高中物理第十章热力学定律第2节热和内能导学案新人教版选修33

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高中物理第十章热力学定律教案新人教版选修33

第十章热力学定律目录第十章热力学定律--------------------------------------------------------------------------------- 1 功和内能热和内能----------------------------------------------------------------------------- 1 考点一、功和内能关系的理解------------------------------------------------------------------- 2 考点二、热和内能----------------------------------------------------------------------------- 4 热力学第一定律能量守恒定律------------------------------------------------------------------ 8 考点一、热力学第一定律----------------------------------------------------------------------- 8二、能量守恒定律---------------------------------------------------------------------------- 10考点三、气体实验定律和热力学第一定律的综合应用---------------------------------------------- 12 热力学第二定律------------------------------------------------------------------------------- 16 考点一、宏观过程的方向性-------------------------------------------------------------------- 16 考点二、热力学第二定律的两种表述和热机------------------------------------------------------ 18 热力学第二定律的微观解释能源和可持续发展---------------------------------------------------- 22 考点一、热力学第二定律的微观意义------------------------------------------------------------ 22 考点二、熵---------------------------------------------------------------------------------- 24 考点三、能源和可持续发展-------------------------------------------------------------------- 25 专题提升------------------------------------------------------------------------------------- 28第十章热力学定律功和内能热和内能[目标定位] 1.知道做功可以改变物体的内能.2.知道热传递与内能变化的关系.3.知道热传递和做功对改变物体内能的等效结果．考点一、功和内能关系的理解1．内能(1)微观：所有分子的动能和势能之和．(2)宏观：只依赖于热力学系统自身状态的物理量．(3)状态量．2．功和内能变化的关系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＝U2－U1＝W；(2)系统对外界做功，系统内能减少，即W＝ΔU.3．内能与机械能的区别和联系(1)区别：内能与机械能是两个不同的概念．(2)联系：在一定条件下可以相互转化，且总量保持不变．例1如图1所示，活塞将汽缸分成甲、乙两气室，汽缸、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1A．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，内能的改变取决了做功的情况，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，气体对外界做功，内能就减小，故D选项正确．借题发挥(1)压缩气体，外界对气体做功，内能增大，温度升高，柴油机就是利用这个原理点火的．(2)在绝热过程中，末态内能大于初态内能时，ΔU为正，W为正，外界对系统做功．末态内能小于初态内能时，ΔU 为负，W为负，系统对外界做功．例2下列关于系统的内能的说法正确的是( )A．系统的内能是由系统的状态决定的B．分子动理论中引入的系统内能和热力学中引入的系统内能是一致的C．做功可以改变系统的内能，但单纯地对系统传热不能改变系统的内能D．气体在大气中绝热膨胀时对外做了功，但气体的内能不变答案AB解析系统的内能是一个只依赖于系统自身状态的物理量，所以是由系统的状态决定的，A对；正因为内能是由系统的状态决定的，所以分子动理论中引入的内能和热力学中引入的内能是一致的，B对；做功和热传递都可以改变系统的内能，C错；气体绝热膨胀时对外界做了功，又因为与外界没有热交换，所以系统的内能要减小，故D错．题组一做功与内能的变化1．用下述方法改变物体的内能，属于做功的方式是( )A．用锤子打铁时，铁块发热B．用磨刀石磨刀时，刀发热C．双手互搓，手发热D．用天然气烧水答案ABC解析A、B、C中的过程都是力对系统(铁块、刀、手)做功，内能增加和温度升高的过程．而D中用天然气烧水则是通过热传导和热对流来实现水温升高的．2．在给自行车轮胎打气时，会发现胎内空气温度升高，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，外界不断地对胎内气体做功答案 D解析给自行车轮胎打气，人对胎内气体做功，气体内能增加，所以温度升高．3．一定质量的气体封闭在绝热的汽缸内，当用活塞压缩气体时，一定增大的物理量有(不计气体分子势能)( ) A．