人教版(新教材)高中物理选择性必修3学案1：3 1功热和内能的改变

人教版(新教材)高中物理选择性必修第三册PAGE1-第三章热力学定律3.1功、热和内能的改变学习目标1.了解焦耳的两个实验。掌握从热力学角度认识内能的概念。2.知道做功与内能改变的关系，知道传递的热量与内能变化的关系。3.知道做功和传热是改变内能的两种方式，且对改变系统内能是等效的。4.明确内能、功、热量、温度四个物理量的区别和联系。一、焦耳的实验如图：问题：如何求得该装置机械能的减少量?1.绝热过程：系统不从外界，也不向外界。2.代表性实验：(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.实验结论：要使系统状态通过绝热过程发生变化，做功的数量只由过程始末两个决定，而与无关。二、功和内能的改变1.内能：依赖于一个热力学系统的物理量，是热力学系统的一种能量。2.绝热过程中做功与内能变化的关系：。三、热和内能的改变1.传热：热量总是从物体向物体传递。2.热量和内能：(1)关系描述：热量是在单纯的传热过程中系统的量度。(2)公式表达：。知识点1做功与内能变化的关系1.做功与内能变化的关系：(1)做功改变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.功与内能的区别：(1)功是过程量，内能是状态量。(2)在绝热过程中，做功一定能引起内能的变化。(3)物体的内能大，并不意味着做功多。在绝热过程中，只有内能变化越大时，相应地做功才越多。特别提醒：(1)外界对某一系统做功时系统的内能不一定增加，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。〖思考·讨论1〗幼儿园里一般都有滑梯，小朋友沿滑梯下滑时屁股通常会感到发热，这是为什么?〖例1〗拥有私家车的人们越来越多，说明人们生活水平不断提高。某汽车的发动机汽缸内装有汽油与空气的混合气体，如图所示，要使该混合气体达到其燃点，则 ()A.迅速向外拉活塞 B.迅速向里推活塞C.缓慢向里推活塞 D.缓慢向外拉活塞〖例2〗下列过程中，主要通过做功方式改变物体内能的是()A.湿衣服中的水蒸发 B.水中的冰熔化C.池水在阳光的照射下温度升高 D.锤子敲击钉子后钉子变热〖规律方法〗分析绝热过程的方法(1)在绝热的情况下，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，系统内能减少，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，内能的变化ΔU也确定了。而功是能量转化的量度，所以ΔU=W，即W为恒量，这也是判断绝热过程的一种方法。〖跟进练习〗1.冬天站在室外时，人们习惯地搓着双手以取暖，这个过程中()A.人站着不动就没有做功B.即使双手光滑也能搓手取暖C.人体内的化学能转换为双手的机械能D.双手的内能转换为机械能2.在下面几幅图中，有关功与内能的说法中正确的是()A.图1中迅速下压活塞，棉花会燃烧起来，说明热传递可以使物体的温度升高B.图2中重物下落带动叶片转动，由于叶片向水传递热量而使水的温度升高C.图3中降落的重物使发电机发电，电流对水做功使水的温度升高D.做功和热传递都可以使物体的内能增加3.如图所示，一个质量为20kg的绝热汽缸竖直放置，绝热活塞的质量为5kg，面积为0.1m2，处于静止状态时被封闭气体的高度为50cm，现在活塞上方加一15kg的物体，待稳定后，被封闭气体的高度变为40cm。求在这一过程中气体的内能增加了多少?(p0=1.01×105Pa，g取10m/s2)知识点2：功、内能、热量和温度的区别与联系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剧烈程度，是分子平均动能的标志。物体的温度升高，其内能一定增加。但向物体传递热量，物体的内能却不一定增加(可能同时对外做功)。2.热量和内能：(1)内能是由系统的状态决定的，状态确定，系统的内能也随之确定。要使系统的内能发生变化，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化过程中所转移的能量，是用来衡量物体内能变化的，有过程，才有变化，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化的量度，而温度是系统内大量分子做无规则运动剧烈程度的标志。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化的量度，都是过程量，一定量的热量与一定量的功相当，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别。5.改变内能的两种方式的比较：比较项目做功传热内能变化外界对物体做功，物体的内能增加；物体对外界做功，物体的内能减少物体吸收热量，内能增加；物体放出热量，内能减少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一定量的功或传递一定量的热量在改变内能的效果上是相同的注意：(1)内能与热量的区别：内能是状态量，由系统的状态决定；热量是过程量，由传热过程决定。(2)内能的改变与热量的联系：在单纯的传热过程中，系统内能的增加量等于外界向系统传的热量。〖思考·讨论2〗如图所示是传热的三种方式——传导、对流和辐射，请在图片基础上思考以下问题：讨论：(1)这三种方式在传递能量时有什么共同点?(2)传热和做功都可以改变物体的内能，这两种方式在改变物体内能时本质上又有什么不同?〖例3〗关于热量、功和内能三个物理量，下列说法中正确的是()A.热量、功和内能三者的物理意义相同，只是说法不同B.