新人教版高中物理选修3-3课件 第十章 第1、2节 功和内能 热和内能

解析：(1)要想“取到火”，必须使温度升高到木头的 燃点，“钻木”的过程是做功的过程，是把机械能转化为 内能的过程。
(2)烧瓶里的气体吸收热量后，气体的内能增加，温度 升高，由理想气体状态方程pTV＝C 可知，气体体积增大。
答案：(1)做功 机械能 (2)热量 升高 增大
第 1、2 节 功和内能 热和内能
[学习目标] 1．了解焦耳的两个代表实验，培养学生的科学探究精神。 2．知道做功和热传递是改变内能的两种方式。 3．理解做功和热传递对改变系统内能是等效的。
一、焦耳的实验┄┄┄┄┄┄┄┄① 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 的过程。 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 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。
[说明] 1．无论是重力做功、电流做功还是其他方式做功，都能使 水温上升。 2．绝热过程中系统状态的变化与做功的数量有关，与做功 的方式无关。 ①[判一判] 1．绝热过程可以从外界吸收热量( × ) 2．在绝热过程中，无论是重力做功还是电流做功，只要做 功的数值相同，系统的状态变化就相同( √ ) 3．绝热过程中，系统状态的变化与做功的方式有关( × )
[解析] 物体的内能是指物体内所有分子的动能和分 子势能的总和，而要改变物体的内能可以通过做功和热传 递两种途径，这三者的物理意义不同，A 错误；热量是表 示在热传递的过程中物体内能变化多少的物理量，而功是 表示通过做功的方式来量度物体内能改变的多少的物理 量，B 正确；三者的单位都是焦耳，C 错误；热量和功都 是过程量，内能是状态量，D 正确。
二、功和内能┄┄┄┄┄┄┄┄② 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。
[说明] 1．在前面分子动理论中讲到的内能与本节所学的内能是一致的。 2．绝热过程中，外界对系统做功，系统的内能增加；系统对外 界做功，系统的内能减少。 ②[选一选] [多选]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，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
(3)单纯的传热过程中内能的变化 ①公式：ΔU＝Q； ②系统吸热，Q 为正；系统放热，Q 为负。 [注意] 1．内能和热量不是同一个概念，内能是状态量，由系统的 状态决定；热量是过程量，由热传递过程决定。 2．如果热传递的过程中还存在做功的情况，则内能不一定 发生变化。
③[判一判] 1．温度不同的两物体接触，热量从高温物体传到低温 物体( √ ) 2．单纯的热传递过程不能改变系统的内能(× ) 3．在只有热传递的情况下，系统吸热则内能增加( √ )
答案：AD
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 解析：给自行车轮胎打气时，对胎内气体做功，气体 内能增加，所以温度升高，D 对。 答案：D
[答案] BD
[点评] 分析功、热量、内能关系问题时的四点提醒 1．做功和热传递都可以改变物体的内能。 2．功和热量都是过程量而内能是状态量。 3．热传递的前提是存在温差。 4．做功过程是能量转化的过程。
[即时巩固] 2．物体的内能增加了 20 J，下列说法中正确的是( ) A．一定是外界对物体做了 20 J 的功 B．一定是物体吸收了 20 J 的热量 C．一定是物体分子动能增加了 20 J D．物体分子的平均动能可能不变 解析：做功和热传递都可以改变物体内能，物体内能改变 20 J，其改变途径是不确定的，A、B 错误；物体内能包括所有 分子的平均动能和分子势能，内能由分子数、分子的平均动能、 分子势能三者决定，C 错误，D 正确。 答案：D
解析： A、B、C 中的过程都是通过对系统(铁 块、刀、手)做功，使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。
答案：ABC
三、热和内能┄┄┄┄┄┄┄┄③ 1．热传递 (1)发生条件：物体间的 温度 不同。 (2)发生过程：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 从高温物体传到低温物体。 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 能改变系统的 内能 。 (2)热量：在单纯的传热过程中系统 内能变化 的量度。
答案：D