气体体积B．气体分子密度C．气体内能D．气体分子的平均动能答案BCD解析绝热过程外力对系统做功，内能增加，温度升高，分子平均动能增加．4．如图1所示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解析因为M、N内被封气体体积减小，所以外界对气体做功，又因气体与外界没有热交换即绝热过程，所以ΔU ＝W，且ΔU>0，气体内能增加，A正确．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＝0.6．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不是由做功引起温度变化的，故选A、C.7．一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解析绝热膨胀过程是指气体膨胀过程未发生热传递，膨胀过程气体体积增大，气体对外界做功W＜0.由ΔU＝U2－U1＝W可知，气体内能减小．由于气体分子间的势能忽略，故气体分子的平均动能减少．考点二、热和内能1．传热和内能变化的关系系统在单纯传热过程中，内能的增量ΔU 等于外界向系统传递的热量Q ，即ΔU ＝Q .2．区分三组概念(1)内能与热量：内能是状态量，可以说系统具有多少内能而不能说传递多少内能；热量是过程量，不能说系统具有多少热量，只能说传递了多少热量．(2)热量与温度热量是系统的内能变化的量度，而温度是系统内部大量分子做无规则运动的激烈程度的标志．虽然热传递的前提是两个系统之间要有温度差，但是传递的是能量，不是温度．(3)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，功是能量变化的量度，但它们之间有着本质的区别．例3 一铜块和一铁块，质量相等，铜块的温度T 1比铁块的温度T 2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 ＝T 1＋T 22D ．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 都正确，选项B 错误；根据热平衡方程c 铜m (T 1－T )＝c 铁m (T －T 2)，解得T ＝c 铜T 1＋c 铁T 2c 铜＋c 铁，由此可知选项C 是错误的．例4 若对物体做1 200 J 的功，可使物体温度升高3 ℃，改用传热的方式，使物体温度同样升高3 ℃，那么物体应吸收________ J 的热量，如果对该物体做3 000 J 的功，物体的温度升高5 ℃，表明该过程中，物体应________(填“吸收”或“放出”)热量________ J.答案 1 200 放出 1 000解析做功和传热在改变物体内能上是等效的，因此物体用做功方式使温度升高3 ℃，如用吸热方式，也使温度升高3 ℃应吸收1 200 J 的热量．如对物体做功3 000 J，温度升高5 ℃，而物体温度升高5 ℃，需要的功或热量应为ΔE.1 200 J＝cm×3 ℃，ΔE＝cm×5 ℃，所以ΔE＝2 000 J.Q＝ΔE－W＝－1 000 J，因此物体应放出1 000 J的热量．题组二传热与内能的变化1．下列关于内能与热量的说法中，正确的是( )A．马铃薯所含热量高B．内能越大的物体热量也越多C．热量自发地从内能大的物体流向内能小的物体D．热量自发地从温度高的物体流向温度低的物体答案 D解析选项A是一种很常见的说法，但从物理学的角度来看，却有不妥，热量是过程量，不是状态量，不能像内能那样蕴含在物体中，选项A错；说法B与说法A存在相同的错误，此外，物体的内能与热量之间，在数量上没有必然联系，选项B错；两物体之间热量的流向只与它们的温度有关，与它们的内能无关，选项C错．2．在一个完全真空的绝热容器中放入两个物体，它们之间没有发生热传递，这是因为( )A．两物体没有接触B．两物体的温度相同C．真空容器不能发生热对流D．两物体具有相同的内能答案 B解析发生热传递的条件是有温度差，而与物体内能的多少、是否接触周围的环境(是否真空)无关，故选项B正确，A、C、D错误．题组三综合应用1．如图3所示，A、B是两个完全相同的球，分别浸没在水和水银的同一深度处，A、B两球用同一种材料制成，当温度稍微升高时，球的体积会明显变大，如果开始水和水银的温度相同，且两液体温度同时缓慢升高到同一值，两球膨胀后，体积相等，则( )图3A．A球吸收的热量较多B．B球吸收的热量较多C．两球吸收的热量一样多D．无法确定答案 B解析A、B两球升高同样的温度，体积变化又相同，则二者内能的变化相同，而B球是处在水银中的，B球膨胀时受到的压力大，对外做功多，因此B球吸收热量较多一些．2．在外界不做功的情况下，物体的内能增加了50 J，下列说法中正确的是( )A．一定是物体放出了50 J的热量B．一定是物体吸收了50 J的热量C．一定是物体分子动能增加了50 JD．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，一定是吸收了相等能量的热量，故A错，B对；物体内能包括所有分子的动能和势能，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50 J并不一定是分子动能增加了50 J．物体的分子平均动能有可能不变，这时吸收的50 J热量全部用来增加分子势能．3．如图4所示的容器中，A、B中各有一个可自由移动的活塞，活塞下面是水，上面是大气，大气压恒定，A、B的底部由带阀门K的管道相连，整个装置与外界绝热．打开阀门前，A中水面比B中水面高，打开阀门后，A中的水逐渐向B中流，最后达到同一高度，在这个过程中( )图4A．大气压力对水做功，水的内能增加B．水克服大气压力做功，水的内能减少C．大气压力对水不做功，水的内能不变D．大气压力对水不做功，水的内能增加答案 D解析打开阀门K稳定后，容器A、B中的水面相平，相当于图中画斜线部分的水从A移到B，这部分水的重力势能减少了，即重力对水做了功，同时大气压力对A容器中的水做正功为p0S A h A，对B容器中的水做负功为p0S B h B，因为两部分水的体积相等，所以大气压力对水做的总功为零．由于容器绝热，系统与外界之间没有热交换，而重力对系统做正功，故水的内能增加．4．