高二物理人教版选修3-3第十章 1_2 功和内能 热和内能

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2. 关于热传递,下列说法正确的是( ) A.热传递是高温物体的温度传给低温物体 B.并不接触的物体之间不会发生热传递 C.比热容相同的物体之间不会发生热传递 D.温度相同的物体之间不会发生热传递 解析:热传递实质是内能从高温物体转移到低温物体,传递的不是 温度,传递的是热量,A项错误;不接触的物体之间可以通过热辐射 的方式进行热传递,B项错误;热量总是从温度高的物体传递给温度 低的物体,和物体的比热容没有关系,C项错误;温度相同的物体之 间不存在温度差,不会发生热传递,D项正确。 答案:D
探究一
探究二
典例剖析 【例题2】 (多选)A、B两物体之间接触,但没有发生热传递,则 ( ) A.两物体所含有的热量相等 B.两物体的内能相等 C.两物体的温度相同 D.两物体的内能不一定相等 【思考问题】 (1)热传递发生的条件是什么? 提示物体之间存在着温度差,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。 (2)物体的温度相等时,内能相等吗? 提示不一定相等。
自我检测 1.判断正误,对的画“√”,错的画“×”。 (1)在绝热过程中,系统对外界做的功等于系统内能的增加量。( ) 解析:在绝热过程中,外界对系统做的功等于系统内能的增加量; 系统对外界做的功等于系统内能的减少量。 答案:× (2)功和内能都是能量转化的量度。( ) 解析:功是能量转化的量度,内能不是能量转化的量度。 答案:×
核心素养形成脉络
一、焦耳实验 阅读教材第50页“焦耳的实验”部分,知道什么是绝热过程,了解焦 耳实验的代表性实验及实验结论。 1.实验条件 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.代表性实验 (1)让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,如果使系统从状态1变为状态2,所需 外界做功的数量是相同的,即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1、2决定,而与做功的方式无关。
探究一
探究二
3.功和内能的区别 (1)功是能量转化的量度,是过程量,而内能是状态量。 (2)做功过程中,能量一定会发生转化,而内能不一定变化,只有在 绝热过程中,做功才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,才对应着做功较多。 4.判断绝热过程中内能变化的方法 判断气体绝热过程的内能变化一般情况下只需看气体体积变化 就可决定: 若体积增大,气体对外界做功,W<0,即ΔU<0,内能减小; 若体积缩小,外界对气体做功,W>0,即ΔU>0,内能增加。 气体自由膨胀时,气体与外界相互不做功,因此这种 情况下气体体积增大没有外界阻力,也就不需要对外界做功。
探究一
探究二
知识归纳 温度、内能和热量的区别与联系
概念 区别 联系 表示物体的冷热程度,其实质是反映了物体内部 温度是衡量 温度 内能多少的 大量分子无规则运动的激烈程度 因素之一;热 物体内部所有分子的动能和分子势能的总和。 内能 量是用来衡 一切物体都具有内能 量热传递过 在热传递过程中,传递内能的多少,与物质的种 程中内能变 热量 化多少的物 类(比热容)、质量和温度的变化量有关 理量 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)
答案:靠近火源是利用热传递让手变热;搓搓手是利用做功让手 变热。
(3)两个热力学系统达到热平衡后还发生热传递吗?它们的内能 相等吗? 答案:它们达到热平衡时温度相同,不再发生热传递,其分子的平 均动能相等,但无法判断内能是否相等。 (4)锯木头时,锯子发热现象中能量是如何转化的?
