2019-2020年高中物理 第十章 热力学定律 第1-2讲 功和内能 热和内能学案 新人教版选修3-3.doc

2019-2020年高中物理 第十章 热力学定律 第1-2讲 功和内能 热和内能学案 新人教版选修3-3目标定位1.知道做功可以改变物体的内能.2.知道热传递与内能变化的关系.3.知道热传递和做功对改变物体内能的等效结果一、焦耳的实验1系统不从外界吸热，也不向外界放热的过程叫做绝热过程2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，而与做功方式无关二、内能1任何一个热力学系统都存在一个只依赖于系统自身状态的物理量，我们把它称之为系统的内能2当系统从状态1经过绝热过程达到状态2时，内能的增加量UU2U1就等于外界对系统所做的功W，即UW.三、热和内能1不仅对系统做功可以改变系统的内能，单纯的对系统传热也能改变系统的内能2当系统从状态1经过单纯的传热达到状态2，内能的增加量UU2U1就等于外界向系统传递的热量Q，即UQ.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WU.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，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1AE甲不变，E乙减小 BE甲不变，E乙增大CE甲增大，E乙不变 DE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，内能的改变取决了做功的情况，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，内能就减小，故D选项正确借题发挥(1)压缩气体，外界对气体做功，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，而热量是热传递过程中内能的变化量，所以选项A、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1 200 J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3 000 J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1 200放出1 000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1 200 J的热量如对物体做功3 000 J，温度升高5 ，而物体温度升高5 ，需要的功或热量应为E.1 200 Jcm3 ，Ecm5 ，所以E2 000 J.QEW1 000 J，因此物体应放出1 000 J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少传热与内能的关系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，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，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ABC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汽缸内，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气体分子密度C气体内能 D气体分子的平均动能答案BCD解析绝热过程外力对系统做功，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，绝热容器中间用隔板隔开，左侧装有气体，右侧为真空现将隔板抽掉，让左侧气体自由膨胀到右侧直至平衡，在此过程中()图2A气体对外界做功，温度降低，内能减少B气体对外界做功，温度不变，内能不变C气体不做功，温度不变，内能不变D气体不做功，温度不变，内能减少答案C解析气体向真空膨胀，不做功；此为绝热容器，无热传递，Q0.题组二传热与内能的变化6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，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7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、是否接触周围的环境(是否真空)无关，故选项B正确，A、C、D错误题组三综合应用8如图3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3AA球吸收的热量较多BB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9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10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11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1 500 J的功，可使其温度升高5 K若改成只用热传递的方式，使气体温度同样升高5 K，那么气体吸收_ J的热量如果对该气体做了2 000 J的功，使其温度升高了5 K，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)1 500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)做功和热传递都可以改变物体的内能，且是等效的