某同学做了一个小实验；先把空的烧瓶放入冰箱冷冻，一小时后取出烧瓶，并迅速把一个气球紧密地套在瓶颈上，然后将烧瓶放进盛满热水的烧杯里，气球逐渐膨胀起来，如图5所示．这是因为烧瓶里的气体吸收了水的____________，温度____________，体积________．图5(2)若只对一定质量的理想气体做1 500 J的功，可使其温度升高5 K．若改成只用热传递的方式，使气体温度同样升高5 K，那么气体吸收________ J的热量．如果对该气体做了2 000 J的功，使其温度升高了5 K，表明在该过程中，气体还________(选填“吸收”或“放出”)热量________J.答案(1)热量升高增大(2)1 500 放出500解析(1)烧瓶和烧瓶内的气体要从热水杯中吸收水的热量，温度升高，体积增大．(2)做功和热传递都可以改变物体的内能，且是等效的．5．关于热传递，下列说法中正确的是( )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．热传递可以在任何情况下进行D．物体内能发生改变，一定是吸收或放出了热量答案 B解析热传递的实质是物体间内能的转移，故A错；热传递的条件是物体间存在温度差，高温物体放出热量，低温物体吸收热量，若两物体温度相同，它们之间便不再发生热传递，即达到了热平衡，故B对，C错；物体吸收或放出热量，内能会发生变化，但内能变化不一定是热传递引起的，还可以通过做功的方式实现，故D错．6．对于热量、功和内能，三者的说法正确的是( )A．热量、功、内能三者的物理意义等同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．热量和功是由过程决定的，而内能是由物体状态决定的答案 D解析物体的内能是指物体内所有分子动能和分子势能的总和，而要改变物体的内能可以通过做功或热传递两种途径，这三者的物理意义不同，A错；热量是表示在热传递过程中物体内能变化多少的，而功是量度用做功的方式来改变物体内能多少的，B错；三者单位都是焦耳，C错；热量和功是过程量，内能是状态量，D正确．热力学第一定律能量守恒定律[目标定位] 1.理解热力学第一定律，并掌握其表达式.2.能运用热力学第一定律解释自然界能量的转化、转移问题.3.理解能量守恒定律，知道能量守恒定律是自然界普遍遵从的基本规律.4.知道第一类永动机是不可能制成的．考点一、热力学第一定律1．对热力学第一定律的理解(1)对ΔU＝W＋Q的理解：做功和热传递都可以改变内能，如果系统跟外界同时发生做功和热传递的过程，那么外界对系统所做的功W加上物体从外界吸收的热量Q等于系统内能的增加ΔU，即ΔU＝Q＋W.(2)对ΔU、Q、W符号的规定①功W：外界对系统做功，W>0，即W为正值；系统对外界做功，W<0，即W为负值．②热量Q：系统吸热为正，Q>0；系统放热为负，Q<0.③内能变化：系统内能增加，ΔU>0，即ΔU为正值；系统内能减少，ΔU<0，即ΔU为负值．2．判断是否做功的方法一般情况下外界对系统做功与否，需看系统的体积是否变化．(1)若系统体积增大，表明系统对外界做功，W<0；(2)若系统体积变小，表明外界对系统做功，W>0.例1空气压缩机在一次压缩中，活塞对空气做了2×105 J的功，同时空气的内能增加了1.5×105 J，这一过程中空气向外界传递的热量是多少？答案5×104 J解析选择被压缩的空气为研究对象，根据热力学第一定律有ΔU＝W＋Q.由题意可知W＝2×105 J，ΔU＝1.5×105 J，代入上式得Q＝ΔU－W＝1.5×105 J－2×105 J＝－5×104 J.负号表示空气向外释放热量，即空气向外界传递的热量为5×104 J.借题发挥应用热力学第一定律解题的一般步骤(1)明确研究对象是哪个物体或者是哪个热力学系统．(2)分别列出物体或系统吸收或放出的热量；外界对物体或系统所做的功或物体或系统对外所做的功．(3)根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W列出方程进行求解．(4)特别注意的是物理量的正负号及其物理意义．题组一热力学第一定律的应用1．关于物体内能的变化情况，下列说法中正确的是( )A．吸热的物体，其内能一定增加B．体积膨胀的物体，其内能一定减少C．放热的物体，其内能也可能增加D．绝热压缩的物体，其内能一定增加答案CD解析做功和传热都可以改变物体的内能，不能依据一种方式的变化就判断内能的变化．2．下列过程可能发生的是( )A．物体吸收热量，对外做功，同时内能增加B．物体吸收热量，对外做功，同时内能减少C．外界对物体做功，同时物体吸热，内能减少D．外界对物体做功，同时物体放热，内能增加答案ABD解析当物体吸收的热量多于对外做的功时，物体的内能就增加，A正确；当物体吸收的热量少于对外做的功时，物体的内能就减少，B正确；外界对物体做功，同时物体吸热，则物体的内能必增加，C错误；当物体放出的热量少于外界对物体做的功时，物体的内能增加，D正确．3．如图1所示是密闭的汽缸，外力推动活塞P压缩气体，对缸内气体做功800 J，同时气体向外界放热200 J，缸内气体的( )图1A．温度升高，内能增加600 JB．温度升高，内能减少200 JC．温度降低，内能增加600 JD．温度降低，内能减少200 J答案 A解析对一定质量的气体，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，ΔU＝800 J＋(－200 J)＝600 J，ΔU为正表示内能增加了600 J，对气体来说，分子间距较大，分子势能为零，内能等于所有分子动能的和，内能增加，气体分子的平均动能增加，温度升高，选项A正确．4．给旱区送水的消防车停于水平地面，在缓慢放水过程中，若车胎不漏气，胎内气体温度不变，不计分子间势能，则胎内气体( )A．从外界吸热B．对外界做负功C．分子平均动能减小D．内能增加答案 A解析胎内气体经历了一个温度不变、压强减小、体积增大的过程．温度不变，分子平均动能和内能不变．体积增大，气体对外界做正功．根据热力学第一定律气体一定从外界吸热．5．一定量的气体从外界吸收了2.6×105 J的热量，内能增加了4.2×105 J.(1)是气体对外界做了功，还是外界对气体做了功？做了多少焦耳的功？(2)如果气体吸收的热量仍为2.6×105 J不变，但是内能增加了1.6×105 J，计算结果W＝－1.0×105 J，是负值，怎样解释这个结果？(3)在热力学第一定律ΔU＝W＋Q中，W、Q和ΔU为正值、负值各代表什么物理意义？