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

[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
能转移的多少 间的转化
集体表现
相对位置决定
(1)温度和内能是状态量，热量和功是过程量，就某一状态而言
只有内能，而无“热量”和“功” 区别和
联系 (2)热传递的前提条件是存在温差，传递的是热量而不是温度， 其实质是内能的转移
(3)可以利用做功和热传递来改变物体的内能
[典型例题] 例 2.[多选] 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相同 B．热量、功都可以作为物体内能变化的量度 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
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。
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。
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。
[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( × )
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
[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。
[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
[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。
(2)绝热过程中功和内能变化的关系 当系统从某一状态经过绝热过程达到另一状态时，内能的改 变量 ΔU 就等于外界对系统所做的功 W，即 ΔU＝U2－U1＝W。 即在绝热过程中，外界对系统做功，系统的内能增加，外界 对系统做多少功，系统的内能就增加多少；系统对外界做功，系 统的内能减少，系统对外界做多少功，系统的内能就减少多少。 3．做功改变系统内能的实质 做功改变系统内能的过程是将其他形式的能(如机械能)与内 能相互转化的过程，做功使系统内能发生变化时，内能改变的多 少用做功的数值来度量。
(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：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
[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 2．改变内能的两种方式
1.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。
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
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
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。
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________。
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Biblioteka Baidu
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
[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。