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1、
學案1 功和內能
學案2 熱和內能
[目標定位] 1.了解焦耳的兩個實驗的原理,知道做功和熱傳遞的實質.2.知道做功和熱傳遞是改變內能的兩種方式,理解做功和熱傳遞對改變系統(tǒng)內能是等效的,明確兩種方式的區(qū)別.3.明確內能、功、熱量、溫度四個物理量的區(qū)別和聯(lián)系.
一、功和內能
[問題設計]
在焦耳的許多實驗中,有兩個最具有代表性:一個實驗是讓重物下落帶動葉片攪拌容器中的水,引起水溫上升;另一個實驗是通過電流的熱效應給水加熱.焦耳的這兩個實驗說明了什么問題?
答案 要使系統(tǒng)狀態(tài)通過絕熱過程發(fā)生變化,做功的數(shù)量只由過程始末兩個狀態(tài)決定,而與做功方式無關.
[要點提煉]
1.內
2、能
(1)微觀:所有分子的動能和勢能之和.
(2)宏觀:只依賴于熱力學系統(tǒng)自身狀態(tài)的物理量.
2.功和內能
(1)功是過程量,內能是狀態(tài)量.
(2)物體的內能大,并不意味著做功多.
(3)做功可以改變系統(tǒng)的內能,功是系統(tǒng)內能轉化的量度,在絕熱過程中:
①外界對系統(tǒng)做功,系統(tǒng)內能增加,即ΔU=U2-U1=W;
②系統(tǒng)對外界做功,系統(tǒng)內能減少,即ΔU=W.
二、熱和內能
[問題設計]
用鐵錘反復敲擊鐵棒,鐵棒的溫度會升高,把鐵棒放在碳火上燒,鐵棒的溫度也會升高,這說明了什么問題?
答案 說明做功和熱傳遞都能改變物體的內能.
[要點提煉]
1.熱量
熱量是單純的傳熱過程
3、中系統(tǒng)內能變化的量度,是過程量.
2.熱量和內能變化的關系
在只有熱傳遞的情況下,內能的變化量等于物體吸收或放出的熱量,即ΔU=Q.
一、功和內能
例1 如圖1所示,活塞將氣缸分成甲、乙兩氣室,氣缸、活塞(連同拉桿)是絕熱的,且不漏氣.以E甲、E乙分別表示甲、乙兩氣室中氣體的內能,則在將拉桿緩慢向外拉的過程中( )
圖1
A.E甲不變,E乙減小 B.E甲不變,E乙增大
C.E甲增大,E乙不變 D.E甲增大,E乙減小
解析 本題解題的關鍵是明確甲、乙兩氣室氣體都經歷絕熱過程,內能的改變取決于做功的情況.對甲室內的氣體,在拉桿緩慢向外拉的過程中,活塞左移,壓縮氣體,外
4、界對甲室內的氣體做功,其內能應增大;對乙室內的氣體,活塞左移,氣體膨脹,乙室內的氣體對外界做功,內能應減?。?
答案 D
針對訓練 如圖2所示,一定質量的理想氣體密封在絕熱(即與外界不發(fā)生熱交換)容器中,容器內裝有一可以活動的絕熱活塞.今對活塞施以一豎直向下的壓力F,使活塞緩慢向下移動一段距離后,氣體的體積減?。艉雎曰钊c容器壁間的摩擦力,則被密封的氣體( )
圖2
A.溫度升高,壓強增大,內能減少
B.溫度降低,壓強增大,內能減少
C.溫度升高,壓強增大,內能增加
D.溫度降低,壓強減小,內能增加
答案 C
解析 向下壓活塞,力F對氣體做功,氣體的內能增加,溫度升高,
5、對活塞受力分析可得出氣體的壓強增大,故選項C正確.
二、熱和內能
例2 在外界不做功的情況下,物體的內能增加了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,內能的改變量等于傳遞的熱量,內能增加,一定是吸收了相等數(shù)量的熱量,故A錯,B對;物體內能包括所有分子的動能和勢能,內能由分子數(shù)、分子平均動能、分子勢能共同決定,所以內能增加了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
6、全部用來增加分子勢能,故C錯,D對.