答案见解析解析(1)根据ΔU＝W＋Q得W＝ΔU－Q，将Q＝2.6×105 J，ΔU＝4.2×105 J代入式中得：W＝1.6×105 J>0，说明外界对气体做了1.6×105 J的功．(2)如果吸收的热量Q＝2.6×105 J，内能增加了1.6×105 J，即ΔU＝1.6×105 J，则W＝－1.0×105 J，说明气体对外界做功．(3)在公式ΔU＝W＋Q中，ΔU>0，物体内能增加；ΔU<0，物体内能减少．Q>0，物体吸热；Q<0，物体放热．W>0，外界对物体做功；W<0，物体对外界做功．6．关于内能的变化，以下说法正确的是( )A．物体吸收热量，内能一定增大B．物体对外做功，内能一定减少C．物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变D．物体放出热量，同时对外做功，内能可能不变答案 C解析根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，物体内能的变化与做功及热传递两个因素均有关，物体吸收热量，内能不一定增大，因为物体可能同时对外做功，故内能有可能不变或减少，A错；物体对外做功，还有可能吸收热量，内能可能不变或增大，B错，C正确；放出热量，同时对外做功，内能一定减少，D错误．7.一定量的气体在某一过程中，外界对气体做了8×104J的功，气体的内能减少了1.2×105J，则下列各式中正确的是( )A．W＝8×104 J，ΔU＝1.2×105 J，Q＝4×104 JB．W＝8×104 J，ΔU＝－1.2×105 J，Q＝－2×105 JC．W＝－8×104 J，ΔU＝1.2×105 J，Q＝2×104 JD．W＝－8×104 J，ΔU＝－1.2×105 J，Q＝－4×104 J答案 B解析因为外界对气体做功，W取正值，即W＝8×104 J；内能减少，ΔU取负值，即ΔU＝－1.2×105 J；根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可知Q＝ΔU－W＝－1.2×105 J－8×104 J＝－2×105 J，B选项正确．二、能量守恒定律1．不同形式的能量之间可以相互转化(1)各种运动形式都有对应的能，如机械运动对应机械能，分子热运动对应内能等．(2)不同形式的能量之间可以相互转化，如“摩擦生热”机械能转化为内能，“电炉取热”电能转化为内能等．2．能量守恒定律及意义各种不同形式的能之间相互转化或转移时能量的总量保持不变．意义：一切物理过程都适用，比机械能守恒定律更普遍，是19世纪自然科学的三大发现之一．3．第一类永动机是不可能制成的(1)不消耗能量而能源源不断地对外做功的机器，叫第一类永动机．因为第一类永动机违背了能量守恒定律，所以无一例外地归于失败．(2)永动机给我们的启示人类利用和改造自然时，必须遵循自然规律．(3)第一类永动机：人们把设想的不消耗能量的机器称为第一类永动机．(4)第一类永动机由于违背了能量守恒定律，所以不可能制成．例2如图1所示，直立容器内部被隔板隔开的A、B两部分气体，A的密度小，B的密度大，加热气体，并使两部分气体混合均匀，设此过程中气体吸热为Q，气体内能的增量为ΔU，则( )图1A．ΔU＝Q B．ΔU<QC．ΔU>Q D．无法比较答案 B解析因A部分气体密度小，B部分气体密度大，以整体为研究对象，开始时，气体的重心在中线以下，混合均匀后，气体的重心应在中线上，所以有重力做负功，使气体的重力势能增大，由能量守恒定律可知，吸收的热量Q有一部分增加气体的重力势能，另一部分增加内能．故正确答案为B.题组二能量守恒定律1．一颗子弹以某一水平速度击中了静止在光滑水平面上的木块，并从中穿出．对于这一过程，下列说法中正确的是( )A．子弹减少的机械能等于木块增加的机械能B．子弹减少的动能等于木块增加的动能C．子弹减少的机械能等于木块增加的动能与木块增加的内能之和D．子弹减少的动能等于木块增加的动能与子弹和木块增加的内能之和答案 D解析射穿木块的过程中，由于相互间摩擦力的作用使得子弹的动能减小，木块获得动能，同时产生热量，且系统产生的热量在数值上等于系统机械能的损失．A，B项没有考虑到系统增加的内能，C项中应考虑的是系统减少的机械能等于系统增加的内能．故正确答案为D.2．汽车关闭发动机后，沿斜面匀速下滑的过程中( )A．汽车的机械能守恒B．汽车的动能和势能相互转化C．汽车的机械能转化成内能，汽车的总能量减少D．汽车的机械能逐渐转化为内能，汽车的总能量守恒答案 C解析汽车能匀速下滑，一定受阻力作用，克服阻力做功，机械能转化为内能，一部分内能散发出去，汽车的总能量减少．3．一物体获得一定初速度后，沿着一粗糙斜面上滑，在上滑过程中，物体和斜面组成的系统( )A．机械能守恒B．总能量守恒C．机械能和内能增加D．机械能减少，内能增加答案BD解析物体沿斜面上滑的过程中，有摩擦力对物体做负功，所以物体的机械能减少，由能量守恒定律知，内能应增加，能的总量不变．4．如图2所示为冲击摆实验装置，一子弹水平射入沙箱后与沙箱合为一体，共同摆起一定的高度，则下面有关能量的转化的说法中正确的是( )图2A．子弹的动能转变成沙箱和子弹的内能B．子弹的动能转变成沙箱和子弹的热能C．子弹的动能转变成沙箱和子弹的动能D．子弹动能的一部分转变成沙箱和子弹的内能，另一部分动能转变成沙箱和子弹的机械能答案 D解析子弹射入沙箱的过程中，要克服摩擦阻力做功，一部分动能转变成沙箱和子弹的内能，另一部分动能转变成沙箱和子弹的机械能．5．自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，下列说法正确的是( )A．机械能守恒B．能量正在消失C．只有动能和重力势能的相互转化D．减少的机械能转化为内能，但总能量守恒答案 D解析自由摆动的秋千摆动幅度减小，说明机械能在减少，减少的机械能等于克服阻力做的功，增加了内能．考点三、气体实验定律和热力学第一定律的综合应用气体实验定律和热力学第一定律的结合点是温度和体积．注意三种特殊过程的特点：1．等温过程：内能不变，ΔU＝02．等容过程：体积不变，W＝03．绝热过程：Q＝0例3如图2所示，倒悬的导热汽缸中封闭着一定质量的理想气体，轻质活塞可无摩擦地上下移动，活塞的横截面积为S，活塞的下面吊着一个重为G的物体，大气压强恒为p0，起初环境的热力学温度为T0时，活塞到汽缸底面的。

