3-1功、热和内能的改变(人教版2019选择性必修第三册)(解析版)

第1节功、热和内能的改变【知识梳理与方法突破】一、功与内能的改变1.做功与内能的变化的关系（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；物体对外界做多少功，就有多少内能转化为其他形式的能，物体的内能就减少多少。用式子表示为：ΔU=U2.功和内能的区别（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，只有内能变化较大时，对应着做功较多。【例1】下列四个物理过程，属于通过做功来改变物体内能的是（

）A．铁丝在酒精灯火焰上灼烧变热B．灼烧变热的铁丝逐渐冷却到常温C．陨石落到地球上后又逐渐恢复到本来颜色D．陨石进入大气层后逐渐变成火红球体【答案】D【详解】A．铁丝在酒精灯火焰上灼烧变热，是通过热传递改变物体的内能，A不符合题意；B．灼烧变热的铁丝逐渐冷却到常温，是通过热传递改变物体的内能，B不符合题意；CD．陨石进入大气层后与空气摩擦而发光发热，即空气阻力对陨石做功，使得内能增加，温度升高，变成火红球体；当陨石落到地球上后，通过热传递，温度又慢慢降低，直至恢复到本来颜色，C不符合题意，D符合题意。故选D。【针对训练1】如图所示，对于图片中所描述的物理过程，下列分析中正确的是（

）A．图甲，厚玻璃内的空气被压缩，空气的内能减少B．图乙，瓶子内的空气推动塞子跳起，空气的内能增大C．图丙，试管内的水蒸气推动了塞子冲出去，水蒸气的内能减少D．图丁，气缸内的气体推动活塞向下运动时，气体的内能增大【答案】C【详解】A．图甲，厚玻璃内的空气被压缩时，活塞对空气做功，瓶内空气温度升高，空气的内能增加，故A错误；B．图乙，瓶子内的空气推动塞子跳起时，空气对活塞做功，空气的内能减小，故B错误；C．图丙，试管内的水蒸气推动了塞子冲出时，水蒸气对塞子做功，水蒸气的内能减少，故C正确；D．图丁，汽缸内的气体推动活塞向下运动时（即做功冲程），内能转化为机械能，气缸内气体的内能减少，故D错误。故选C。二、热与内能的改变1.传递的热量与内能改变的关系（1）在单纯热传递中，系统从外界吸收多少热量，系统的内能就增加多少，即Q吸（2）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2.改变内能的两种方式的比较项目做功热传递内能变化在绝热过程中，外界对物体做功，物体的内能增加；物体对外界做功，物体的内能减少在单纯热传递过程中，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转移联系都能引起系统内能的改变【例2】在以下事例中，通过热传递的方式来改变物体内能的是()A．两小球碰撞后粘合起来，同时温度升高B．冬天暖气为房间供暖C．点燃的爆竹在空中爆炸D．汽车的车轮与地面相互摩擦发热【答案】B【详解】A．改变内能的方式有两种：做功和热传递。热传递指内能的转移，而不是其他形式的能转化为内能，两小球碰撞后粘在一起，温度升高，是机械能转化为内能，故A错误；B．冬天暖气为房间供暖，是通过热传递的方式来改变物体内能的，故B正确；C．点燃的爆竹在空中爆炸，是化学能转化为了内能，故C错误；D．车轮与地面摩擦生热，是机械能转化为内能，故D错误。故选B。【针对训练2】下列说法中正确的是（

）A．做功和传热是改变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，物体的内能一定增大C．物体向外界放热，物体的内能一定增大D．物体内能发生了改变，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【答案】AD【详解】A．做功和传热改变物体内能的本质不同，因为做功的过程一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；BCD．物体内能的变化取决于做功和传热两种途径，单就一个方面的改变不足以断定其内能的变化情况，BC错误，D正确。故选AD。【巩固提升】1．图所示的事例中，通过热传递的方式改变物体内能的是（