锯木头时锯子发热 答案:通过做功过程使机械能转化为内能。
(3)温度高的物体含有的热量多。( ) 解析:热量是个过程量,只有当两物体发生热传递时,热量才从一 个物体转移到另一个物体。 答案:× (4)热量一定从内能多的物体传递给内能少的物体。( ) 解析:热传递的条件是两物体存在温度差,热量是从温度高的物 体传递给温度低的物体。 答案:×
2.探究讨论。 (1)教材第50页演示实验图10.1-1反映了怎样的能量转化过程? 答案:做功可以改变物体的内能,本实验就是通过外力做功,机械 能转化为内能。筒底物品内能增加,温度达到着火点而燃烧。 (2)当我们双手靠近火源时,立即就会感受到手变热了;冬天,当天 气冷时,我们搓搓手就会感到手暖一些。这些各是利用什么方式改 变内能的?
三、热和内能 1.热传递:热量从高温物体传到低温物体的过程。 2.实现热传递的条件:两物体间存在着温度差。 3.热传递与系统内能变化的关系: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。 4.对热量的理解:热量是用来衡量热传递过程中内能变化多少的 一个物理量,是一个过程量,不能说物体具有多少热量,只能说物体 吸收或放出了多少热量。 四、热和功的比较 1.改变系统内能的方式:做功和热传递。 2.做功和热传递在改变物体内能方面的区别:做功时内能与其他 形式的能发生转化;而热传递只是不同物体间内能的转移。
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3. 关于温度、热量、内能,以下说法正确的是( ) 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 解析:选项B中,物体吸收热量,温度不一定就升高,例如晶体熔化、 液体沸腾这些过程。选项C中热量是在热传递过程中传递能量的 多少,是过程量,因此不能说物体含有热量。选项D中,在热传递的 过程中,传递的是能量,不是温度,温度变化是能量变化的表象。 答案:A
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4. 下列各事例通过热传递改变物体内能的是( ) A.车床上车刀切削工件后发热 B.擦火柴时火柴头温度升高 C.用肥皂水淋车刀后车刀降温 D.搓搓手就会觉得手发热 解析:车床上车刀切削工件后发热,擦火柴时火柴头温度升高,搓搓 手就会觉得手发热都是通过做功改变物体内能;用肥皂水淋车刀后 车刀降温是通过热传递改变物体内能的,选项C正确。 答案:C
探究一
探究二
功和内能
问题探究 钻木取火是人类最早使用火的方式,火获得的能量是怎样得到的? 要想自己顺利完成钻木取火实验,你觉得需要从哪些方面做准备?
要点提示钻木取火中的内能增加是通过外力做功,使机械能转化 为内能来完成的。要想实验成功,需要寻找干燥的木材,适合的引 火草绒等。
探究一
探究二
知识归纳 1.内能与内能的变化 (1)物体的内能是指物体内所有分子的动能和势能之和。因此,物 体的内能是一个状态量。 (2)当物体温度变化时,分子的平均动能变化;物体的体积变化时, 分子势能发生变化,因此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。 2.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,即ΔU=W。
探究一
探究二
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变式训练2关于物体的内能和热量,下列说法中正确的是( ) A.热水的内能比冷水的内能多 B.温度高的物体其热量必定多,内能必定大 C.在热传递过程中,内能大的物体其内能将减小,内能小的物体其 内能将增大,直到两物体的内能相等 D.热量是热传递过程中内能转移的量度 解析:物体的内能由温度、体积及物体的质量决定,不是只由温 度决定,故A、B错;在热传递过程中,热量由高温物体传给低温物体, 而与物体的内能大小无关,所以完全有可能是内能大的物体内能继 续增大,内能小的物体内能继续减小,故C项错;关于热量的论述,D项 是正确的。 答案:D