人教版高中物理全套教案和导学案10.4《热力学第二定律》教案(新人教版选修3-3)

10.4 热力学第二定律【教学目的】1、了解某些热学过程的方向性2、了解什么是第二类永动机，为什么第二类永动机不可能制成3、了解热力学第二定律的两种表述，理解热力学第二定律的物理实质4、知道什么是能量耗散5、知道什么是热力学第三定律【教学重点】1、热力学第二定律的实质，定律的两种不同表述2、知道什么是第二类永动机，以及它不能制成的原因【教学难点】热力学第二定律的物理实质【教具】扩散装置【教学过程】○、引入学生答问：1、热力学第一定律的形式若何，符法则怎样？2、什么是第一类永动机？热力学第一定律和能量守恒定律具有相同的实质，表征的是能量转移或转化过程中总量不变。

既然能量只是在不停地转移或转化，而不会消失，我们为什么还在面临能源危机，还在不停地呼吁节约能源呢？我们今天来探讨一下这个问题——一、某些热学过程的方向性人们认识问题，总是先有素材，再有思索，然后才有理论的总结与上升。

我们先看这样的事实：根据初中学过的物理常识，我们知道热传导会在两个有温差的物体间产生，会自发的从高温物体传至低温物体，那么，热传导会不会从低温物体传至高温物体呢？不会。

我们把这种现象称之为——热传导的方向性在看另一个事实：表述教材P85图11-12的物理情形…（人们也做过理论上的预测：扩散既然是分子无规则运动引起，那么，原来A容器中的气体分子恰好全部回到A容器是可能的，只是这种几率非常非常小，以至于在现实中还从来没有发生过）这说明——扩散现象有方向性事实三：有初速度的物体，在水平面上运动，总要停下来，因为摩擦生热，机械能转化成了内能；但是，由于内能的增量一部分转移到物体和地面，另一部分转移到了空中（通常称之为耗散），我们要把这部分内能收集起来，然后通过某种机器或装置让它转化成物体重新运动的机械能，这可能吗？答案必然是否定的。

甚至人们还尝试过，即便能够把这部分内能完全收集（不散失），要使它完全转化成机械能，也是绝对不可能的。

所以，我们说，涉及到热现象的——能量转化有方向性怎样表征这种热学过程的方向性呢？——二、热力学第二定律在介绍热力学第二定律之前，先介绍相关概念——热机：将内能转化成机械能的装置。