答案 BD
三、內能與相關概念的辨析
例3 關于物體的內能和熱量,下列說法中正確的是( )
A.熱水的內能比冷水的內能多
B.溫度高的物體其熱量必定多,內能必定大
C.在熱傳遞過程中,內能大的物體其內能將減小,內能小的物體其內能將增大,直到兩物體的內能相等
D.熱量是熱傳遞過程中內能轉移的量度
答案 D
解析 物體的內能由溫度、體積及物體的質量決定,不是只由溫度決定,故選項A、B錯;在熱傳遞過程中,熱量由高溫物體傳給低溫物體,而與物體的內能大小無關,所以完全有可能是內能大的物體內能繼續(xù)增大,內能小的物體內能繼續(xù)減小,故選項C錯;關于熱量
7、的論述,選項D是正確的.
1.(功和內能)在給自行車輪胎打氣時,會發(fā)現(xiàn)胎內氣體溫度升高,這是因為( )
A.胎內氣體壓強不斷增大,而容積不變
B.輪胎從外界吸熱
C.外界空氣溫度本來就高于胎內氣體溫度
D.打氣時,外界不斷對胎內氣體做功
答案 D
解析 給自行車輪胎打氣,外界對胎內氣體做功,氣體內能增加,溫度升高,D正確.
2.(功和內能)地面附近有一正在上升的空氣團,它與外界的熱交換忽略不計.已知大氣壓強隨高度增加而降低,則該空氣團在上升過程中(不計空氣團內分子間的勢能)( )
A.體積減小,溫度降低 B.體積減小,溫度不變
C.體積增大,溫度降低 D.體積減
8、小,溫度不變
答案 C
解析 空氣團與外界的熱交換忽略不計,隨高度上升壓強逐漸減小,體積逐漸增大,對外界做功,所以內能逐漸減小,則溫度逐漸降低,只有選項C正確,選項A、B、D均錯誤.
3.(熱和內能)下列說法正確的是( )
A.若A、B兩物體接觸但沒有熱傳遞,則兩物體所包含的熱量相等
B.做功和熱傳遞的共同點是都能使系統(tǒng)內能改變
C.一物體先后經幾個不同的物理過程,其溫度均從t1升高到t2.則在這些過程中物體一定從外界吸收相同的熱量
D.高溫物體內能多,低溫物體內能少
答案 B
解析 A、B兩物體沒有發(fā)生熱傳遞是因為兩物體溫度相等,A錯.做功和熱傳遞都是改變內能的方式,B對
9、.一物體溫度從t1升高到t2,內能的改變可能是由于吸收了熱量,也可能是外界對物體做了功,C錯.高溫物體分子的平均動能大,內能不一定大,D錯.
4.(內能與相關概念的辨析)對于熱量、功、內能三個量,下列說法中正確的是( )
A.熱量、功、內能三個量的物理意義是等同的
B.熱量和功二者可作為物體內能大小的量度
C.熱量、功和內能的國際單位都相同
D.熱量和功是由過程決定的,而內能是由物體的狀態(tài)決定的
答案 CD
解析 熱量、功和內能的國際單位都是焦耳,但熱量、功、內能三個量的物理意義是不同的,熱量和功是過程量,內能是狀態(tài)量,熱量和功二者可作為物體內能改變的量度而不是內能大小的量度.
10、故A、B錯誤,C、D正確.
題組一 功和內能
1.用下述方法改變物體的內能,屬于做功的方式是( )
A.用錘子打鐵時,鐵塊發(fā)熱
B.用磨刀石磨刀時,刀發(fā)熱
C.雙手互搓,手發(fā)熱
D.用天然氣燒水
答案 ABC
解析 A、B、C中的過程都是力對系統(tǒng)(鐵塊、刀、手)做功,內能增加和溫度升高的過程.而D中的用天然氣燒水則是通過熱傳導和熱對流來實現(xiàn)水溫升高的.
