2019-2020學(xué)年高中物理 第十章 熱力學(xué)定律 第1節(jié) 功和內(nèi)能 第2節(jié) 熱和內(nèi)能學(xué)案 新人教版選修3-3

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1、第1節(jié) 功和內(nèi)能 第2節(jié) 熱和內(nèi)能   1.了解焦耳的兩個實驗原理,知道做功和熱傳遞的實質(zhì). 2.知道做功和熱傳遞是改變內(nèi)能的兩種方式,理解做功和熱傳遞對改變系統(tǒng)內(nèi)能是等效的,明確兩種方式的區(qū)別. 3.明確內(nèi)能、功、熱量、溫度四個物理量的區(qū)別和聯(lián)系. 4.通過焦耳實驗的探究,培養(yǎng)科學(xué)探索精神. 一、焦耳的實驗 1.絕熱過程:系統(tǒng)只由于外界對它做功而與外界交換能量,它不從外界吸熱,也不向外界放熱. 2.焦耳的代表性實驗 (1)重物下落帶動葉片攪拌容器中的水,引起水溫升高. (2)通過電流的熱效應(yīng)給水加熱. 3.實驗結(jié)論:要使系統(tǒng)狀態(tài)通過絕熱過程發(fā)生變化,做功的數(shù)量只由過程始末兩

2、個狀態(tài)決定而與做功的方式無關(guān). 1.(1)某一系統(tǒng)經(jīng)歷絕熱過程時,只要初末狀態(tài)相同,則做功數(shù)量也一定相同.(  ) (2)在絕熱過程中,做功方式不同會直接影響系統(tǒng)狀態(tài)變化的最終結(jié)果.(  ) 提示:(1)√ (2)× 二、功和內(nèi)能 1.內(nèi)能:依賴于一個熱力學(xué)系統(tǒng)自身狀態(tài)的物理量,是熱力學(xué)系統(tǒng)的一種能量. 2.絕熱過程中做功與內(nèi)能變化的關(guān)系:ΔU=W. 2.(1)轉(zhuǎn)動的葉片不斷攪動水,水溫升高.(  ) (2)在絕熱過程中,外界對氣體做功,氣體內(nèi)能增加.(  ) (3)在絕熱過程中,氣體對外界做功,氣體內(nèi)能減少.(  ) 提示:(1)√ (2)√ (3)√ 三、熱和

3、內(nèi)能 1.熱傳遞:熱量總是從高溫物體向低溫物體傳遞. 2.熱量和內(nèi)能 (1)關(guān)系描述:熱量是在單純的傳熱過程中內(nèi)能變化的量度. (2)公式表達:ΔU=Q. 3.(1)做功和熱傳遞都可以改變物體的內(nèi)能,從效果上是等效的.(  ) (2)在絕熱過程中,外界對系統(tǒng)做的功小于系統(tǒng)內(nèi)能的增加量.(  ) (3)熱傳遞只能發(fā)生在兩個物體間,同一物體不能發(fā)生熱傳遞.(  ) (4)功和內(nèi)能都是能量轉(zhuǎn)化的量度.(  ) 提示:(1)√ (2)× (3)× (4)×  做功和內(nèi)能變化的關(guān)系 1.做功與內(nèi)能變化的關(guān)系 (1)做功改變物體內(nèi)能的過程是其他形式的能(如機械能)與內(nèi)能相

4、互轉(zhuǎn)化的過程. (2)在絕熱過程中,外界對物體做多少功,就有多少其他形式的能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,物體的內(nèi)能就增加多少. 2.功與內(nèi)能的區(qū)別 (1)功是過程量,內(nèi)能是狀態(tài)量. (2)在絕熱過程中,做功一定能引起內(nèi)能的變化. (3)物體的內(nèi)能大,并不意味著做功多.在絕熱過程中,只有內(nèi)能變化越大時,相應(yīng)地做功才越多.  (1)外界對某一系統(tǒng)做功時系統(tǒng)的內(nèi)能不一定增加,還要看該系統(tǒng)有沒有向外放熱,以及向外放熱的多少. (2)在絕熱過程中,系統(tǒng)內(nèi)能的增加量等于外界對系統(tǒng)所做的功.  景頗族的祖先發(fā)明的點火器如圖所示,用牛角做套筒,木制推桿前端粘著艾絨,猛推推桿,艾絨即可點燃.對筒內(nèi)封閉的氣體,在

5、此壓縮過程中(  ) A.氣體溫度升高,壓強不變 B.氣體溫度升高,壓強變大 C.氣體對外界做正功,氣體的內(nèi)能增加 D.外界對氣體做正功,氣體的內(nèi)能減少 [解題探究] (1)猛推推桿,外界對氣體做______功,“猛推”暗示該過程可看做______過程. (2)氣體溫度與內(nèi)能大小的關(guān)系為________. [解析] 對封閉氣體,猛推推桿壓縮的過程中,時間極短,傳熱不計,故該過程中外界對氣體做正功,使其內(nèi)能增加,選項C、D均錯誤.因氣體的內(nèi)能是所有分子動能與分子勢能之和,而氣體的分子間距很大,分子力可以忽略,故分子勢能不計,所以分子的平均動能增加,溫度升高,再由氣體狀態(tài)方程=C

