(有详细答案)教师版高中物理选修3-3学案：第十章-热力学定律1-2-含答案-精品

第十章热力学定律

10.1功和内能

10.2热和内能

[学习目标] 1.了解焦耳的两个实验的原理，知道做功和热传递的实质.2.知道做功和热传递是改变内能的两种方式，理解做功和热传递对改变系统内能是等效的，明确两种方式的区别.3.明确内能、功、热量、温度四个物理量的区别和联系．

一、功和内能

[导学探究]

(1)在焦耳的许多实验中，有两个最具有代表性：一个实验是让重物下落带动叶片搅拌容器中的水，引起水温上升；另一个实验是通过电流的热效应给水加热．焦耳的这两个实验说明了什么问题？

(2)如图1，在有机玻璃筒底放少量浸有乙醚的棉花，压下活塞，观察棉花的变化．

图1

①你能看到什么现象？实验现象说明了什么？

②图中用力按压活塞时为什么一定要迅速？

(3)如图2，小孩沿滑梯下滑时屁股通常会感到发热，这是为什么？

图2

答案(1)做功和热传递对改变物体的内能是等效的．

(2)①可以看到棉花燃烧．实验现象说明压缩空气做功，使空气内能增大，达到棉花的燃点后引起棉花燃烧．

②迅速按下活塞是为了减少甚至杜绝热传递，创造一个绝热条件．

(3)小孩沿滑梯下滑时克服摩擦力做功，内能增加．

[知识梳理]

1．焦耳的实验

(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．

(2)代表性实验

重物下落带动叶片搅拌容器中的水，引起水温上升．

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，做功的量只由过程始末两个状态决定，而与做功的方式无关(填“有关”或“无关”)．

2．功和内能

(1)内能

微观：所有分子的动能和势能之和．

宏观：只依赖于热力学系统自身状态的物理量．

(2)功和内能：在绝热过程中，外界对系统做的功等于系统内能的增加量，即ΔU＝W.

(3)ΔU＝W适用条件是绝热过程．

(4)在绝热过程中：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．[即学即用]判断下列说法的正误．

(1)某一系统经历绝热过程时，只要初、末状态相同，则做功的数量也一定相同．(√)

(2)在绝热过程中，做功方式不同会直接影响系统状态变化的最终结果．(×)

(3)转动的叶片不断搅动水，水温升高．(√)

(4)在绝热过程中，外界对气体做功，气体内能增加．(√)

(5)在绝热过程中，气体对外界做功，气体内能减少．(√)

二、热和内能

[导学探究](1)用铁锤反复敲击铁棒，铁棒的温度会升高，把铁棒放在碳火上烧，铁棒的温度也会升高，这说明了什么问题？

(2)如图3所示是热传递的三种方式——传导、对流和辐射．

图3

①这三种方式在传递能量时有什么共同点？

②热传递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？

答案(1)说明做功和热传递都能改变物体的内能．

(2)①三种方式都是热量从一个物体传递到另外一个物体．

②热传递是内能在物体间转移，做功是其他形式的能和内能之间的转化．

[知识梳理]

1．热传递

(1)条件：物体的温度不同．

(2)热传递：热量总是从高温物体向低温物体传递．

2．热和内能

(1)热量：它是在单纯的传热过程中系统内能变化的量度．

(2)表达式：ΔU＝Q.

(3)热传递与做功在改变系统内能上的异同．

①做功和热传递都能引起系统内能的改变．

②做功时是内能与其他形式能的转化；热传递只是不同物体(或一个物体的不同部分)之间内能的转移．

[即学即用]判断下列说法的正误．

(1)做功和热传递都可以改变物体的内能，从效果上是等效的．(√)

(2)热传递只能发生在两个物体间，同一物体不能发生热传递．(×)

(3)功和内能都是能量转化的量度．(×)

一、对功和内能的理解

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．

例

1如图4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4

A．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，内能的改变取决于做功的情况．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，外界对甲室内的气体做功，其内能应增大；对乙室内的气体，活塞左移，气体膨胀，乙室内的气体对外界做功，内能应减小．

(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.

针对训练1如图5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F，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，则被密封的气体()

图5

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

答案C