高中物理 第三章 热力学基础 第一讲 内能 功 热量教案 粤教版选修33.docx

1、高中物理 第三章 热力学基础 第一讲 内能 功 热量教案 粤教版选修33第一讲内能功热量目标定位1.知道热传递的实质.2.知道做功和热传递是改变内能的两种方式，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、内能1.定义：物体内部所有分子做热运动的动能和分子势能的总和.2.影响因素：物体的内能由物体的温度、体积、物质的量共同决定.二、改变物体内能的两种方式1.做功在绝热过程中内能的改变用功来量度.外界对物体做多少功，物体的内能就增加多少；物体对外界做多少功，物体的内能就减少多少.2.热传递(1)热传递：高温物体总是自发地把它的内能传递给低温物体，这种没有做功而使物

2、体内能改变的现象称为热传递.(2)热量：热传递过程中物体内能变化的量度.(3)在系统与外界互不做功的条件下系统吸收了多少热量，系统的内能就增加多少；系统放出了多少热量，系统的内能就减少多少.解决学生疑难点_一、功和内能关系的理解1.内能(1)微观：所有分子的动能和势能之和.(2)宏观：只依赖于热力学系统自身状态的物理量.(3)状态量.2.功和内能变化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，在绝热过程中：(1)外界对系统做功，系统内能增加，即UU2U1W；(2)系统对外界做功，系统内能减少，即UW.3.内能与机械能的区别和联系(1)区别：内能与机械能是两个不同的概念.(2)联系：在

3、一定条件下可以相互转化，且总量保持不变.例1如图1所示，活塞将气缸分成甲、乙两气室，气缸、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1A.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，气体对外界做功，内能就减少，故D选项正确.借题发挥(1)压缩气体，外界对气体做

4、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，U为正，W为正，外界对系统做功，末态内能小于初态内能时，U为负，W为负，系统对外界做功.例2下列关于系统的内能的说法正确的是()A.系统的内能是由系统的状态决定的B.分子动理论中引入的系统内能和热力学中引入的系统内能是一致的C.做功可以改变系统的内能，但单纯地对系统传热不能改变系统的内能D.气体在大气中绝热膨胀时对外做了功，但气体的内能不变答案AB解析系统的内能是一个只依赖于系统自身状态的物理量，所以是由系统的状态决定的，A对；正因为内能是由系统的状态决定的，所以分子动理论中引入的内能和热力学中引

5、入的内能是一致的，B对；做功和热传递都可以改变系统的内能，C错；气体绝热膨胀时对外界做了功，又因为与外界没有热交换，所以系统的内能要减小，故D错.二、热和内能1.传热和内能变化的关系系统在单纯传热过程中，内能的增量U等于外界向系统传递的热量Q，即UQ.2.区分三组概念(1)内能与热量：内能是状态量，可以说系统具有多少内能而不能说传递多少内能；热量是过程量，不能说系统具有多少热量，只能说传递了多少热量.(2)热量与温度热量是系统的内能变化的量度，而温度是系统内部大量分子做无规则运动的激烈程度的标志.虽然热传递的前提是两个系统之间要有温度差，但是传递的是能量，不是温度.(3)热量与功热量和功，都是

6、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，功是能量变化的量度，但它们之间有着本质的区别.例3一铜块和一铁块，质量相等，铜块的温度T1，比铁块的温度T2高，当它们接触在一起时，如果不和外界交换能量，则()A.从两者开始接触到热平衡的整个过程中，铜块内能的减少量等于铁块内能的增加量B.在两者达到热平衡以前的任意一段时间内，铜块内能减少量不等于铁块内能的增加量C.达到热平衡时，铜块的温度TD.达到热平衡时，两者的温度相等答案AD解析一个系统在热交换的过程中，如果不与外界发生热交换，温度高的物体放出的热量等于温度低的物体吸收的热量，直到温度相等，不再发生热交换为止，而热量是热传递过