6、可知,氣體的壓強變大,故選項A錯誤,選項B正確. [答案] B (1)根據(jù)氣體體積變化判斷做功情況:氣體膨脹,氣體對外界做功;氣體壓縮,外界對氣體做功,但氣體向真空自由膨脹時不做功. (2)通過“迅速”“緩慢”等關(guān)鍵性字眼建立物理模型.“迅速”是指來不及熱交換,可以認為是“絕熱過程”;“緩慢”是指這一過程中能夠進行熱交換.   1.金屬筒內(nèi)裝有與外界溫度相同的壓縮空氣,打開筒的開關(guān),筒內(nèi)高壓空氣迅速向外溢出,待筒內(nèi)、外壓強相等時,立即關(guān)閉開關(guān).在外界保持恒溫的條件下,經(jīng)過一段較長的時間后,再次打開開關(guān),這時出現(xiàn)的現(xiàn)象是(  ) A.筒外空氣流向筒內(nèi) B.筒內(nèi)空氣流向筒外 C

7、.筒內(nèi)、外有空氣交換,處于動態(tài)平衡,筒內(nèi)空氣質(zhì)量不變 D.筒內(nèi)、外無空氣交換 解析:選B.因高壓空氣急劇外溢時,氣體來不及充分與外界發(fā)生熱交換,可近似看成絕熱膨脹過程,氣體對外做功,內(nèi)能減小,所以關(guān)閉開關(guān)時,筒內(nèi)氣體溫度較外界偏低,再經(jīng)過較長時間后,筒內(nèi)、外氣體溫度相同.對筒內(nèi)剩余氣體分析,屬于等容升溫過程,壓強要增大,大于外界氣壓,所以再打開開關(guān)時,筒內(nèi)氣體要流向筒外,B對.  熱傳遞和內(nèi)能變化的關(guān)系 1.在單純傳熱中,系統(tǒng)從外界吸收多少熱量,系統(tǒng)的內(nèi)能就增加多少;系統(tǒng)向外界放出多少熱量,系統(tǒng)的內(nèi)能就減少多少.即ΔU=U2-U1=Q. 2.傳熱改變物體內(nèi)能的過程是物體間內(nèi)能轉(zhuǎn)移

8、的過程.  (多選)在外界不做功的情況下,物體的內(nèi)能增加了50 J,下列說法中正確的是(  ) A.一定是物體放出了50 J的熱量 B.一定是物體吸收了50 J的熱量 C.一定是物體分子動能增加了50 J D.物體的分子平均動能可能不變 [解析] 在外界不做功的情況下,內(nèi)能的改變等于傳遞的熱量,內(nèi)能增加,一定是吸收了相等能量的熱量,故A錯誤、B正確.物體內(nèi)能包括所有分子的動能和勢能,內(nèi)能由分子數(shù)、分子平均動能、分子勢能共同決定,所以內(nèi)能增加了50 J并不一定是分子動能增加了50 J.物體的分子平均動能有可能不變,這時吸收的50 J熱量全部用來增加分子勢能.故選B、D. [答案] 

9、BD 內(nèi)能的改變與熱量的聯(lián)系:在單純的熱傳遞過程中,系統(tǒng)內(nèi)能的增加量等于外界向系統(tǒng)傳遞的熱量.   2.以下所述現(xiàn)象中屬于通過傳熱改變物體內(nèi)能的是(  ) A.將一段鐵絲反復(fù)彎折,彎折處會發(fā)熱 B.放在空氣中的一杯熱水會冷卻 C.在轉(zhuǎn)動的砂輪上磨車刀,車刀發(fā)熱 D.電流通過電阻絲 解析:選B.不論物體是發(fā)熱還是冷卻,物體的溫度都發(fā)生了變化,都是內(nèi)能的改變.彎折鐵絲是對鐵絲做功,在轉(zhuǎn)動的砂輪上磨車刀是摩擦力對車刀做功,電流通過電阻絲是電流做功,所以A、C、D都是通過做功來改變物體的內(nèi)能.熱水放在空氣中,通過熱輻射以及熱對流等方式向外傳遞了熱量,使自身的內(nèi)能減少,溫度降低,它是

10、通過傳熱方式改變物體內(nèi)能的,所以選項B正確.  做功與熱傳遞的區(qū)別與聯(lián)系 比較項 做功 傳熱 內(nèi)能 變化 外界對物體做功,物體的內(nèi)能增加;物體對外界做功,物體的內(nèi)能減少 物體吸收熱量,內(nèi)能增加;物體放出熱量,內(nèi)能減少 物理 實質(zhì) 其他形式的能與內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)化.當(dāng)機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能時,必須通過物體的宏觀運動才能實現(xiàn) 不同物體間或同一物體的不同部分之間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移.物體間發(fā)生傳熱的必要條件是存在溫度差 相互 聯(lián)系 做一定量的功或傳遞一定量的熱量在改變內(nèi)能的效果上是相同的  (多選)下列說法中正確的是(  ) A.做功和傳熱是改變物體內(nèi)能的兩種本質(zhì)不同的物理過程,做功

