸气，用橡皮塞把瓶口封住，用气筒向瓶内打气，然后瓶塞会突然跳出，此时视察到瓶内有白雾产生．关于上述过程下列说法正确的有()A．快速向瓶内打入气体的过程，气体状态变更是等容变更B．快速向瓶内打入气体时，瓶内水蒸气分子密度保持不变C．瓶塞突然跳出瞬间，气体对外做功，瓶内气体温度降低D．瓶内瞬间形成的白雾是悬浮在气体中的小水滴1．功、热和内能的变更自主落实·必备学问全过关一、1．(1)吸热放热(2)①上升②热效应(3)详细过程和方式2．(1)自身状态绝热变更(2)ΔU＝W二、1．(2)温度热2．(1)内能(2)ΔU＝Q(3)内能转化内能的转移情境体验提示：钻木时摩擦力做功，产生内能，温度上升．合作探究·实力素养全提升探究一情境探究提示：小挚友沿滑梯下滑时克服摩擦力做功，内能增加．热传递可以达到同样效果．应用体验[例1]解析：焦耳通过多次试验，最终得到的结论是在各种不同的绝热过程中，系统状态的变更与做功方式无关，仅与做功数值有关，做功和传热产生的效果相同，但功和热量是不同的概念，故选项C正确．答案：C[例2]解析：打开卡子，胶塞冲出容器口瞬间，由于时间极短，故瓶内气体与外界无热交换，气体体积变大，气体对外做功，W<0，内能减小，温度降低，C正确．答案：C针对训练1．解析：气体膨胀，对外做正功，W<0，又因为缸内气体与外界无热交换，ΔU＝W，由此可知，气体内能减小，选项D正确；缸内气体忽视气体分子间的相互作用，即不考虑分子势能，分子的平均动能减小，选项A正确．答案：AD探究二情境探究提示：(1)热量从高温处向低温处传递．(2)传热变更内能是能量的转移过程，做功变更内能是能量的转化过程．应用体验[例3]解析：做功和传热变更物体内能的本质不同，因为做功的过程肯定是不同形式的能相互转化的过程，而传热是同种形式的能量(内能)在不同的物体之间或物体不同的部分之间传递或转移，A正确；物体内能的变更取决于做功和传热两种途径，单就一个方面的变更不足以断定其内能的变更状况，B、C错误，D正确．故选A、D.答案：AD针对训练2．解析：太阳能热水器是通过汲取太阳光的热量，通过热传递的方式将水加热的，故选B.答案：B3．解析：热量、功和内能是三个不同的物理量，它们的物理意义不同，故A错误；功与热量都是能量转化的量度，都可以作为物体内能变更的量度，但不是物体内能的量度，故B错误；对一个绝热过程ΔU＝W＝100J，对一个单纯传热过程ΔU＝Q＝100J，C正确；功和热量由过程确定，内能由物体的状态确定．故D正确．答案：CD学以致用·随堂检测全达标1．解析：A错：传热的实质是内能从高温物体转移到低温物体，传递的不是温度，传递的是热量．B错：不接触的物体之间可以通过热辐射的方式进行传热．C错：热量总是从温度高的物体传递给温度低的物体，和物体的比热容没有关系．D对：温度相同的物体之间不存在温度差，不会发生传热．答案：D2．解析：内能是物体内全部分子动能和势能的总和，宏观上看，其大小取决于物体的温度、体积、物质的量，温度高只能说明其分子的平均动能多，因为物质的量不肯定相同，所以并不能说明它的分子总动能多，更不能说明它的内能多，A错误；热量是一个过程量，说哪个物体具有热量是毫无意义的，且温度高内能也不肯定多，B错误；热传递的目的是传递内能，但是物体之间发生热传递的条件并不是内能不相等，而是温度不同，热传递的最终结果也不是内能相等，而是温度相同，C错误；热量是热传递过程中内能转移的量度，是一个过程量，D正确．答案：D3．解析：绝热膨胀过程气体体积增大，气体对外界做正功，外界对气体做负功，W<0，由ΔU＝W＝U2－U1知，气体的内能削减．由于气体分子间的势能可以忽视，分子总数不变，所以气体分子的平均动能削减．