2.一個鐵塊沿斜面勻速下滑,關于鐵塊的機械能和內能的變化(忽略熱傳遞),下列判斷中正確的是( )
A.鐵塊的機械能和內能都不變
B.鐵塊的機械能減小,內能不變
C.鐵塊的機械能增大,內能增大
D.鐵塊的
11、機械能減小,內能增大
答案 D
解析 鐵塊沿斜面勻速下滑時,動能不變,勢能減小,所以鐵塊的機械能一定減?。F塊沿斜面勻速滑下,說明此斜面一定是不光滑的,鐵塊下滑時克服摩擦力做功,鐵塊損失的機械能轉化為鐵塊和斜面的內能,因此鐵塊的溫度會略有升高,內能增大.
3.一定質量的氣體經歷一緩慢的絕熱膨脹過程.設氣體分子間的勢能可忽略,則在此過程中( )
A.外界對氣體做功,氣體分子的平均動能增加
B.外界對氣體做功,氣體分子的平均動能減少
C.氣體對外界做功,氣體分子的平均動能增加
D.氣體對外界做功,氣體分子的平均動能減少
答案 D
解析 絕熱膨脹過程是指氣體膨脹過程未發(fā)生熱傳遞,
12、膨脹過程氣體體積增大,氣體對外界做功W<0.由ΔU=U2-U1=W可知,氣體內能減?。捎跉怏w分子間的勢能忽略,故氣體分子的平均動能減?。?
4.圖1為某種椅子與其升降部分的結構示意圖,M、N兩筒間密閉了一定質量的氣體,M可沿N的內壁上下滑動,設筒內氣體不與外界發(fā)生熱交換,在M向下滑動的過程中( )
圖1
A.外界對氣體做功,氣體內能增大
B.外界對氣體做功,氣體內能減小
C.氣體對外界做功,氣體內能增大
D.氣體對外界做功,氣體內能減小
答案 A
解析 在M向下滑動的過程中,氣體體積縮小,外界對氣體做功,再根據(jù)熱力學第一定律知,氣體不與外界發(fā)生熱交換,氣體內能增加,故正確
13、答案為A.
5.如圖2所示,厚壁容器的一端通過膠塞插進一支靈敏溫度計和一根氣針,另一端有個用卡子卡住的可移動膠塞.用打氣筒緩慢地向容器內打氣,使容器內的壓強增大到一定程度,這時讀出溫度計示數(shù).打開卡子,膠塞沖出容器口后( )
圖2
A.溫度計示數(shù)變大,實驗表明氣體對外界做功,內能減少
B.溫度計示數(shù)變大,實驗表明外界對氣體做功,內能增加
C.溫度計示數(shù)變小,實驗表明氣體對外界做功,內能減少
D.溫度計示數(shù)變小,實驗表明外界對氣體做功,內能增加
答案 C
解析 打開卡子,膠塞沖出容器口后,密封氣體體積增大,氣體膨脹對外做功,氣體內能減少,同時溫度降低,溫度計示數(shù)變小.
題
14、組二 熱和內能
6.下列現(xiàn)象中,哪些是通過熱傳遞的方式改變物體內能的( )
A.打開電燈開關,燈絲的溫度升高,內能增加
B.夏天喝冰鎮(zhèn)汽水來解暑
C.隕石在大氣層中下落,溫度升高
D.太陽能熱水器在陽光照射下,水的溫度逐漸升高
答案 BD
解析 A選項是電流做功改變內能,C選項是摩擦力做功改變內能,只有B、D選項是通過熱傳遞的方式改變物體內能的,故選B、D.
7.關于熱傳遞,下列說法正確的是( )
A.熱傳遞中,熱量一定從含熱量多的物體傳向含熱量少的物體
B.兩個物體之間發(fā)生熱傳遞的條件是它們之間有溫度差
C.在熱傳遞中,熱量一定從內能多的物體傳向內能少的物體
D.
