高中物理 第10章 第1节 功和内能 新人教版选修3-3
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成才之路 · 物 理
人教版 · 选修 3-3
路漫漫其修远兮 吾将上下而求索
热力学定律 第十章
第一节 功和内能 第十章
1 学习目标定位
2 课堂情景切入 3 知识自主梳理 4 重点难点突破
5 考点题型设计 6 易错案例剖析 7 课时作业
学习目标定位
※
了解焦耳的热功当量实验，明确实验原理
※※ 理解内能的概念，并了解功是能量改变的量度
答案：C
(枣庄市2014～2015学年高二下学期三校联考)某汽车后 备箱内安装有撑起箱盖的装置，它主要由气缸和活塞组成。 开箱时，密闭于气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．对外做负功，内能减小
打气筒是日常生活中的一种工具，当 我们用打气筒给自行车打气的时候，就是 在克服气体压力和摩擦力做功。打气的过 程中你有没有试着去摸一下打气筒的外 壳？有什么感觉？打气筒的温度升高了， 这是怎么回事呢？
答案：做功的过程是能量转化的过程，做功使得系统的内 能增加了，所以温度升高。
考点题型设计
对焦耳实验的理解
下列有关焦耳及焦耳实验的说法中正确的有( ) A．焦耳是法国物理学家，他的主要贡献是焦耳定律及热 功当量 B．焦耳实验中用到的容器可以用普通玻璃杯代替 C．焦耳实验中的研究对象是容器中的水 D．焦耳实验中要使容器及其中的水升高相同的温度，实 验中悬挂重物的质量、下落的高度可以不相同，但做功必须 相同 答案：D
如图为焦耳实验装置来自百度文库，用绝热 性能良好的材料将容器包好，重物下落带动叶片搅拌容器里的 水，引起水温升高，关于这个实验，下列说法正确的是( )
A．这个装置可测定热功当量 B．做功增加了水的热量 C．做功增加了水的内能 D．功和热量是完全等价的，无区别 解析：该实验测定做功和内能变化的关系。可以测定热功 当量，A正确；该实验是绝热过程，没有热传递，内能的改变 是由于做功，C正确；做功表示能量的转化，而热量表示热传 递中内能的转移，二者有区别，B、D错误。 答案：AC
课堂情景切入
“火”不但可以用来取暖，还可以用来加热食物，“火” 把人类带入了文明的殿堂。我们的祖先很早就发明了“钻木取 火”的用具，使人们不再仅仅依靠自然的“恩赐”而得到 “火”。
你知道“钻木取火”的道理吗？
知识自主梳理
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__散__热____。
解析：焦耳是英国物理家，A错误；焦耳实验的要求是研 究对象为绝热系统，普通玻璃杯达不到绝热要求，B错误；实 验的研究对象是容器及其中的水组成的系统，C错误；要使水 及容器升高相同的温度即内能增加相同，则必须做功相同，D 正确。
做功与内能的变化
在如图所示的柱形容器内封有一
定质量的密闭气体，光滑活塞C(质量为m)与容器用良好的隔热 材料制成。另有质量为M的物体从活塞上方的A点自由下落到活 塞上，并随活塞一起到达最低点B而静止。在这一过程中，密 闭气体内能的改变量ΔU、外界对密闭气体所做的功W与物体和
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 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。
功和内能
活塞的重力势能的变化关系是( )
A．Mgh＋mgΔh＝ΔU＋W B．ΔU＝W，W＝Mgh＋mgΔh C．ΔU＝W，W＜Mgh＋mgΔh D．ΔU≠W，W＝Mgh＋mgΔh
解析：因活塞和容器用良好的隔热材料制成，气体不向外
散失热量，外界对气体做功的W等于气体增加的内能ΔU，即W ＝ΔU，又由于碰撞有机械能损失，故W<Mgh＋mgΔh，C正确。
__________。内能的增量就对等系于统外做界的_功______________，即ΔU ＝UW2－U1＝________。
(2)在绝热过程中，系统对外界做功，系统的内_能__减__少___。
内 能 的 减 少 量 就 等 于 系 统对_外__界__做__的__功____ ， 即 ΔU ＝ U2 － U1 ＝ __－__W____。
答案：A 解析：绝热过程中，气体膨胀，对外做功；内能减小，温 度降低，分子的平均动能减小，A选项正确。
易错案例剖析
易错点：不认真分析题意，相当然解题，导致错误。 案例：金属筒内装有与外界温度相同的压缩空气，打开筒 的开关，筒内高压空气迅速向外溢出，待筒内外压强相等时， 立即关闭开关。在外界保持恒温的条件下，经过一段较长的时 间后，再次打开开关，这时出现的现象是( ) A．筒外空气流向筒内 B．筒内空气流向筒外 C．筒内外有空气交换，处于动态平衡，筒内空气质量不 变 D．筒内外无空气交换
1．内能 任何一个热力学系统都存在一个_只__依__赖__于__系__统__自__身__状__态_的 物理量，叫系统的内能。 2．做功与内能的关系 做功可以改变系统的内能，功是系统内能转化的 __量__度____，在国际单位制中，内能和功的单位都是焦耳(J)。
3．内能变化与做功的关系
(1) 在 绝 热 过 程 中 ， 外 界 对 系 统 做 功 ，内能系增统加的
重点难点突破
一、内能与内能变化 1．物体的内能是指物体内所有分子热运动的动能和分子 势能之和。 2．当物体温度变化时，分子平均动能变化。物体体积变 化时，分子势能发生变化，即物体的内能是由它的状态决定 的，且物体的内能变化只由初、末状态决定，与中间过程及方 式无关。
二、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。 三、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。
