10.1-2 功和内能 热和内能.docx

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1、1功和内能2热和内能学习目标1 .掌握从热力学角度认识内能的概念.了 解焦耳的两个实验.（重点）2 .知道做功与内能改变的数量关系，知 道热传递的热量与内能变化的关系.（重 点、难点）3 .知道做功和热传递是改变内能的两种 方式，且对改变系统内能是等效的.（难 点）4 .掌握内能、功、热量、温度四个物理量的区别和联系.（重点）功和内能o基础初探先填空I1 .焦耳的实验（1）绝热过程：系统只由于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）代表性实验重物下落带动叶片搅拌容器中的水，引起水温上升通过电流的热效应给水加热.（3）实验结论：要使系统状态通过绝热过程发生变化，做功

2、的数量只由过程 始末两个状态决定，而与做功的方式无关.2 .功和内能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.热量是热传递过程中物体内能变化的量度D.温度高的物体比温度低的物体含有的热量多E.温度总是从物体热的部分传递至冷的部分【解析】 B选项中，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；D选项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；E选项中，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】BDE4 .在外界不做功的情况下，物体的内能增加了 50 J,下列说法中正确的是 ()A

3、. 一定是物体放出了 50 J的热量B. 一定是物体吸收了 50 J的热量C. 一定是物体分子动能增加了 50 JD.物体的分子平均动能可能不变E.物体的分子势能可能增加了 50 J【解析】 在外界不做功的情况下，系统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 50 J并不一定是分子动能增加了 50 J.物体的分子平均动能有可能不变，这 时吸收的50 J热量全部用来增加分子势能.【答案】BDE5 .器壁透热的汽缸放在恒温环境中，如图10-1-5所示.汽缸内封闭

4、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(忽略 摩擦)。向左运动的过程中，有下列说法：【导学号：11200084】活塞对气体做功，气体的平均动能增加；活塞对气体做功，气体的平均动能不变；气体的单位体积内的分子数增大，压强增大；气体的单位体积内的分子数增大，压强不变.活塞对气体做功.气体的内能不变其中不正确的是（）A.B.C.D.E.【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，所以汽缸 内气体的温度不变，气体

5、的平均动能不变，忽略分子力时，气体的内能不变， 错误，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 积上汽缸受到气体分子的碰撞次数增多，因此，气体的压强增大，正确，错 口 7天.【答案】ABD6 .如图10-1-6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.（填 序号）【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

6、珠即“白雾”，而瓶塞跳起 是用打气筒往瓶内打气使气体压强增大所致.【答案】乙丙甲7 .如图10-1-7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A球吸收的热量8球吸收的热量.（填“大于”或“小于”或“等于）【导学号：1或00085】图 10-1-7【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.【答案】小于8 . （2016济南模拟）（1）远古时代

7、，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 转化为内能.（2）某同学做了一个小实验：先把空的烧瓶放到冰箱冷冻，1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10-1-8,这是因为烧瓶里的气体吸收了水的,温度 ，体积.图 10-1-8【解析】钻木取火是通过做功方式把机械能转化为内能的.将烧瓶放进热水中，烧瓶内的气体吸热膨胀.【答案】 做功 机械能（2）热量 升高 增大能力提升9.（2016上海高二检测）如图10-1-9所示，A、B两

8、装置均由一支一端封闭、 一端开口且带有玻璃泡的管状容器和水银槽组成，除玻璃泡在管上的位置不同 外，其他条件都相同.将两管抽成真空后，开口向下竖直插入水银槽中（插入过 程没有空气进入管内），水银柱上升至图示位置停止.假设这一过程水银与外界 没有热交换，则下列说法不正确的是（）AB图 10-1-9A. A中水银的内能增量大于3中水银的内能增量B. A管内水银的重力势能大于B管的C. 8中水银的内能增量大于A中水银的内能增量D. A和8中水银体积保持不变，故内能增量相同E. 4和B中水银温度始终相同，故内能增量相同【解析】 大气压对水银槽内的水银做相同的功，因为玻璃管内吸进的水银 一样多，所以水银槽

9、内的液面下降相同的高度，A管重心高于8管，A管内水银 重力势能大于3管的，故A管内水银的内能增量小于3管的，B、C正确.【答案】 ADE10.如图10-1-10所示，活塞将汽缸分成甲、乙两气室，汽缸、活塞（连同拉 杆）是绝热的，且不漏气.用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的下列说法不正确的是（）【导学号：11200087】图 10-1-10A. 甲不变，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E.甲中内能的增加量大于乙中内能的减少量【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

10、的情况.对于甲室内的气体，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，内能应减小；外力做的正功应等于甲、乙 内能变化量的代数和，故E正确.【答案】ABC11 .如图10-1-11所示，绝热隔板S把绝热的汽缸分隔成体积相等的两部分, S与汽缸壁的接触是光滑的.两部分中分别盛有相同质量、相同温度的同种气体 1和4气体分子之间相互作用可忽略不计.现通过电热丝对气体。缓慢加热一段 时间后，、力各自达到新的平衡状态.试分析。、力两部分气体与初状态相比， 体积、压强、温度、内能各如何变化？【导学号：11200088

