热力学定律第2节热和内能教师用书含新题.docx
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热力学定律第2节热和内能教师用书含新题
第二节 热和内能
素养目标定位
※
了解热传递的三种方式
※
知道热传递和做功都可以改变物体的内能
※
了解热与内能的关系，区别热量与内能的概念
素养思维脉络
知识点1 热传递
1．概念
两个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__，即热量从_高温__物体传到了_低温__物体，这个过程就叫做热传递。
2．热传递的方式
_热传导__、_热对流__和_热辐射__。
3．热传递的条件
_存在温度差__。
4．实质
热传递过程实质是_能量__转移的过程。
知识点2 热和内能
1．热传递与内能改变的关系
（1）在单纯热传递中，系统从外界吸收多少热量，系统的_内能__就增加多少，即Q吸＝_ΔU__。
（2）在单纯热传递中，系统向外界放出多少热量，系统的_内能__就减少多少，即Q放＝_－ΔU__。
2．热量
热量是在单纯的热传递过程中系统_内能变化__的量度。
辨析思考
『判一判』
（1）热传递过程具有一定的方向性。
（√）
（2）在任何情况下，公式ΔU＝Q都适用。
（×）
（3）温度高的物体含有的热量多。
（×）
（4）热量一定从内能多的物体传递给内能少的物体。
（×）
（5）做功和热传递都能改变物体的内能。
（√）
（6）热传递改变内能的实质是能量的转移。
（√）
『选一选』
指出下面例子中通过热传递改变物体内能的是（ C ）
A．感到手冷时，搓搓手就会觉得暖和些
B．擦火柴时，火柴头上的红磷温度升高到红磷的燃点，火柴燃烧起来
C．物体在阳光照射下温度升高
D．反复弯折一根铁丝，弯折的部分温度升高
解析：
A、B、D均是通过做功改变物体的内能，C项是通过热传递的方式之一热辐射来改变物体内能，故C项正确。
『想一想』
如图所示是热传递的三种方式——传导、对流和辐射，请在图片基础上思考以下问题：
（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）热量总是从温度高的物体向温度低的物体传递。
（2）做功是其他形式的能与内能之间的转化，热传递是内能之间的转移。
探究 功、内能、热量和温度的区别与联系
S
在寒冷的冬季，人们常常生火取暖，当我们双手靠近火源，双手立即就会感受到手变热了。
思考一下内能的概念，你认为改变物体的内能有几种方式？
提示：
做功和热传递
G
1．内能与温度
从宏观看，温度表示的是物体的冷热程度；从微观看，温度反映了分子热运动的激烈程度，是分子平均动能的标志。
物体的温度升高，其内能一定增加。
但向物体传递热量，物体的内能却不一定增加（可能同时对外做功）。
2．热量和内能
内能是由系统状态决定的，状态确定，系统的内能也随
之确定，要使系统的内能发生变化，可以通过热传递或做功两种途径来完成。
而热量是传递过程中的特征物理量，和功一样，热量只是反映物体在状态变化过程中所迁移的能量，是用来衡量物体内能变化的。
有过程，才有变化，离开过程，毫无意义。
就某一状态而言，只有“内能”，根本不存在什么“热量”和“功”，因此，不能说一个系统中含有“多少热量”或“多少功”。
3．热量与温度
热量是系统的内能变化的量度，而温度是系统内大量分子做无规则运动剧烈程度的标志。
热传递的前提条件是两个系统之间要有温度差，传递的是热量而不是温度。
4．热量与功
热量和功都是系统内能变化的量度，都是过程量，一定量的热量与一定量的功相当，热量可以通过系统转化为功，功也可以通过系统转化为热量，但它们之间有着本质的区别。
特别提醒：
只要存在温度差，热传递过程就会进行，与原来物体内能的多少大小无关。
热传递过程能量可以由内能大的物体传到内能小的物体上，也可以由内能小的物体传到内能大的物体上。
D
典例 对于热量、功、内能三个物理量，下列各种说法中正确的是（ D ）
A．热量、功、内能的物理意义等同
B．热量、功都可以作为物体内能的量度
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
解题指导：
求解此题应把握以下三点：
（1）明确功、热量、内能的物理意义；