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1.(多选)在一个绝热汽缸里,若因气体膨胀,活塞把重物逐渐举高,则 在这个过程中,汽缸中的气体(可视为理想气体)( ) A.温度升高 B.温度降低 C.内能增加 D.内能减少 解析:汽缸绝热,封闭气体膨胀对活塞做功,气体的内能减少。理想 气体的内能只与气体的温度有关,可知气体内能减少,温度降低,故B、 D两项正确。 答案:BD
探究一
探究二
分析绝热过程的方法 (1)在绝热的情况下,若外界对系统做正功,系统内能增加;若系统 对外界做正功,系统内能减少,此过程做功的多少为转化为内能多 少的量度。 (2)在绝热过程中,内能和其他形式的能一样也是状态量,气体的 初、末状态确定了,即在初、末状态的内能也相应地确定了,内能 的变化ΔU也确定了,而功是能量转化的量度,所以ΔU=W,即W也确 定了,这也是判断绝热过程的一种方法。
探究一
探究二
变式训练1(多选)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 解析:物体沿斜面上滑过程中,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,能量总量不变。 答案:BD
探究一
探究二
【思考问题】 (1)“绝热容器”是什么意思? 提示系统既不向外界传热,又不从外界吸热。 (2)活塞缓慢向下移动一段距离时做功情况怎样? 提示外界对理想气体做了功。 解析:由F对密闭的理想气体做正功,容器及活塞绝热,知Q=0,由 ������������ 功和内能的关系知理想气体内能增大,温度T升高,再根据 =C ,体 ������ 积V减小,压强p增大,故选C。 答案:C
二、功和内能 1.系统的内能:任何一个热力学系统都必定存在一个只依赖于系 统自身状态的物理量,这个物理量在两个状态间的差别与外界在绝 热过程中对系统做的功相联系,是系统的一种能量,我们把它称为 系统的内能。 2.绝热过程中做功与系统内能变化的关系:当系统从某一状态经 过绝热过程达到另一状态时,内能的增加量ΔU就等于外界对系统 所做的功W,即ΔU=W。
探究一
探究二
解析:处于热平衡的两物体温度相等,不发生热传递。物体的内 能取决于物体的物质的量、温度和体积,温度相等,内能不一定相 等,所以选项C、D正确。 答案:CD 热传递的过程分析 热量是热传递过程中物体内能变化的量度,在只有热传递的过程 中,没有做功,物体吸收多少热量,它的内能就增加多少;反之,物体的 内能减少多少,物体就放出多少热量。
第十章 热力学定律
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功和内能
热和内能
核心素养培养目标 1.了解焦耳的两个实验的原理,通 过焦耳实验的探究,培养学生的科 学探索精神。 2.理解内能的概念,掌握绝热过程 中做功与内能变化的关系。 3.知道什么是热传递,区分热量与 内能的概念;掌握单纯的传热过程 中热量与内能变化的关系;知道做 功和热传递是改变内能的两种方 式。
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5.如图所示,瓶内装有少量的水,瓶口已塞紧,水上方空气中有水蒸气, 用打气筒向瓶内打气,当塞子从瓶口跳出时,瓶内出现“白雾”,这一现 象产生的原因可以用下面三句话解释:甲.水蒸气凝结成小水珠;乙.瓶 内气体推动瓶塞做功,内能减小;丙.温度降低。三句话正确的顺序是 ( ) A.甲、乙、丙 B.乙、丙、甲 C.丙、甲、乙 D.乙、甲、丙 解析:根据题意因果顺序的进程为:空气推动瓶塞做功——空气内能 减小——瓶内空气温度降低——瓶内水蒸气液化成小水珠即“白雾”, 而瓶塞跳起的原因是用打气筒往瓶内打气使气体压强增大所致。 答案:B
探究一
探究二
典例剖析 【例题1】 如图所示,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,则被密封的气体( ) 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
探究一
探究二
热和内能 问题探究 “围炉夜话”是古代中国文人认为最有生活情趣的一种生活方式。 在“围炉”的过程中,人的身体并没有和炉子本身发生接触,为什么还 能够感到温暖?现代取暖的方式主要是暖气,暖气和炉子在能量传 递方面有什么相同点?
要点提示炉子和人身体没有发生接触也可以感到温暖是因为热 量可以通过热传导的方法向外扩散,这和暖气的散热方式是相同的。