15、內能相等的兩個物體相互接觸時,也可能發(fā)生熱傳遞
答案 BD
解析 熱量的概念只有在涉及能量的傳遞時才有意義,所以不能說物體含有多少熱量,故A錯;物體間發(fā)生熱傳遞的必要條件是存在溫度差,故B對;在熱傳遞中,熱量一定從溫度高的物體傳向溫度低的物體,溫度高的物體內能不一定多,故C錯,D對.故正確答案為B、D.
8.一銅塊和一鐵塊,質量相等,銅塊的溫度T1比鐵塊的溫度T2高,當它們接觸在一起時,如果不和外界交換能量,則( )
A.從兩者開始接觸到達到熱平衡的整個過程中,銅塊內能的減少量等于鐵塊內能的增加量
B.在兩者達到熱平衡以前的任意一段時間內,銅塊內能的減少量不等于鐵塊內能的增加量
16、C.達到熱平衡時,銅塊的溫度T=
D.達到熱平衡時,兩者的溫度相等
答案 AD
解析 一個系統(tǒng)在熱交換的過程中,如果不與外界發(fā)生熱交換,溫度高的物體放出的熱量等于溫度低的物體吸收的熱量,直到溫度相等,不再發(fā)生熱交換為止.而熱量是熱傳遞過程中內能的變化量,所以選項A、D正確,選項B錯誤.設c鐵、c銅分別為鐵、銅的比熱容,根據(jù)熱平衡方程c銅m(T1-T)=c鐵m(T-T2),解得T=,由此可知選項C錯誤.
題組三 內能與相關概念的辨析
9.關于物體的內能,下列說法中正確的是( )
A.溫度相同的同種氣體它們的內能一定相等
B.體積相同的同種氣體它們的內能一定相等
C.機械能越大的
17、物體內能也越大
D.物體的內能與物體的溫度和體積都有關系
答案 D
解析 決定內能的因素有溫度、體積及物質的量,D正確,A、B錯誤;內能與機械能無直接關系,C錯誤.
10.關于物體的內能,下列說法正確的是( )
A.手感到冷時,搓搓手就會感到暖和些,這是利用做功來改變物體的內能
B.將物體舉高或使它們的速度增大,是利用做功來使物體的內能增加
C.陽光照射衣服,衣服的溫度升高,是利用熱傳遞來改變物體的內能
D.用打氣筒打氣,筒內氣體變熱,是利用熱傳遞來改變物體的內能
答案 AC
11.下列說法中正確的是( )
A.如果取水平地面為零勢能面,則靜止在水平地面上的物體的機械
18、能和內能都為零
B.如果取水平地面為零勢能面,則靜止在水平地面上的物體的機械能為零,內能不為零
C.一個裝有氣體的絕熱密封容器做勻速運動,如果使容器突然停止運動,則氣體的溫度要升高
D.一個裝有氣體的絕熱密封容器做勻速運動,如果使容器突然停止運動,則氣體的溫度保持不變
答案 BC
解析 內能與零勢能面的選取無關,重力勢能與零勢能面的選取有關,重力勢能為零的靜止物體機械能為零,但內能永不為零,A錯誤,B正確;絕熱容器停止運動,內部氣體的機械能轉化為內能,溫度升高,C正確,D錯誤.
12.關于內能、溫度和熱量,下列說法中正確的是( )
A.物體的溫度升高時,一定吸收熱量
B.物體
19、沿斜面下滑時,內能將增大
C.物體沿斜面勻速下滑時,內能可能增大
D.內能總是從高溫物體傳遞給低溫物體,當內能相等時熱傳遞停止
答案 C
解析 改變物體內能的兩種方法:做功和熱傳遞.溫度升高,內能增加,但不一定是吸收熱量,A錯誤;物體沿斜面下滑時,可能不受摩擦力,內能可能不變,B錯誤;物體克服摩擦力做功,摩擦生熱,內能可能增大,C正確;熱傳遞的條件是物體間存在溫度差,熱量從溫度高的物體傳遞給溫度低的物體,溫度相同后熱傳遞停止,D錯誤.
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