新人教版高中物理选修33 功和内能热和内能Word格式文档下载.docx

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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

解析：

选ABC　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。

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。

（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（√）

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。

（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。

[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]　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。

[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

选ABC　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。

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，外界对物体做功，物体的内能增加；

物体对外界做功，物体的内能减少

在不做功的前提下，物体吸收热量，内能增加；

物体放出热量，内能减少

物理实质

其他形式的能与内能之间的转化

不同物体间或同一物体不同部分之间内能的转移

相互联系

做一定量的功或传递一定量的热量在改变内能的效果上是相同的

2.对温度、内能、热量和功的比较

概念

温度

内能

热量

功

含义

表示物体冷热程度的物理量，是物体分子平均动能的标志，是大量分子热运动的集体表现

物体内所有分子的动能和势能的总和，由大量分子的热运动和分子的相对位置决定

表示热传

递过程中

内能的改

变量，度

量热传递

过程中内

能转移的

多少

度量做功过程中机械能或其他形式的能和内能间的转化

区别和

联系

（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”

（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

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

[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。

[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。

2．物体的内能增加了20J，下列说法中正确的是（　　）

A．一定是外界对物体做了20J的功

B．一定是物体吸收了20J的热量

C．一定是物体分子动能增加了20J

D．物体分子的平均动能可能不变

选D　做功和热传递都可以改变物体内能，物体内能改变20J，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。

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

选AD　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。

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

选D　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。

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

选D　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。

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

选AD　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。

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________。

（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＝C可知，气体体积增大。

答案：

（1）做功　机械能　

（2）热量　升高　增大

[基础练]

一、选择题

1．[多选]如图所示为焦耳实验装置示意图，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

选AC　焦耳实验中是通过做功来增加水的内能，C正确；

通过焦耳实验可测定热功当量，A正确；

通过做功实现了机械能向内能的转化，而不是增加了水的热量，B错误；

功是能量转化的量度，不同形式能量转化的数值等于做的功，而热量是热传递过程中内能转移的量度，可见功和热量含义不同，D错误。

2．关于热传递，下列说法正确的是（　　）

A．热传递的实质是温度的传递

B．物体间存在温度差，才能发生热传递

C．热传递可以在任何情况下进行

D．物体内能发生改变，一定是吸收或放出了热量

选B　热传递的实质是物体间内能的转移，A错误；

热传递发生的条件是物体间存在温度差，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，B正确，C错误；

物体吸收或放出热量，内能会发生变化，但内能变化不一定是热传递引起的，还可以通过做功的方式，D错误。

3．下列哪个实例说明做功改变了内能（　　）

A．热水袋取暖

B．用双手摩擦给手取暖

C．把手放在火炉旁取暖

D．用嘴对手呵气给手取暖

选B　双手摩擦做功，使手的内能增加，感到暖和，选项B正确；

选项A、C、D都是通过热传递来改变手的内能。

4．关于温度、热量、功、内能，以下说法正确的是（　　）

A．同一物体温度高时，含有的热量多

B．物体的内能越大，含有的热量就越多，温度也越高

C．外界对系统做功W，内能必定增加W

D．热量总是从温度高的物体传到温度低的物体

选D　热量是过程量，不能说物体含有多少热量，A、B错误；

在热传递过程中，热量从温度高的物体传到温度低的物体，D正确；

只有在绝热过程中ΔU＝W，C错误。

5.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力，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

选C　容器绝热，活塞对气体做功，由做功和内能变化的关系可知，气体内能增加；

气体内能增加，故温度一定升高；

对活塞进行受力分析p0S＋F＝p气S，可知，气体压强增大，C正确。

二、非选择题

6．若对物体做1200J的功，可使物体温度升高3℃，改用热传递的方式，使物体温度同样升高3℃，那么物体应吸收多少热量？

如果对该物体做3000J的功，物体的温度升高5℃，则该过程中，物体应吸收或放出多少热量？

做功和热传递在改变物体内能上是等效的，用做功方式使物体温度升高3℃，需做功1200J；

若用热传递的方式也使物体温度升高3℃，应吸收1200J的热量。

对物体做功3000J，物体的温度升高5℃，设物体温度升高5℃需要的功或热量为E，则有

＝

解得E＝2000J

因此物体应放出1000J的热量。

1200J　放出1000J的热量

[提能练]

1．[多选]如图所示，用绝热活塞把绝热容器隔成容积相同的两部分，先把活塞锁住，将质量和温度都相同的氢气和氧气分别充入容器的两部分，然后提起销子S，使活塞可以无摩擦地滑动，当活塞平衡时（　　）