11、】图 10-1-11【解析】 汽缸和隔板绝热，电热丝对气体。加热，温度升高，压强增大, 体积增大，内能增大；。对人做功，b的体积减小，温度升高，压强增大，内能增大.【答案】见解析12 .某同学想要估测每秒钟太阳辐射到地球表面上的能量，他用一个横截面 积S=3.2 dn?的保温圆筒，筒内装有质量为2=0.4 kg的水，让太阳光垂直照射 Z=3 min,水升高的温度 加=2.2 ,已知水的比热容c=4.2X 1()3 j/(kgc),地 球半径为R=6400 km,试求出太阳向地球表面辐射能量的功率.【解析】水吸收的能量：Q=cmt=A.2X103X0.4X2.2 J = 3 696J13 光在1

12、 s内垂直照射到So=l m2面积上的功率：P=QSt3 6963.2X10-2X3X60W = 6.4X102W太阳辐射到地球表面上能量的功率：P=PX-=6.4X102 X 3.14X(6 400X 103)2W = 8.2X 1016W.【答案】8.2X1016W（1）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所做的功相联 系.鉴于功是能量变化的量度，所以这个物理量必定是系统的一种能量，我们把 它称为系统的内能.（2）功和内能：在绝热过程中，外界对系统做的功等于系统内能的增加量， 即再判断1 .在绝热过程中，

13、外界对系统做的功小于系统内能的增加量.（义）2 .系统只从外界吸热，而不向外界放热的过程就是绝热过程.（义）3 .在绝热过程中，外界对系统做多少功，内能就能增加多少.（J）后思考1 .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？图 10-1-1【提示】 外壳温度升高甚至烫手，压缩气体做功，使系统的内能增加，温 度升高.2 .焦耳的代表性实验热功当量实验,它是通过什么能转化为什么能的？ 这个实验又能得出怎样的结论？【提示】 重力势能转化为内能.结论：只要重

14、力做功相同，容器内水温上 升的数值是相同的，即系统状态变化是相同的.O核心突破核心点击1 .内能：物体的内能是指物体内所有分子的平均动能和势能之和.(1)在微观上由分子数、分子热运动的剧烈程度和相互作用力决定，宏观上 体现为物体的温度和体积，因此物体的内能是一个状态量.(2)在系统不吸热也不放热的绝热过程中，状态发生的变化是由于做功造成 的，伴随的能量转化是外界的能量与系统自身的能量发生了转化，系统自身的能 量称为内能.(3)造成系统内能变化的量与做功方式无关，与做功的数量有关.(4)内能是状态量，由它的状态、温度、体积、质量决定.2. (1)做功与内能变化的关系：当系统从某一状态经过绝热过程

15、达到另一状 态时，内能的增加量AU就等于外界对系统所做的功W,用式子表示为：MJ= U1-U = W.(2)系统内能的改变量。只与初、末状态的内能Ui和。2有关，与做功的过 程、方式无关.(3)功和内能的区别功是过程量，内能是状态量.在绝热过程中，做功一定能引起内能的变化.物体的内能大，并不意味着做功多，在绝热过程中，只有变化较大时，对 应着做功较多.O题组冲关1 .如图10-1-2所示，柱形容器内封有一定质量的空气，质量为用的光滑活 塞与容器都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，下述空 气内能的改变量AU、

16、外界对气体所做的功W与物体及活塞的重力势能的变化关 系中不正确的是()A. Mgh+mgh=U+WB. AU=W, W=Mgh+mgC. AU=W, WAU【解析】物体与活塞碰撞时有机械能损失，因此物体和活塞重力势能的减 少量大于气体内能的增加量；根据功与内能增加量的关系可知，外界对气体所做 的功W与空气内能的变化量相等，因此AU=W, WMgh+mg9 C、E正确， A、B、D错误.特别注意物体与活塞碰撞时有机械能损失.【答案】ABD2.如图10-1-3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R使活塞缓

17、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，则被密封的气体的下列说法不正确的是（）JL图 10-1-3A.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E.分子的平均动能增加，分子对器壁单位面积碰撞的冲力增大【解析】 由方对密闭的气体做正功，容器及活塞绝热，则系统与外界传递的热量。=0,由功和内能的关系知，理想气体内能增大，温度升高，再根据华=C, V减小，p增大.答案A、B、D.【答案】 ABD3.如图10-1-4所示，为焦耳实验装置图，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

18、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（）.一重物重物f 搅拌叶片-绝热壁 水图 10-1-4A.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E.在绝热过程中，做功一定增加水的内能【解析】 将做功过程和吸热过程在同等条件下比较，可测出热功当量，故 A正确；做功增加了水的内能，热量只是热传递过程中内能改变的量度，故B 错误，C正确；做功和传热产生的效果相同，但功和热量是不同的概念，D错误.【答案】 ACE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，。为正值； 若系统对外界做正功，系统内能减少，