）A．锯木头的锯条发热 B．划火柴点火 C．烧水时水温升高 D．铁丝来回弯折温度升高【答案】C【详解】A．锯木头锯条发热是摩擦生热，是利用做功来改变物体内能的，A错误；B．划火柴点火，属于擦燃，是摩擦生热，是利用做功来改变物体内能的，B错误；C．烧水时水温升高，是水从火吸热，是通过热传递改变了物体的内能，C正确；D．铁丝来回弯折温度升高，是利用做功来改变物体内能的，D错误．2．在一个绝热汽缸里，若因气体膨胀，活塞把重物逐渐举高，则在这个过程中，汽缸中的气体（可视为理想气体）（）A．温度升高 B．温度降低C．内能增加 D．内能减少【答案】BD【详解】汽缸绝热，封闭气体膨胀对活塞做功，气体的内能减少。理想气体的内能只与气体的温度有关，可知气体内能减少，温度降低。故选BD。3．对于热量、功和内能三个量，下列说法正确的是（）A．热量、功和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【详解】热量、功和内能的国际单位都是焦耳，但热量、功和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。故选CD。4．图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A．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【详解】筒内气体不与外界发生热交换，当气体体积变小时，则外界对气体做功，外界对气体做功使气体的内能增大．A正确．5．如图，在研究功与内能改变的关系时，将一小块易燃物放在厚玻璃筒底部，用力向下压活塞，可以将易燃物点燃。关于该实验，下列说法正确的是（）A．筒内气体，在被压缩的同时从外界迅速吸收热量，导致气体温度升高B．只要最终筒内气体压强足够大，筒内易燃物就会被点燃C．若实验中易燃物被点燃，是活塞与筒壁间摩擦生热导致的D．该实验成功的关键是向下压活塞的力要大，速度要快【答案】D【详解】A．筒内气体在被压缩时外界对气体做功，导致气体温度升高，由于是迅速被压缩，从外界吸收热量很少，选项A错误；B．易燃物能否被点燃与筒内气体的压强大小无关，选项B错误；C．压缩气体时，活塞与筒壁间摩擦生热很少，不至于把易燃物点燃，选项C错误；D．该实验成功的关键是向下压活塞的力要大，速度要快，即使气体快速被压缩，与外界绝热，才能使气体内能迅速增大，温度升高，选项D正确。故选D。6．如图所示是焦耳研究热与功之间关系的两个典型实验，那么从焦耳的这两个实验中可得出的结论是（）A．系统状态的改变只能通过传热来实现B．机械能守恒C．在各种不同的绝热过程中，系统状态的改变与做功方式无关，仅与做功数量有关D．在各种不同的绝热过程中，系统状态的改变不仅与做功方式有关，还与做功数量有关【答案】C【详解】焦耳通过多次实验，最后得到的结论是∶在各种不同的绝热过程中，系统状态的改变与做功方式无关，仅与做功数量有关。故选C。7．如图，一绝热容器被隔板K隔开成a、b两部分。已知a内有一定量的稀薄气体，b内为真空。抽开隔板K后，a内气体进入b，最终达到平衡状态。在此过程中（）A．气体对外界做功，内能减少B．气体不做功，内能不变C．气体压强变小，温度降低D．外界对气体做功，内能增加【答案】B【详解】ABD．因b内为真空，抽开隔板K后，a内气体对外界不做功，由于容器绝热，则内能不变，故AD错误，B正确；C．稀薄气体可看作理想气体，其内能只与温度有关，气体的内能不变，温度也不变，由p1V1＝p2V2又V1<V2知p1>p2即气体压强变小，故C错误。故选B。8．如图所示，绝热的汽缸与绝热的活塞A、B密封一定质量的理想气体后水平放置在光滑地面上，不计活塞与汽缸壁的摩擦，现用电热丝给汽缸内的气体加热，在加热过程中，下列说法正确的是（）A．汽缸仍保持静止B．活塞A、B均向左移动C．密封气体的内能一定增加D．汽缸中单位时间内作用在活塞A和活塞B上的分子个数相同【答案】AC【详解】A．对汽缸整体分析，外部各个方向上受到大气的压力平衡，所以汽缸保持静止，故A正确；BC．用电热丝给汽缸内的气体加热后，汽缸内的气体温度升高，内能增大，压强变大，活塞A、B均向外运动，故B错误，C正确；D．活塞A的面积大于活塞B的面积，单位时间内作用在活塞A和活塞B上的分子个数不同，故D错误。故选AC。9．如图所示，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，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，则对被密封的气体，下列说法不正确的是（）A．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E．分子的平均动能增加，分子对器壁的单位面积碰撞的冲力增大【答案】ABD【详解】用压力向下压活塞时，外界对气体做功，因和外界没有热交换，可知气体的内能增加；气体的温度升高，气体分子的平均动能增加，分子对器壁单位面积碰撞的冲力增大；由理想气体状态方程可知，温度升高、气体体积减小，故气体的压强增大，CE正确，不符合题意；ABD错误，符合题意。故选ABD。10．如图所示，透明瓶内有一些水，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，此时观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，