（2）明确功、热量、内能分别是过程量还是状态量；（3）功、热量、内能的单位相同。
解析：
物体的内能是物体的所有分子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方式，这三者的物理意义不同，故选项A错误；热量是热传递过程中，物体内能的变化量，而不是内能的量度，故选项B错误；热量、功、内能三者的单位一样，都是焦耳（J），故C项错误；热量和功是量度物体内能的转移或转化的，而物体的内能是由物体本身所处的状态，即温度、体积、摩尔数决定的，故选项D正确。
〔对点训练〕（2018·苏州市高新区第一中学高二下学期期中）下列说法中正确的是（ A ）
A．做功和热传递是改变物体内能的两种不同的物理过程
B．做功和热传递在改变物体内能上是等效的，因此对物体做功就是对物体传热
C．热量是热传递过程中，内能大的物体向内能小的物体或物体内能大的部分向内能小的部分转移的内能大小的量度
D．高温物体具有的热量多，低温物体具有的热量少
解析：
做功和热传递是改变物体内能的两种不同的物理过程，故A正确；做功和热传递在改变物体内能上是等效的，但是对物体做功与对物体传热的本质是不同的，故B错误；热量是热传递过程中，温度高的物体向温度低的物体或物体温度高的部分向温度低的部分转移的内能大小的量度，故C错误；热量是热传递过程中，内能变化的量度，是过量程，故D错误。
做功和热传递在改变物体内能上的关系
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
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
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
案例 （多选）器壁透热的气缸放在恒温环境中，如图所示。
气缸内封闭着一定量的气体，气体分子间相互作用的分子力可以忽略不计，当缓慢推动活塞Q向左运动的过程中，下列说法正确的是（ BC ）
A．活塞对气体做功，气体的内能增加
B．活塞对气体做功，气体的平均动能不变
C．气体的单位分子数增大，压强增大
D．气体向外散热，内能减少
解析：
解决本题的关键是理解缓慢推动活塞Q的物理含义，推动活塞Q使活塞对气体做功，本来气体的温度应升高，但是由于缓慢推动活塞，所以使气体增加的内能又以热量的形式释放到周围环境中，由于环境温度恒定，所以气缸内气体的温度不变，内能不变，气体的平均动能不变，A、D错误，B正确；由于气体被压缩，气体单位体积内的分子数增大，所以单位面积上，气缸受到气体分子的碰撞次数增多，因此气体的压强增大，C正确。
1．（多选）（2018·上海市鲁迅中学高二上学期期末）下列过程中，主要通过热传递的方式改变物体内能的是（ ABC ）
A．湿衣服中的水蒸发
B．水中的冰融化
C．池水在阳光的照射下温度升高
D．锤子敲击钉子后钉子变热
解析：
水的蒸发，冰的融化，池水的温度升高都是通过热传递的方式改变内能，故A、B、C正确；锤子敲击钉子后钉子变热是通过做功改变内能的，故D错误。
2．（多选）（2018·黑龙江省实验中学高二下学期期中）在实验室将一容积比较大的烧瓶放入冰箱冷冻室内，经过几小时后，将烧瓶从冰箱内迅速取出，并立即用小气球紧紧地套在烧瓶的瓶口，然后将烧瓶放入装有热水的烧杯中，如图所示，将烧瓶及气球内的气体看成是理想气体。
则下列说法正确的是（ ACD ）
A．经过一段时间后气球会膨胀起来
B．气球的体积一直都不会发生变化
C．烧瓶及气球内的气体内能增加
D．烧瓶及气球内的气体的压强一定变大
解析：
由于热水的温度较高，将烧瓶放进盛满热水的烧杯里，烧瓶及气球内气体吸收了热水的热量，温度升高，内能增大，体积增大，故选项AC正确，B错误；初始时烧瓶及气球内气体的压强等于大气压，吸收热量后，烧瓶及气球内气体的压强大于大气压，气球膨胀，故选项D正确。
3．（多选）（2019·山东省济南市部分重点中学高二检测）如图所示，绝热的容器内密闭一定质量的理想气体（不考虑分子间的作用力），用电阻丝缓慢对其加热时，绝热活塞无摩擦地上升，下列说法正确的是（ AD ）
A．单位时间内气体分子对活塞碰撞的次数减少
B．电流对气体做功，气体对外做功，气体内能可能减少
C．电流对气体做功，气体又对外做功，其内能可能不变