11、是其他形式的能和內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)化,傳熱是物體內(nèi)能的轉(zhuǎn)移 B.外界對物體做功,物體的內(nèi)能一定增大 C.物體向外界放熱,物體的內(nèi)能一定增大 D.物體內(nèi)能發(fā)生了改變,可能是做功引起的,也可能是傳熱引起的,還可能是兩者共同引起的 [解析] 做功和傳熱改變物體內(nèi)能的本質(zhì)不同,因為做功的過程一定是不同形式的能相互轉(zhuǎn)化的過程,而傳熱是同種形式的能量(內(nèi)能)在不同的物體之間或物體不同的部分之間傳遞或轉(zhuǎn)移,故選項A正確.物體內(nèi)能的變化取決于做功和傳熱兩種途徑,單就一個方面的改變不足以斷定其內(nèi)能的變化情況,故選項B、C錯誤,D正確. [答案] AD  3.下列關(guān)于做功和傳熱的說法中正確的是(  ) A

12、.做功和傳熱的實質(zhì)是相同的 B.做功和傳熱在改變物體內(nèi)能上是等效的 C.做功和傳熱是對同一過程中的兩種說法 D.做功和傳熱是不可能同時發(fā)生的 解析:選B.做功和傳熱在改變物體內(nèi)能上是等效的,但本質(zhì)不同.做功是將其他形式的能量轉(zhuǎn)化為內(nèi)能或?qū)?nèi)能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量,傳熱是內(nèi)能的轉(zhuǎn)移,且做功和傳熱可以同時進行,故B選項正確.  溫度、熱量和內(nèi)能的區(qū)別與聯(lián)系 比較項 區(qū)別 聯(lián)系 熱量和 內(nèi)能 內(nèi)能是狀態(tài)量,熱量是過程量,熱量的概念在涉及能量傳遞時才有意義.熱量對應(yīng)物體狀態(tài)變化的一個過程,而內(nèi)能對應(yīng)一個狀態(tài) 在單純傳熱的過程中,物體吸收熱量,內(nèi)能增加,物體放出熱量,內(nèi)能減小,

13、熱量是內(nèi)能改變的量度 熱量和 溫度 熱量是系統(tǒng)內(nèi)能變化的量度,而溫度是系統(tǒng)內(nèi)部大量分子做無規(guī)則熱運動的劇烈程度的標(biāo)志.雖然傳熱的前提是兩個系統(tǒng)之間要有溫度差,但是傳遞的是熱量,不是溫度 傳熱過程中放出的熱量多少與溫度差有一定的關(guān)系 內(nèi)能和 溫度 從宏觀看,溫度表示的是物體的冷熱程度;從微觀看,溫度反映了分子熱運動的劇烈程度,是分子平均動能的標(biāo)志.只升高物體的溫度,其內(nèi)能一定增加 兩者相比,溫度高的物體內(nèi)能不一定大;反過來內(nèi)能大的物體,溫度也不一定高  關(guān)于溫度、熱量、功和內(nèi)能,以下說法正確的是(  ) A.同一物體溫度高時,含有的熱量多 B.物體的內(nèi)能越大,含有的熱量就越

14、多,溫度也越高 C.外界對系統(tǒng)做功W,內(nèi)能必定增加 D.發(fā)生熱傳遞的條件是兩物體之間存在溫度差 [解析] 熱量是物體間進行熱傳遞時內(nèi)能的轉(zhuǎn)移,不能說物體含有多少熱量,故A錯;物體的吸熱或放熱對應(yīng)物體的內(nèi)能變化,并不對應(yīng)物體內(nèi)能的大小,故B錯;由于做功和熱傳遞都可引起物體內(nèi)能的變化,只根據(jù)做功無法準確判斷物體內(nèi)能的變化,故C錯;物體間發(fā)生熱傳遞的條件是存在溫度差,故D對. [答案] D 物理量之間進行比較時,關(guān)鍵是弄清物理量的概念及其意義,特別是容易混淆的一些概念,它們一定有不同之處,如內(nèi)能、功和熱量的區(qū)別關(guān)鍵之處是狀態(tài)量與過程量.   4.關(guān)于物體的內(nèi)能和熱量,下列說法中正確的有(  ) A.熱水的內(nèi)能比冷水的內(nèi)能多 B.溫度高的物體其熱量必定多,內(nèi)能必定大 C.在傳熱中,放出熱量的物體的內(nèi)能一定大于吸收熱量的物體的內(nèi)能 D.熱量總是自發(fā)地從溫度高的物體傳給溫度低的物體 解析:選D.物體的內(nèi)能由溫度、體積及物質(zhì)的量決定,不是只由溫度決定,故A、B錯誤;在傳熱過程中,熱量從溫度高的物體傳給溫度低的物體,溫度高的物體內(nèi)能不一定大,故C錯誤,D正確. - 6 -

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