4．[多选]下列所述现象中属于利用热传递的方式来传热 的是( )
A．冬天，用手去拿室外的铁块，手感到冷 B．夏天，开空调后一段时间整个房间内温度降低 C．子弹打穿木板后其温度升高 D．冬天，用暖水袋暖手
解析：冬天，室外温度低，手温度高，用手拿铁块 时，手上的温度直接通过热传递的方式传到铁块上。用 暖水袋暖手，道理同上。开空调后整个房间内温度降低， 是空气通过对流的方式使热空气降温。子弹打穿木板时 摩擦力做功，使其温度升高。所以 A、D 正确。
答案：ABC
1.改变内能的两种方式的比较
比较项目
做功
热传递
内能变化
在绝热情况下，外界对物 在不做功的前提下，物体吸
体做功，物体的内能增 收热量，内能增加；物体放
加；物体对外界做功，物 出热量，内能减少
体的内能减少
其他形式的能与内能之 不同物体间或同一物体不同
物理实质
间的转化
部分之间内能的转移
做一定量的功或传递一定量的热量在改变内能的效果 相互联系
[解析] 气体膨胀，气体对外做正功，又因为 气体与外界无热量交换，由此可知气体内能减小， D 正确；因忽略气体分子间相互作用，没有分子 势能，所以分子平均动能减小，A 正确。
[答案] AD
[点评] 做功与内能改变的分析 1．缸内气体与外界无热交换，故发生绝热过程。 2．汽缸内压缩气体膨胀，是气体对外做功，气体 内能减小。 3．气体内能减少的情况下，忽略分子间相互作用， 即不考虑分子势能，则气体分子平均动能减小。
3．一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小 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小
解析：绝热膨胀过程是指在气体膨胀过程中未发生 热传递，膨胀过程气体体积增大，外界对气体做的功 W<0，由 ΔU＝U2－U1＝W 可知，气体内能减小，由于 气体分子间的势能可忽略，故气体分子的平均动能减 小，选项 D 正确。
上是相同的
2.对温度、内能、热量和功的比较
概念
温度
内能
热量
功
含义
表示物体冷热程 物体内所有分
表 示 热 传 递 过 度量做功过
度的物理量，是 子的动能和势
程中内能的改 程中机械能
物体分子平均动 能的总和，由
变量，度量热传 或其他形式
能的标志，是大 大量分子的热
递过程中内
的能和内能
量分子热运动的 运动和分子的
[知识预览] 1．功和内能：功和内能的区别和关系，做功改变系统内能的实质1)功是过程量，内能是状态量。 (2)在绝热过程中，做功一定能引起系统内能的变化。 (3)系统的内能大，并不意味着做功多。在绝热过程中，只有内 能变化越大时，对应着做功越多。 2．功和内能的关系 (1)做功可以改变系统的内能，功是系统内能转化的量度。在国 际单位制中，内能和功的单位都是焦耳。
1．[多选]下列说法中正确的是( ) A．做功和热传递是改变物体内能的两种本质不同 的物理过程 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．热量是指在热传递过程中，从一个物体向另一 个物体或物体的一部分向另一部分转移的内能的多少
解析：做功和热传递的本质不同，因为做功的过 程一定是不同形式的能相互转化的过程，而热传递是 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；物体的内能的变化 有做功和热传递两种途径，单就一个方面不足以断定 其内能的变化，B、C 错误；根据热量的含义知，D 正确。
[典型例题] 例 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，忽略气体分子间的相 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
[即时巩固] 1．[多选]改变物体的内能的下列方式中，属于做功的 是( ) A．搓搓手会感到手暖和些 B．汽油机汽缸内被压缩的气体 C．车刀切下的炽热铁屑 D．物体在阳光下被晒热
解析：搓手时克服摩擦力做功，机械能转化为内 能；汽缸压缩气体，对气体做功；车刀切削钢件，克 服摩擦力做功，机械能转化为内能，使切下的铁屑温 度升高，是通过做功使物体的内能发生改变；物体在 阳光下被晒热，是通过热传递使物体的内能发生改变， 故 A、B、C 正确。
答案：AD
5．(1)远古时代，取火是一件困难的事，火一般产生于雷击 或磷的自燃。随着人类文明的进步，出现了“钻木取火”等方法。 “钻木取火”是通过________方式改变物体的内能，把________ 转变成内能。
(2)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，如图所示。这是因为烧瓶里的气体吸收 了________，温度________，体积________。