D．电流对气体做的功一定大于气体对外做的功
解析：
由题意知，气体压强不变，活塞上升，体积增大，由理想气体状态方程知，气体温度升高，内能一定增加，电流对气体做的功一定大于气体对外做的功，BC错误，D正确；由气体压强的微观解释知，温度升高，气体分子对活塞的冲力增大，而压强不变，因此单位时间内气体分子对活塞的碰撞次数减少，A正确。
基础夯实
一、选择题（1～3题为单选题，4～6题为多选题）
1.如图所示，太阳能热水器是一种能够将太阳的光能转化为内能的装置。
这种装置可以使装置内的水温度升高，这种改变水的内能的方式是（ B ）
A．做功B．热传递
C．既有做功也有热传递D．电流的热效应
解析：
太阳能热水器是通过热传递的方式将水加热，故选项B正确，其余选项错误。
2．关于物体的内能和热量，下列说法中正确的有（ D ）
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。
3．关于热量、温度的下列说法正确的是（ A ）
A．热量是热传递过程中，物体间内能的转移量；温度是物体分子平均动能大小的量度
B．在绝热容器中，放入两个温度不等的物体，则高温物体放出温度，低温物体吸收温度，直到两个物体温度相等
C．高温物体内能多，低温物体内能少
D．两个质量和比热容都相等的物体，若吸收相等的热量，则温度相等
解析：
温度是物体分子平均动能大小的量度，表示冷热程度；热量是热传递过程中物体间内能的转移量，内能包括分子动能与分子势能，与温度、体积、物质的量有关。
D项，不知道初始温度，只能说温度变化相同。
4．（2018·安徽省六安高二下学期期中）下列所述现象中属于利用热传导的方式来传热的是（ AD ）
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．在地面上晒小麦
D．冬天，用暖水袋暖手
解析：
冬天，室外的铁块温度低，手温度高，用手拿铁块时，手上的热量直接通过热传导的方式传到铁块上。
用暖水袋暖手，道理同上。
开空调后整间房间内温度降低，是空气通过对流的方式使热空气降温。
晒小麦是依靠太阳热辐射来吸收热量的，所以正确答案为AD。
5．在下述现象中，没有做功而使物体内能改变的是（ BD ）
A．电流通过电炉而使温度升高
B．在阳光照射下，水的温度升高
C．铁锤敲打铁块，使铁块温度升高
D．夏天在室内放几块冰，室内会变凉快
解析：
电流通过电炉做功使电能转化为内能；在阳光照射下，水温度升高是靠太阳的热辐射来升温的；铁锤敲打铁块是做功改变物体内能的过程；室内放上冰块是通过热传递的方式来改变气温的。
6．下列说法中正确的是（ AD ）
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：
做功使物体的内能改变，是其他形式的能和内能之间的转化；热传递则不同，它是物体内能的转移
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．热量是在热传递中，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：
做功和热传递改变物体内能的本质不同，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，故A选项正确；而物体的内能的变化取决于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。
故B、C选项不正确，D选项正确。
二、非选择题
7．阳光照暖了大地，地面辐射又对地面附近的空气加热，形成暖气团升往高空。
于是有人认为高山顶上的气温要比地面的高，但实际情况正好相反。
你怎么理解这种现象？
答案：
把地面附近温度、压强相同的一大团空气作为研究对象（在热力学中称为系统）。
这团空气最初在地面附近受热膨胀，密度变小，因而逐渐上升。
在上升的过程中，其边缘部分和外界空气的热交换对整个气团没有明显的影响，可以认为气团与外界之间传递的热量Q＝0，因此气团内能的变化仅与做功有关，即ΔU＝W。
气团上升时，不断膨胀，对外做功（W<0），内能减少（ΔU<0），温度降低，越高的地方，空气的温度越低。
能力提升
一、选择题（1～4题为单选题，5题为多选题）