19、。为负值.此过程做功的多少为内能转 化多少的量度.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AU也确定了.而 功是能量转化的量度，所以即W为恒量，这也是判断绝热过程的一种 方法.点（热和内能基础初探先填空1 .热传递条件：物体的温度不同.(2)定义：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，热量从高温物体传到了低温物体.2 .热和内能3 1)热量：它是在单纯的传热过程中系统内能变化的量度.4 2)表达式：AU=O.5 3)热传递与做功在改变系统内能上的异同：做功和热传递都能引起系统

20、 内能的改变.做功时是内能与其他形式能的转化；热传递只是不同物体(或一 个物体的不同部分)之间内能的转移.再判断1 .功和内能都是能量转化的量度.(X)2 .做功和热传递都可改变物体的内能，从效果上是等效的.(J)3 .热量一定从内能多的物体传递给内能少的物体.(X)后思考1 .物体的内能增加是否一定是从外界吸收了热量？【提示】 不一定.这是因为做功和热传递都可以改变物体的内能.2 .从能量的角度看，做功和热传递有何不同？【提示】 做功是内能和其他形式能的转化，热传递是不同物体或一个物体 不同部分之间内能的转移.O核心突破核心点击1 .热传递(1)热量从高温物体传递到低温物体，或从物体的高温部

21、分传递到低温部分, 叫做热传递.(2)热传递的三种方式：热传导、热对流和热辐射.2 .热传递的实质热传递实质上传递的是能量，结果是改变了系统的内能.传递能量的多少用 热量来量度.3 .传递的热量与内能改变的关系(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=4 .热传递具有方向性热量从高温物体传递到低温物体，或从物体的高温部分传递到低温部分，不会自发地从低温物体传递到高温物体或从物体的低温部分传递到高温部分.5 .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 力口；物体

22、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题组冲关6 .关于物体的内能和热量，下列说法中不正确的有（）A.热水的内能比冷水的内能多8 .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.在热传递过程中，热量从高温物体传递到低温物体，直到两物体的温度 相同为止E.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

23、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、D项对；关于热量的论述，E项是正确的.【答案】ABC5 . 一铜块和一铁块，质量相等，铜块的温度Ti比铁块的温度为高，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，铜块内能的减少量不等于铁 块内能的增加量C.在两者达到热平衡以前的任意一段时间内，铜块内能的减少量都等于铁 块内能的增加量D.

24、达到热平衡时，铜块的温度比铁块的低E.热平衡时，两者的温度相等【解析】热平衡条件是温度相等，热传递的方向是从温度高的物体传向温 度低的物体.在热传递过程中高温物体放出的热量等于低温物体吸收的热量，因 此A、C、E正确，B、D错误.【答案】 ACE6 .关于热量、功和内能的下列说法中正确的是（）A.热量、功、内能三者的物理意义等同8 .热量、功都可以作为物体内能的量度C.热量、功都可以作为物体内能变化的量度D.热量、功、内能的单位相同E.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

25、三者的物理意义不同，A项错 误；热量是表示在热传递过程中物体内能变化多少的，而功也是用做功的方式量 度物体内能变化多少的，B项错误；C项正确.三者的单位都是焦耳，D项正确； 热量和功是过程量，内能是状态量，E项正确.【答案】CDE名师/热量和内能的理解要点1 .热量的概念只有在涉及能量的传递时才有意义，因此不能说物体具有多 少热量，只能说物体吸收或放出了多少热量.2 .在系统与外界只发生热传递时，系统吸收多少热量，系统内能就增加多少；系统放出多少热量，系统内能就减少多少.学业分层测评（十三）（建议用时：45分钟）学业达标1.下列说法正确的是（）A.外界对气体做功，气体的内能一定增大B.气体从外

26、界吸收热量，气体的内能一定增大C.气体温度越高，气体分子无规则运动的平均动能越大D.做功和热传递对改变物体的内能是等效的E.温度是气体分子无规则运动平均动能的标志【解析】 物体内能的变化与做功和热传递两个因素有关.外界对气体做功， 同时物体有可能向外界放出热量，内能有可能不变甚至减小，故A错；同理， 气体从外界吸收热量，同时也有可能对外界做功，气体的内能不一定增大，故B 错；而温度是物体分子热运动平均动能的标志，气体的温度越高，气体分子无规 则运动的平均动能越大，故C、D、E对.【答案】CDE2.下列所述现象中属于利用热传导的方式来传热的是（）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.在地面上晒小麦D.冬天，用暖水袋暖手E.用金属柄的铁勺子舀沸腾的热水时烫手【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.开空调后整个 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A、D、E正确.【答案】ADE3. （2016长沙高二检测）关于温度、热量、内能，以下说法中不正确的是（）【导学号：11200083】