A．氧气的温度不变

B．氢气的压强增大

C．氢气的体积增大

D．氧气的温度升高

选CD　O2和H2质量相同，则H2的分子数多，温度相同表明两气体分子平均动能相同，则H2压强大，提起销子S后，活塞右移，H2体积变大，同时对O2做功，O2的温度升高，内能变大，故选项C、D正确。

2．关于物体的内能以及变化，以下说法正确的是（　　）

A．外界对物体做功，物体内能必定改变

B．物体对外做功，其内能不一定改变，向物体传递热量，其内能也不一定改变

C．物体对外做功，其内能必定改变，物体向外传出一定热量，其内能必定改变

D．若物体与外界不发生热交换，则物体的内能必定不改变

选B　做功和热传递是改变物体内能的两种方式，若W＋Q＝0，则内能不变，A错误；

若物体对外做功为W，同时吸收的热量为Q，且若W>

Q，则物体的内能减少；

若W＝Q，则物体的内能不变；

若W<

Q，则物体的内能增加，B正确，C、D错误。

3．[多选]在下列现象中没有通过做功而使物体内能改变的是（　　）

A．电流通过电炉而使温度升高

B．在炼钢炉里，铁块熔化成铁水

C．铁锤打铁块，使铁块温度升高

D．夏天在室内放几块冰，室内会变凉快

选BD　电流通过电炉做功使电能转化为内能；

炼钢炉里铁块以热传递方式吸收热量熔化成铁水；

铁锤打铁块是做功过程；

室内放上冰块是通过热传递的方式来改变室温的，B、D正确，A、C错误。

4．如图所示，厚壁容器的一端通过橡胶塞插进一只灵敏温度计和一根气针，另一端有个用卡子卡住的可移动的胶塞。

用打气筒慢慢向容器内打气，使容器内的压强增加到一定程度，这时读出温度计示数。

打开卡子，胶塞冲出容器后（　　）

A．温度计示数变大，实验表明气体对外界做功，内能减少

B．温度计示数变大，实验表明外界对气体做功，内能增加

C．温度计示数变小，实验表明气体对外界做功，内能减少

D．温度计示数变小，实验表明外界对气体做功，内能增加

选C　根据功是能量转化的量度，对外做了多少功，就意味着转化了多少能量，本题中由于是厚壁容器，胶塞冲出容器后，气体迅速膨胀，可以视为绝热过程，或者还没有来得及进行热交换，由此判断，转化的应是系统的内能，即气体对外做功，系统的内能减少，温度降低，C正确。

5．如图所示，容器A、B各有一个自由移动的轻活塞，活塞下面是水，上面是大气，大气压恒定，A、B的底部由带有阀门K的管道相连，整个装置与外界绝热，开始时，A中的水面比B中的高，打开阀门K，使A中的水逐渐向B中流，最后达到平衡，在这个过程中（　　）

A．大气压力对水做功，水的内能增加

B．水克服大气压力做功，水的内能减少

C．大气压力对水不做功，水的内能不变

D．大气压力对水不做功，水的内能增加

选D　打开阀门K，平衡后A、B中水面相平，相当于图中画斜线部分的水从A移到B，这部分水的重力势能减少了，即重力对水做了功，同时大气压力对A中的水做正功，为p0SAhA，对B中的水做负功，为p0SBhB，因为两部分体积相等，所以大气压力对水做的总功为零。

由于装置绝热，系统与外界没有热交换，而重力对水做功，水的内能增加，故D正确。

6．某同学想要估测每秒太阳辐射到地球表面上的能量，他用一个横截面积S＝3.2dm2的保温圆筒，内装质量为m＝0.4kg的水，让太阳光垂直照射t＝3min，水升高的温度Δt＝2.2℃，已知水的比热容c＝4.2×

103J/（kg·

℃），地球半径为R＝6400km，试求出太阳向地球表面辐射能量的功率。

太阳辐射到水中的能量

Q＝cmΔt＝4.2×

103×

0.4×

2.2J≈3.7×

103J，

太阳光在1s内垂直照射到1m2面积上的功率

P＝＝J/（m2·

s）≈6.4×

102J/（m2·

s），

太阳向地球表面辐射能量的功率

P′＝P·

πR2＝6.4×

102×

3.14×

（6400×

103）2W≈8.2×

1016W。

8.2×

1016W