1．如图所示，活塞将一定质量的气体封闭在直立圆筒形导热的气缸中，活塞上堆放细沙，活塞处于静止，现逐渐取走细沙，使活塞缓慢上升，直到细沙全部取走。
若活塞与气缸之间的摩擦可忽略，则在此过程中（ C ）
A．气体对外做功，气体温度一定降低
B．气体对外做功，内能一定减少
C．气体压强减小，内能可能不变
D．气体从外界吸热，内能一定增加
解析：
由于气缸为导热的，则可与外界进行热交换，细沙减少时，气体膨胀对外做功，可能由于与外界进行热交换吸热使内能不变。
故只有选项C正确。
2．某驾驶员发现中午时车胎内的气压高于清晨时的，且车胎体积增大。
若这段时间胎内气体质量不变且可视为理想气体，那么（ D ）
A．外界对胎内气体做功，气体内能减小
B．外界对胎内气体做功，气体内能增大
C．胎内气体对外界做功，内能减小
D．胎内气体对外界做功，内能增大
解析：
对车胎内的理想气体分析知，体积增大为气体对外做功，内能只有分子动能，而分子平均动能的标志为温度，故中午温度升高，内能增大，故选D。
3．如图所示，A、B是两个完全相同的球，分别浸没在水和水银的同一深度内，A、B两球用同一种材料制成，当温度稍微升高时，球的体积会明显变大，如果开始水和水银的温度相同，且两液体温度同时缓慢升高同一值，两球膨胀后，体积相等，则（ B ）
A．A球吸收的热量较多 B．B球吸收的热量较多
C．两球吸收的热量一样多D．无法确定
解析：
两球初末态温度分别相同，初末态体积也相同，所以内能增量相同，但水银中的B球膨胀时对外做功多，所以吸热较多，故选B。
4．下列关于内能与热量的说法中，正确的是（ D ）
A．马铃薯所含热量高
B．内能越大的物体热量也越多
C．热量总是从内能大的物体流向内能小的物体
D．热量总是从温度高的物体流向温度低的物体
解析：
选项A是生活中很常见的说法，但是物理学中的热量是过程量，不是状态量，不能象内能那样蕴含在物体中，选项A错；说法B与说法A存在相同的错误，此外，物体的内能与热量之间，在数量上没有必然联系，选项B错；两物体之间热量的传递方向只与它们的温度有关，与它们的内能无关，选项C错，D对。
5．在外界不做功的情况下，物体的内能增加了50J，下列说法中正确的是（ BD ）
A．一定是物体放出了50J的热量
B．一定是物体吸收了50J的热量
C．一定是物体分子动能增加了50J
D．物体的分子平均动能可能不变
解析：
在外力不做功的情况下，内能的改变等于传递的热量，内能增加，一定是吸收了相等能量的热量，故选项A错误，选项B正确；物体内能包括所有分子的动能和势能，内能由分子数、分子平均动能、分子势能共同决定，所以内能增加了50J并不一定是分子平均动能增加了50J。
物体的分子平均动能有可能不变，这时吸收的50J热量全部用来增加分子势能。
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_1_200__J的热量，如果对该物体做3000J的功，物体的温度升高5℃，表明该过程中，物体还_放出__（填“吸收”或“放出”）热量_1_000__J。
解析：
做功和热传递在改变物体内能上是等效的，因此物体用做功方式温度升高3℃，如用吸热方式，也使温度升高3℃，应吸收1200J的热量。
如对物体做功3000J，温度升高5℃，而物体温度升高5℃，需要的功或热量应为ΔE,1200J＝cm×3，
ΔE＝cm×5，所以ΔE＝2000J
因此物体应放出1000J的热量。
7．某同学为测量地表植物吸收太阳能的本领，做了如下实验：
用一面积为0.1m2的水盆盛6kg的水，经太阳垂直照射15min，温度升高5℃，若地表植物每秒接收太阳能的能力与水相等，试计算：
（1）每平方米绿色植物每秒接收的太阳能为多少焦耳？
（2）若绿色植物在光合作用下每吸收1kJ的太阳能可放出0.05L的氧气，则每公顷绿地每秒可放出多少氧气？
（1公顷＝104m2）
答案：
（1）1.4×103J/（m2·s）
（2）700L
解析：
据水升温吸收的热量，便可求出单位面积单位时间吸收的太阳能，进而可求出每公顷绿地每秒放出的氧气。
（1）单位面积单位时间吸收的太阳能为
P＝
＝
J/（m2·s）
＝1.4×103J/（m2·s）。
（2）氧气的体积为V＝
×0.05L＝700L。
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