高中物理第十章热力学定律2热和内能互动课堂学案新人

2 热和内能互动课堂疏导引导1.明白热传递的三种方式及特点热传递有三种方式，别离是传导、对流和辐射.热从物体上温度较高的部份沿着物体传递到温度较低的部份，叫传导.靠液体或气体的流动来传热的方式，叫对流.热由物体沿直线向外射出去，叫辐射.三种热传递的方式各有特点.传导的特点在于沿着物体但不伴之以物质的迁移，所以多发生于固体上；对流则是靠物质的流动来传递热，所以对流是液体和气体特有的传热方式；辐射则无需物质作为媒介，而是以直线方式向别传递的.领会了这些特点，对日常接触到的一些热现象就很容易解释了.2.对于热量的理解热量是用来衡量热传递进程中内能转变的一个物理量，是一个进程量.因此，只有在热传递进程中才谈热量.热量和内能是两个截然不同的概念，内能是状态量，咱们说物体在必然状态下有内能而不能说有热量.3.改变内能的两种方式（1）做功做功改变物体的内能表现了其他形式的能和内能之间的转化.功是能量转化的量度.在无热互换时，外界对物体做了多少功（指改变物体内能的这部份功，不包括改变物体机械能的那部份功），物体的内能就增加多少，反之，物体对外界做了多少功，物体的内能就减少多少，即ΔU=W.（2）热传递热传递的进程就是物体间或同一物体的不同部份间内能的转移进程.热传递方向是内能从高温物体传给低温物体，但高温物体内能不必然比低温物体内能大.在物体做功为零时，放出多少热，物体的内能就减少多少；吸收多少热，物体的内能就增加多少，即ΔU=Q.（3）做功和热传递对改变物体内能是等效的做功和热传递虽有本质区别，但在改变物体内能上是等效的.热量和功都是进程量，热量是量度内能转移的进程量，功也是量度内能转化的进程量.热量不是内能，也不是温度.4.热量、内能和温度的区别与联系内能是由系统状态决定的，系统状态肯定了系统内能也随之肯定.热量是热传递进程中的特征物理量，是用来衡量物体内能转变的，反映物体在状态转变进程中所转移的能量.温度是分子平均动能的标志.热量是能量转移的量度，是与内能的转变相联系的，是进程量.内能是状态量.物体的内能大，并非意味着物体必然会对外做功或向别传递热量，或做的功多，传递的热量多.只有物体内能的转变大时，进程中做的功或传递的热量才会多.温度只是分子平均动能的标志.物体的内能除与温度有关外，还与物体的质量、体积、物态等因素有关.活学巧用1.关于热传递，下列说法正确的是（）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.热传递能够在任何情形下进行D.物体内能发生改变，必然是吸收或放出了热量解析：热传递的实质是物体间内能的转移，故A错.热传递的条件是物体间存在着温度差，高温物体放出热量，低温物体吸收热量，若两物体温度相同，它们之间便不会发生热传递，故B对、C错.物体吸收或放出热量，内能会发生转变，但内能转变不必然是热传递引发的，可能是做功引发的，故D错.答案：B2.关于系统内能的下述说法中正确的是（）A.物体内所有分子的动能与分子势能的总和叫物体的内能B.一个物体当它的机械能发生转变时，其内能也必然发生转变C.外界对系统做了多少功W，系统的内能就增加多少，即ΔU=WD.系统从外界吸收了多少热量Q，系统的内能就增加多少,即ΔU=Q解析：在分子动理论中，咱们把物体内所有分子的分子动能与分子势能的总和概念为物体的内能，选项A对.物体的内能与机械能是两个不同的物理概念，二者没有任何关系.如物体的速度增加了，机械能可能增加；但如果是物体的温度不变，物体的内能可能不变，故选项B 错.只有当系统与外界绝热时，外界对系统做的功才等于系统内能的增量，同理，只有在单纯的热传递进程中，系统吸收（或放出）的热量才等于系统内能的增量，故选项C、D都错.答案：A3.下列关于内能与热量的说法中，正确的是（）A.马铃薯所含热量高B.内能越大的物体热量也越多C.热量老是从内能大的物体流向内能小的物体D.热量老是从温度高的物体流向温度低的物体解析：选项A是一种很常见的说法，在日常生活中似不必计较，但从物理学的角度看，确有不妥.热量是进程量，不是状态量，不能像内能那样包含在物体中，选项A错；说法B与说法A有相同的错误.另外，物体的内能改变与可能传递的热量之间，在数量上没有必然联系，选项B错；两物体之间热量流向只与它们的温度有关，而与它们的内能无关，选项C错.答案：D4.对于热量、功和内能，三者的说法正确的是（）A.热量、功、内能三者的物理意义等同B.热量、功都能够作为物体内能的量度C.热量、功、内能的单位不相同D.热量和功是由进程决定的，而内能是由物体状态决定的解析：物体的内能是指物体的所有分子动能和分子势能的总和，而要改变物体的内能能够通过做功和热传递两种途径，这三者的物理意义不同，A项错.热量是表示在热传递进程中物体内能转变多少的，而功也是量度用做功的方式来改变物体内能多少的，B项错.三者单位都是焦耳，C项错.热量和功是进程量，内能是状态量，D项正确.答案：D。

2020-2021学年高中物理第十章热力学定律 1 功和内能教案新人教版选修3-3

2020-2021学年高中物理第十章热力学定律1 功和内能教案新人教版选修3-3年级：姓名：功和内能知识与技能1．记住什么是绝热过程。

2．从热力学的角度记住内能的概念。

3．理解并掌握做功与内能改变的数量关系。

4．记住内能和功的单位是相同的。

过程与方法从焦耳的实验理解功与内能变化的关系情感、态度与价值观通过焦耳实验了解功与内能变化关系的得来，学习科学家探究过程的艰辛教学重点、难点绝热过程中的功与内能的关系教学过程：知识回顾1、（机械）功的两个不可缺少的因素是什么？电流做功与哪些因素有关？2、什么叫内能？内能与哪些因素有关？3、质量、温度相同的物体，内能必定相等。

对吗？物体的内能与温度和体积的关系温度变时分子动能变，体积变时分子势能变，因此物体的内能决定于它的温度和体积，但是这句话却不能作为判断两物体内能大小的依据。

如两物体温度和体积均相同，而内能却没有确定的关系。

再如，0O C的冰熔化成0O C水体积减小，不能就此认为其势能也减小，而应该从改变内能的方式上分析,冰熔化过程吸收热量，内能增加，而温度不变，所增加的只是分子的势能。

新课教学：一、焦耳的实验1818年12月24日焦耳出生于英国曼彻斯特，起初研究电学和磁学。

1840年在英国皇家学会上宣布了电流通过导体产生热量的定律，即焦耳定律。

焦耳测量了热与机械功之间的当量关系——热功当量，为热力学第一定律和能量守恒定律的建立奠定了实验基础。

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，这样的过程叫绝热过程。

焦耳实验是一个需要在绝热过程中完成的实验2、焦耳二个代表性实验(1)焦耳热功当量实验装置—机械功实验结论：只要重力所做的功相同，容器内水温上升的数值都是相同的，即系统状态的变化是相同的。