热量、功都可以作为物体内能变化的量度C.热量、功和内能的单位不同D.功由过程决定，而热量和内能由物体的状态决定〖误区警示〗传热、做功和内能的改变的认知误区(1)误认为有传热或做功时，内能一定变化。如果只是做功或只是进行热量传递都会改变物体的内能，但是如果做功的同时还有热量的传递，则内能不一定会发生变化。(2)对做功与内能变化关系认识不清。在判断内能增加或减小时，一定要搞清是对内做功还是对外做功，是从外界吸收热量还是向外界放出热量。〖跟进练习〗4.关于物体内能与热量、做功的关系，以下说法正确的是()A.物体内能的多少可以用物体吸热或放热的多少来量度B.内能大的物体热量多C.两物体发生传热，达到平衡后，它们的内能必定相等D.做功和传热对于改变物体内能是等效的5.真空中两物体彼此接触，但它们之间没有发生传热，其原因是()A.它们具有相同的内能B.它们具有相同的分子平均速率C.它们具有相同的温度D.它们具有相等的比热随堂练习1.做功和传热是等效的，这里指的是()A.它们能使物体改变相同的温度B.它们能使物体改变相同的内能C.它们能使物体增加相同的热量D.它们本质上是相同的2.下列说法正确的是()A.物体放出热量，其内能一定减小B.物体对外做功，其内能一定减小C.物体吸收热量，同时对外做功，其内能可能增加D.物体放出热量，同时对外做功，其内能可能不变3.用酒精灯给试管中的水加热，如图所示，在软木塞冲出试管口的过程中，下列说法正确的是 ()A.水蒸气对软木塞做功，水蒸气的内能增大B.水蒸气的内能转化为软木塞的机械能C.能量的转化形式与热机压缩冲程能量转化相同D.软木塞的机械能守恒4.各种方法使物体的内能发生改变：a.电炉通电后发热；b.一杯开水放在桌面上冷却；c.阳光照射下冰块融化；d.锯木头时，锯片发烫；e.人坐在火炉旁取暖；f.用打气筒给自行车打气后，打气筒变热。其中属于做功使物体内能改变的是________；属于传热使物体内能改变的是________。

▁▃▅▇█参*考*答*案█▇▅▃▁一、〖提*示〗：机械能的减少由水的质量和升高的温度以及水的比热容求得。1.吸热、放热2.(1)上升(2)热效应3.状态、做功的方式二、1.自身状态2.ΔU=W。三、1.高温、低温2.(1)统内能变化(2)ΔU=Q。〖思考·讨论1〗〖提*示〗：小朋友沿滑梯下滑时克服摩擦力做功，内能增加。〖例1〗〖解析〗选B。气体压缩时外界对气体做功内能增大，气体膨胀时气体对外做功内能减少。将装有汽油与空气的混合气体的汽缸中的活塞迅速向里推，该汽缸内混合气体来不及与外界发生热交换，可以看作绝热过程，同时由于外界通过活塞对该气体做功，使该混合气体的内能增加，温度升高，从而达到汽油燃点，故B对。〖例2〗〖解析〗选D。湿衣服中的水蒸发是因为传热，故A错误；水中的冰熔化是因为传热，故B错误；池水在阳光的照射下温度升高是热传递，故C错误；锤子敲击钉子后钉子变热是因为锤子对钉子做功转化为热量，故D正确。〖跟进练习〗1.〖解析〗选C。搓着双手以取暖，是通过克服摩擦力做功发热取暖的，是人体内的化学能转化为双手的机械能，再通过克服摩擦力做功转化为内能，若双手光滑，就无法克服摩擦力做功，无法取暖，故A、B、D错误，C正确。2.〖解析〗选D。图1中通过压缩活塞对空气做功，气体内能增加，温度升高，达到棉花着火点，使棉花燃烧，并非是热传递使温度升高，故A错误；图2中重物下落带动叶片转动，由叶片对水做功而使水的温度升高，故B错误；图3中降落的重物使发电机发电，电流对电阻做功使电阻发热，然后电阻把热量传递给水，使水的温度升高，故C错误；做功和热传递都可以使物体的内能增加，故D正确。3.1030J〖解析〗由于汽缸及活塞均绝热，故外界对气体所做的功全部转化为气体的内能，即ΔU=W外=(m活塞+m物体)gΔh+p0SΔh=(5+15)×10×0.1J+1.01×105×0.1×0.1J=1030J。〖思考·讨论2〗(1)〖提*示〗：热量从高温处向低温处传递。(2)〖提*示〗：传热改变内能是能量的转移过程，做功改变内能是能量的转化过程。〖例3〗〖解析〗选B。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，热量和功都可以作为物体内能变化的量度，故B正确；热量、功和内能的单位相同，都是焦耳，故C错误；功和热量由过程决定，内能由物体的状态决定，故D错误。〖跟进练习〗4.〖解析〗选D。物体的内能的变化可以用物体吸热或放热的多少来量度，故A错误。热量是传热的能量多少的量度，不是内能的量度，故B错误。物体发生传热，达到平衡后，温度相等，而不是内能相等，内能除了与温度有关，还与物质的量有关，故C错误。做功和传热对于改变物体内能是等效的，故D正确。5.〖解析〗选C。因为发生传热的条件是有温度差，如果两物体没发生传热，肯定是具有相同的温度。故选C。随堂练习1.〖解析〗选B。做的功与传递的热量相等时，物体内能的改变是相等的，由于不同的物体的比热不同，质量也可能不同，温度的改变不一定相同，故A错误。改变物体内能的方法有两种：做功和传热。两种方法对改变物体的内能来说是等效的，即做的功与传递的热量相等时，物体内能的改变是相等的，故B正确。做的功与传递的热量相等时，物体内能的改变是相等的，不能说一定增加相等的热量，故C错误。做功是把其他形式的能量转化为内能，而传热是物体之间内能的转移，二者本质不同，故D错误。2.〖解析〗选C。改变内能有两种方式——做功和传热，物体放出热量，内能不一定减少，物体对外做功，内能也不一定减少，选项A、B错误；物体吸收热量大于对外做功，内能可能增加，选项C正确；物体放出热量，同时对外做功，其内能一定减少，选项D错误。3.〖解析〗选B。水蒸气对软木塞做功，水蒸气内能减小，温度降低，故A错误；软木塞冲出的过程中是水蒸气的内能转化为