7、程中内能的变化量，所以选项A和D都正确，选项B错误；根据热平衡方程c铜m(T1T)c铁m(TT2)，解得T，由此可知选项C是错误的.例4若对物体做1200J的功，可使物体温度升高3，改用传热的方式，使物体温度同样升高3，那么物体应吸收_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，物体应_(填“吸收”或“放出”)热量_J.答案1200放出1000解析做功和传热在改变物体内能上是等效的，因此物体用做功方式使温度升高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E.1200Jcm3，Ecm5

8、，所以E2000J.QEW1000J，因此物体应放出1000J的热量.做功与内能的关系1.在下述各种现象中，不是由做功引起系统温度变化的是()A.在阳光照射下，水的温度升高B.用铁锤不断锤打铅块，铅块温度会升高C.在炉火上烧水，水的温度升高D.电视机工作一段时间，其内部元件温度升高答案AC解析阳光照射下水温升高是热辐射使水的温度升高，在炉火上烧水是热传导和对流使水的温度升高，用铁锤锤打铅块的过程，是做功的过程，铅块温度升高，是由于外界做功引起的.电视机工作时，电流通过各元件，电流做功使其温度升高.可见A、C不是由做功引起温度变化的，故选A、C.2.一定质量的气体经历一缓慢的绝热膨胀过程.设气体

9、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少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少答案D解析绝热膨胀过程是指气体膨胀过程未发生热传递，膨胀过程气体体积增大，气体对外界做功W0.由UU2U1W可知，气体内能减小.由于气体分子间的势能忽略，故气体分子的平均动能减小.传热与内能的关系3.关于热传递，下列说法中正确的是()A.热传递的实质是温度的传递B.物体间存在着温度差，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答案B解析热传递的实质

10、是物体间内能的转移，故A错；热传递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，它们之间便不再发生热传递，即达到了热平衡，故B对、C错；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实现，故D错.4.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答案D解析物体的内能是指物体内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或热传递两种途径，这三者的物理意义不同

11、，A错；热量是表示在热传递过程中物体内能变化多少的，而功也是量度用做功的方式来改变物体内能多少的，B错；三者单位都是焦耳，C错；热量和功是过程量，内能是状态量，D正确.(时间：60分钟)题组一做功与内能的变化1.用下述方法改变物体的内能，不属于做功的方式是()A.用锤子打铁时，铁块发热B.用磨刀石磨刀时，刀发热C.双手互搓，手发热D.用天然气烧水答案D解析A、B、C中的过程都是力对系统(铁块、刀、手)做功，内能增加和温度升高的过程.而D中的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.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

12、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答案D解析给自行车轮胎打气，人对胎内气体做功，气体内能增加，所以温度升高.3.一定质量的气体封闭在绝热的气缸内，当用活塞压缩气体时，一定增大的物理量有(不计气体分子势能)()A.气体体积 B.气体分子数C.气体内能 D.气体分子的平均动能答案CD解析绝热过程外力对系统做功，气体内能增加，温度升高，分子平均动能增加.4.如图1所示为某种椅子与其升降部分的结构示意图，M，N两筒间密闭了一定质量的气体，M可沿N的内壁上下滑动.设筒内气体不与外界发生热交换，在M向下滑动的过程中()图1A.外界对气体做功，气体内能增大

13、B.外界对气体做功，气体内能减小C.气体对外界做功，气体内能增大D.气体对外界做功，气体内能减小答案A解析因为M、N内被封气体体积减小，所以外界对气体做功，又因气体与外界没有热交换即绝热过程，所以UW，且U0，气体内能增加，A正确.5.如图2所示，厚壁容器的一端通过胶塞插进一支灵敏温度计和一根气针，另一端有个用卡子卡住的可移动胶塞，用打气筒通过气针慢慢向容器内打气，使容器内的压强增大到一定程度，这时读出温度计示数.打开卡子，胶塞冲出容器口后()图2A.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，内能增大C.温度计示数变小，实验表明气体对外界做功，