（2）焦耳热功当量实验装置—电功实验结论：只要所做的电功相等，则系统温度上升的数值是相同的，即系统的状态变化是相同的。

从焦耳的实验中可以得出什么结论？1、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。

高中物理热力学第二定律导学案新人教版选修3-3

第四节热力学第二定律课标通过自然界中宏观过程的方向性，了解热力学第二定律，初步了解熵是反映系统无序程度的物理量。

例：解释第二类永动机不可能制成的原因。

学习目标：1、能说出宏观热学过程的方向性2、会应用热力学第二定律3、知道第二类永动机是不可能的４、知道能量耗散重点难点：1．重点内容是了解热力学第二定律的两种表述方法以及这两种表述的物理实质,知道为什么第二类永动机不可制成。

2．第二类永动机不可制成的物理实质是教学的难点。

课程导学：Ⅰ、热传导的方向性：高温物体只能________将热量传给低温物体，而低温物体必须要依靠外界的辅助才能将热量传给高温物体。

Ⅱ、第二类永动机１、没有冷凝器的能从单一热源吸收热量并____________而不引起其他变化的热机。

２、特征：符合__________；不可能引起其他变化。

３、结论：机械能和内能的转化过程具________，尽管机械能可以_____转化为内能，但内能_________转化为机械能，同时不引起其它变化.Ⅲ、热力学第二定律表述一：不可能使热量由______物体传递到_____物体，而不产生其他变化。

（按热传导的方向性表述）表述二：不可能从单一热源_____热量并把它_____用来做功，而不引起其他变化。

（按能量转化的方向性表述）小结：热力学第二定律揭示了自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具________，使得它成为独立于热力学第一定律的一个重要的自然规律．热力学第二定律在物理、化学、生物等学科中有重要的应用，它对于我们认识自然和利用自然有重要的指导意义。

Ⅳ、能量耗散在自然界中的宏观过程由于________，使得能量在转化过程中不可能使转化后的能量全部加以利用，总会有一部分能量会_____，这种现象叫能量耗散。

【范例精选】（1．电冰箱内部的温度比外部低，为什么致冷系统还能不断地把箱内的热量传给外界的空气？这个事实说明了什么？这是因为电冰箱消耗了电能，对致冷系统做了功(下图所示，投影)．一旦切断电源，电冰箱就不能把箱内的热量传给外界的空气了．相反，外界的热量会自发地传给电冰箱，使箱内的温度逐渐升高．我们看到，热传导的过程是有方向性的，这个过程可以向一个方向自发地进行，但是向相反的方向却不能自发地进行．要实现相反方向的过程，必须借助外界的帮助，因而产生其他影响或引起其他变化．课堂练习2．能否生产出效率可达到100％的热机？为什么？气缸中的气体得到燃料燃烧时产生的热量Q1，推动活塞做功W，然后排出废气，同时把热量Q2散发到大气中．由能量守恒定律知道Q1=W+Q2．我们把热机做的功W和它从热源吸收的热量Q1的比值叫做热机的效率，用η表示效率，则有，只有当气缸中工作物质的温度比大气温度高时内燃机才能工作，所以Q2这部分热量是不可避免的．热机工作时，总要向冷凝器散热，总要由工作物质带走一部分热量Q2(如下图，投影)，所以总有Q1＞W．因此，热机的效率不可能达100％．能力训练3．能量耗散和能量守恒是否矛盾？试举例说明。

高中物理 10.1.2《功和能》《热和内能》导学案新人

学习内容10.1 热和内能 10.2 功和内能学习目标1．了解焦耳的两个实验原理。

2．知道做功和热传递是改变内能的两种方式。

3．掌握内能的的概念，会区分热量和内能。

4．知道做功和热传递在改变系统内能上的区别。

5．掌握热力学第一定律。

学习重、难点1．热力学第一定律。

2．理解做功和热传递在改变内能上是等效的。

学法指导自主、合作、探究知识链接1．改变物体内能的方式有：和。

热传递的方式有、、。

2．内能是指：。

学习过程用案人自我创新[自主学习]1．思考与与讨论：通过做功的方法能否使物体温度升高？通过实例来说明。

2．是绝热过程是指：。

3．体会“焦耳实验”。

焦耳实验表明：。

4．做功与内能改变的关系是：。

思考：什么情况下内能增加，什么情况下会使内能减少？5．热传递也能改变物体的内能？请你举生活中实例来说明。

6热量是指：。

7．系统内能的变化与外界与系统传递的热量的关系是：。

再思考：什么情况下内能增加，什么情况下会使内能减少？8．做功和热传递在改变物体内能上的区别：。

9．热力学第一定律的内容：。

思考与讨论：（课本P54），通过这个例子总结⊿U、Q、W几个量取正、负值的意义：。

[例题1]（2003全国）如图所示，固定的容器及可动活塞P都是绝热的，中间有一绝热的隔板B，B的两边分别盛有气体甲和乙，现将活塞P缓慢地向B移动一段距离，已知气体的温度随其内能的增加而升高，则在移动P 的过程中（）A．外力对乙做功；甲的内能不变B．外力对乙做功；乙的内能不变C．乙传递热量给甲，乙的内能增加D．乙的内能增加，甲的内能不变[例题2] （2002江苏）一个带活塞的气缸内盛有一定质量的气体，若此气体的温度随其内能的增大而升高，则（）A．将热量传给气体，其温度必升高。