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路漫漫其修远兮 吾将上下而求索
热力学定律 第十章
第一节 功和内能 第十章
1 学习目标定位
2 课堂情景切入 3 知识自主梳理 4 重点难点突破
5 考点题型设计 6 易错案例剖析 7 课时作业
学习目标定位
※
了解焦耳的热功当量实验，明确实验原理
※※ 理解内能的概念，并了解功是能量改变的量度
答案：C
(枣庄市2014～2015学年高二下学期三校联考)某汽车后 备箱内安装有撑起箱盖的装置，它主要由气缸和活塞组成。 开箱时，密闭于气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．对外做负功，内能减小
打气筒是日常生活中的一种工具，当 我们用打气筒给自行车打气的时候，就是 在克服气体压力和摩擦力做功。打气的过 程中你有没有试着去摸一下打气筒的外 壳？有什么感觉？打气筒的温度升高了， 这是怎么回事呢？
答案：做功的过程是能量转化的过程，做功使得系统的内 能增加了，所以温度升高。
考点题型设计
对焦耳实验的理解
下列有关焦耳及焦耳实验的说法中正确的有( ) A．焦耳是法国物理学家，他的主要贡献是焦耳定律及热 功当量 B．焦耳实验中用到的容器可以用普通玻璃杯代替 C．焦耳实验中的研究对象是容器中的水 D．焦耳实验中要使容器及其中的水升高相同的温度，实 验中悬挂重物的质量、下落的高度可以不相同，但做功必须 相同 答案：D
如图为焦耳实验装置来自百度文库，用绝热 性能良好的材料将容器包好，重物下落带动叶片搅拌容器里的 水，引起水温升高，关于这个实验，下列说法正确的是( )
A．这个装置可测定热功当量 B．做功增加了水的热量 C．做功增加了水的内能 D．功和热量是完全等价的，无区别 解析：该实验测定做功和内能变化的关系。可以测定热功 当量，A正确；该实验是绝热过程，没有热传递，内能的改变 是由于做功，C正确；做功表示能量的转化，而热量表示热传 递中内能的转移，二者有区别，B、D错误。 答案：AC
课堂情景切入
“火”不但可以用来取暖，还可以用来加热食物，“火” 把人类带入了文明的殿堂。我们的祖先很早就发明了“钻木取 火”的用具，使人们不再仅仅依靠自然的“恩赐”而得到 “火”。
你知道“钻木取火”的道理吗？
知识自主梳理
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__散__热____。
解析：焦耳是英国物理家，A错误；焦耳实验的要求是研 究对象为绝热系统，普通玻璃杯达不到绝热要求，B错误；实 验的研究对象是容器及其中的水组成的系统，C错误；要使水 及容器升高相同的温度即内能增加相同，则必须做功相同，D 正确。
做功与内能的变化
在如图所示的柱形容器内封有一
定质量的密闭气体，光滑活塞C(质量为m)与容器用良好的隔热 材料制成。另有质量为M的物体从活塞上方的A点自由下落到活 塞上，并随活塞一起到达最低点B而静止。在这一过程中，密 闭气体内能的改变量ΔU、外界对密闭气体所做的功W与物体和
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 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。
功和内能
活塞的重力势能的变化关系是( )
A．Mgh＋mgΔh＝ΔU＋W B．ΔU＝W，W＝Mgh＋mgΔh C．ΔU＝W，W＜Mgh＋mgΔh D．ΔU≠W，W＝Mgh＋mgΔh
解析：因活塞和容器用良好的隔热材料制成，气体不向外
散失热量，外界对气体做功的W等于气体增加的内能ΔU，即W ＝ΔU，又由于碰撞有机械能损失，故W<Mgh＋mgΔh，C正确。
__________。内能的增量就对等系于统外做界的_功______________，即ΔU ＝UW2－U1＝________。
(2)在绝热过程中，系统对外界做功，系统的内_能__减__少___。
内 能 的 减 少 量 就 等 于 系 统对_外__界__做__的__功____ ， 即 ΔU ＝ U2 － U1 ＝ __－__W____。
答案：A 解析：绝热过程中，气体膨胀，对外做功；内能减小，温 度降低，分子的平均动能减小，A选项正确。
易错案例剖析
易错点：不认真分析题意，相当然解题，导致错误。 案例：金属筒内装有与外界温度相同的压缩空气，打开筒 的开关，筒内高压空气迅速向外溢出，待筒内外压强相等时， 立即关闭开关。在外界保持恒温的条件下，经过一段较长的时 间后，再次打开开关，这时出现的现象是( ) A．筒外空气流向筒内 B．筒内空气流向筒外 C．筒内外有空气交换，处于动态平衡，筒内空气质量不 变 D．筒内外无空气交换
1．内能 任何一个热力学系统都存在一个_只__依__赖__于__系__统__自__身__状__态_的 物理量，叫系统的内能。 2．做功与内能的关系 做功可以改变系统的内能，功是系统内能转化的 __量__度____，在国际单位制中，内能和功的单位都是焦耳(J)。
3．内能变化与做功的关系
(1) 在 绝 热 过 程 中 ， 外 界 对 系 统 做 功 ，内能系增统加的
重点难点突破
一、内能与内能变化 1．物体的内能是指物体内所有分子热运动的动能和分子 势能之和。 2．当物体温度变化时，分子平均动能变化。物体体积变 化时，分子势能发生变化，即物体的内能是由它的状态决定 的，且物体的内能变化只由初、末状态决定，与中间过程及方 式无关。
二、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。 三、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。