14、内能减少D.温度计示数变小，实验表明外界对气体做功，内能增大答案C解析打开卡子，胶塞冲出容器口后，密封气体体积增大，气体膨胀对外做功，气体内能减少，同时温度降低，温度计示数变小.题组二热传递与内能6.热传递的规律是()A.热量从内能大的物体传给内能小的物体B.热量从内能较小的物体传给内能较大的物体C.热量从温度高的物体传给温度低的物体D.热量从高温内能大的物体传给低温内能小的物体答案C解析自发的热传递的方向是从温度高的物体传给温度低的物体，与物体的内能大小无关.7.下列关于内能与热量的说法中，正确的是()A.马铃薯所含热量高B.内能越大的物体热量也越多C.热量自发地从内能大的物体流向内能小的物

15、体D.热量自发地从温度高的物体流向温度低的物体答案D解析选项A是一种很常见的说法，在日常生活中似无须计较，但从物理学的角度来看，却有不妥，热量是过程量，不是状态量，不能像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；两物体之间热量的流向只与它们的温度有关，与它们的内能无关，选项C错.8.在一个完全真空的绝热容器中放入两个物体，它们之间没有发生热传递，这是因为()A.两物体没有接触B.两物体的温度相同C.真空容器不能发生热对流D.两物体具有相同的内能答案B解析发生热传递的条件是有温度差，而与物体内能的多少、是否接触周围的

16、环境(是否真空)无关，故选项B正确，A、C、D错误.题组三综合题组9.物体由大量分子组成，下列说法正确的是()A.分子热运动越剧烈，物体内每个分子的动能越大B.分子间引力总是随着分子间距离的减小而减小C.物体的内能跟物体的温度和体积有关D.只有外界对物体做功才能增加物体的内能答案C解析分子热运动越剧烈，分子的平均动能越大，但不一定是每个分子的动能都大，故A错；分子间的引力和斥力都是随着分子间距离的减小而增大，故B错；物体的内能由物质的量、物态、体积及温度决定，即所有分子动能和分子势能之和，故C正确；物体内能的变化由做功和热传递共同决定，故D错.10.如图3所示，A、B是两个完全相同的球，分别浸

17、没在水和水银的同一深度处，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到同一值，两球膨胀后，体积相等，则()图3A.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.无法确定答案B解析A、B两球升高同样的温度，体积变化又相同，则二者内能的变化相同，而B球是处在水银中的，B球膨胀时受到的压力大，对外做功多，因此B球吸收热量较多一些.11.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()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50JD.

18、物体的分子平均动能可能不变答案BD解析在外界不做功的情况下，内能的改变量等于传递的热量，内能增加，一定是吸收了相等能量的热量，故A错、B对；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.12.如图4所示的容器中，A、B中各有一个可自由移动的活塞，活塞下面是水，上面是大气，大气压恒定，A、B的底部由带阀门K的管道相连，整个装置与外界绝热.打开阀门前，A中水面比B中水面高，打开阀门后，A中的水逐渐向B中流，最后达到同一高度，在这个过程中()图

19、4A.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，水的内能增加答案D解析打开阀门K稳定后，容器A、B中的水面相平，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容器中的水做正功为p0SAhA，对B容器中的水做负功为p0SBhB，因为两部分水的体积相等，所以大气压力对水做的总功为零.由于容器绝热，系统与外界之间没有热交换，而重力对系统做正功，故水的内能增加.13.(1)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

20、，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5所示.这是因为烧瓶里的气体吸收了水的_，温度_，体积_.图5(2)若只对一定质量的理想气体做1500J的功，可使其温度升高5K.若改成只用热传递的方式，使气体温度同样升高5K，那么气体吸收_J的热量.如果对该气体做了2000J的功，使其温度升高了5K，表明在该过程中，气体还_(选填“吸收”或“放出”)热量_J.答案(1)热量升高增大(2)1500放出500解析(1)烧瓶和烧瓶内的气体要从热水杯中吸收水的热量，温度升高，体积增大.(2)做功和热传递在改变物体内能上是等效的，因此对气体做功1500J使温度升高5K，如用吸热方式，也使温度升高5K应吸收1500J的热量.如果对气体做功2000J，温度升高5K，则气体内能增加U1500J，由WQU，知QUW500J，因此，气体应放出热量500J.