B．压缩气体其温度必升高C．压缩气体，同时气体向外界放热，其温度必不变D．压缩气体，同时将热量传给气体，其温度必升高[例题3]如图所示，用横截面积为S的活塞在气缸内封闭一定质量的空气，活塞质量为m。

高中物理第十章热力学定律第2节热和内能问题导学案新人教版选修3

高中物理第十章热力学定律第2节热和内能问题导学案新人教版选修31、热传递的条件是什么？能否发生热传递与物体内能的多少是否有关？2、在单纯的热传递过程中，怎样计算内能的增量？3、做功和热传递都能改变物体的内能。

做功和热传递在改变物体内能上的本质是否相同？迁移与应用关于温度、热量、内能，以下说法中正确的是（）A、一个铁块的温度升高，其内能增大B、物体吸收热量，其温度一定升高C、温度高的物体比温度低的物体含有的热量多D、温度总是从物体热的部分传递至冷的部分温度、热量、内能、比热容是热学部分的重要概念。

高考围绕这几个概念之间的区别与联系考查的题目比较多。

应正确理解好这几个概念。

概念区别联系温度表示物体的冷热程度，其实质是：反映了物体内部大量分子无规则运动的激烈程度①温度、内能：温度是影响内能的因素之一，温度升高，内能增加；温度降低，内能减少②内能、热量：热量是用来衡量热传递过程中内能变化多少的③温度、热量：热量与温度的变化有关，在不发生物态变化时，物体吸收热量，内能增加，温度升高；物体放出热量，内能减少，温度降低内能物体内部所有分子的动能和分子势能的总和。

一切物体都具有内能热量在热传递过程中，传递内能的多少。

与物质的种类（比热容）、质量和温度的变化量有关注意：温度不能“传”，热量不能“含”吸热不一定升温（如：晶体的熔化、水的沸腾）升温不一定吸热（也可以通过做功实现）当堂检测1、下列关于热量的说法正确的是（）A、温度高的物体含有的热量多B、内能多的物体含有的热量多C、热量、功和内能的单位相同D、热量和功都是过程量，而内能是状态量2、关于热传递的下列说法中正确的是（）A、热量总是从内能大的物体传给内能小的物体B、热量总是从分子平均动能大的物体传给分子平均动能小的物体C、热传递的实质是物体之间内能的转移而能的形式不发生变化D、只有通过热传递的方式，才能使物体的温度发生变化3、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，如果不和外界发生能量交换，则（）A、从两者开始接触到热平衡的整个过程中，铁块减少的内能等于铜块增加的内能B、在两者达到热平衡前的任一时间段内，铁块内能的减少量不等于铜块内能的增加量C、达到热平衡时，两者的温度T＝D、达到热平衡时，两者的温度相等4、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5、某同学做了一个小实验：先把空的锥形瓶放入冰箱冷冻，一小时后取出锥形瓶，并迅速把一个气球紧密地套在瓶颈上，然后将锥形瓶放进盛满热水的烧杯内，气球逐渐膨胀起来，如图所示。

高中物理第十章热力学定律第1节功和内能第2节热和内能教学案新人教版选修33

第1、2节功和内能__热和内能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，这样的过程叫做绝热过程。

2．绝热过程中系统内能的增加量等于外界对系统所做的功，即ΔU＝W。

3．热传递：热量从物体的高温部分传递到低温部分，或从高温物体传递给低温物体的物理过程。

4．系统在单纯的传热过程中，内能的增量ΔU等于外界向系统传递的热量Q，即ΔU＝Q。

5．做功和热传递是改变内能的两种方式且具有等效性，但二者实质不同。

一、焦耳的实验1．绝热过程系统只通过对外界做功或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．代表实验(1)重物下落带动叶片搅拌容器中的水，引起水温度上升。

(2)通过电流的热效应给水加热。

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状态决定，而与做功的方式无关。

二、功和内能1．内能的概念(1)内能是描述热力学系统自身状态的物理量。

(2)在绝热过程中做功可以改变热力学系统所处的状态。

2．绝热过程中内能的变化(1)表达式：ΔU＝W。

(2)外界对系统做功，W为正；系统对外界做功，W为负。

三、热和内能1．热传递(1)条件：物体的温度不同。

(2)过程：温度不同的物体发生热传递，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低温物体。

(3)热传递的三种方式：热传导、热对流、热辐射。

2．热和内能(1)单纯地对系统传热也能改变系统的热力学状态，即热传递能改变物体的内能。

(2)热量：在单纯的传热过程中系统内能变化的量度。

(3)单纯的传热过程中内能的变化。

①公式：ΔU＝Q。

②物体吸热，Q为正；物体放热，Q为负。

1．自主思考——判一判(1)温度高的物体含有的热量多。

(×)(2)内能多的物体含有的热量多。

(×)(3)热量一定从内能多的物体传递给内能少的物体。

(×)(4)做功和热传递都可改变物体的内能，从效果上是等效的。

高中物理 第十章 热力学定律 第2节 热和内能导学案 新人教版选修33

高中物理 第十章 热力学定律教案 新人教版选修33

人教版高中物理全套教案和导学案10.4《热力学第二定律》教案(新人教版选修3-3)

高中物理第十章热力学定律2热和内能互动课堂学案新人

2020-2021学年高中物理 第十章 热力学定律 1 功和内能教案 新人教版选修3-3

高中物理 热力学第二定律导学案 新人教版选修3-3

高中物理 10.1.2《功和能 》《热和内能》导学案 新人