（課改地區(qū)專用）2018-2019學年高考物理總復習 2.1-2.2 功和內能 熱和內能學案.doc

《（課改地區(qū)專用）2018-2019學年高考物理總復習 2.1-2.2 功和內能 熱和內能學案.doc》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《（課改地區(qū)專用）2018-2019學年高考物理總復習 2.1-2.2 功和內能 熱和內能學案.doc（12頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。

2.1　功和內能 2.2　熱和內能 學習目標 核心提煉 1.知道焦耳的兩個實驗的原理，區(qū)別熱量和內能。 2種改變內能的方式——做功、熱傳遞 4個概念的區(qū)別和聯(lián)系——內能、功、熱量、溫度 2.知道做功和熱傳遞是改變內能的兩種方式，能正確區(qū)分兩者的不同。 3.通過實驗探究來類比、分析，理解內能與功、熱量的關系。 一、功和內能 1.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，也不向外界放熱的過程。 (2)代表性實驗 ①重物下落帶動葉片攪拌容器中的水，引起水溫上升。 ②通過電流的熱效應給水加熱。 (3)實驗結論：要使系統(tǒng)狀態(tài)通過絕熱過程發(fā)生變化，做功的數(shù)量只由過程始末兩個狀態(tài)決定，而與做功的方式無關。 2.功和內能 (1)內能：依賴于一個熱力學系統(tǒng)自身狀態(tài)的物理量，是熱力學系統(tǒng)的一種能量。 (2)功和內能：在絕熱過程中，外界對系統(tǒng)做的功等于系統(tǒng)內能的增加量，即ΔU＝W。 ①ΔU＝W適用條件是絕熱過程。 ②在絕熱過程中：外界對系統(tǒng)做功，系統(tǒng)的內能增加；系統(tǒng)對外界做功，系統(tǒng)的內能減少。 思維拓展 如圖1：在有機玻璃筒底放少量浸有乙醚的棉花，壓下活塞，觀察棉花的變化。 圖1 (1)你能看到什么現(xiàn)象？實驗現(xiàn)象說明了什么問題？ (2)圖中用力按壓活塞時為什么一定要迅速？ 答案　(1)可以看到棉花燃燒。實驗現(xiàn)象說明壓縮空氣做功，使空氣內能增大，達到棉花的燃點后引起棉花燃燒。 (2)迅速按下活塞是為了減少熱傳遞，創(chuàng)造一個絕熱條件。 二、熱和內能 1.熱傳遞 (1)條件：物體的溫度不同。 (2)過程：溫度不同的物體發(fā)生熱傳遞，溫度高的物體要降溫，溫度低的物體要升溫，熱量從高溫物體傳到低溫物體。 (3)熱傳遞的三種方式：熱傳導、熱對流、熱輻射。 2.熱和內能 (1)單純地對系統(tǒng)傳熱也能改變系統(tǒng)的熱力學狀態(tài)，即熱傳遞能改變物體的內能。 (2)熱量：在單純的傳熱過程中系統(tǒng)內能變化的量度。 (3)單純的傳熱過程中內能的變化。 ①公式：ΔU＝Q。 ②物體吸熱，Q為正；物體放熱，Q為負。 思維拓展 (1)熱傳遞的實質是什么？ (2)在單純的熱傳遞過程中，怎樣計算內能的增量？ (3)根據(jù)Q＝ΔU，能否說熱量就是內能？ 答案　(1)熱傳遞的實質是物體間內能的轉移。 (2)當系統(tǒng)從狀態(tài)1經過單純的熱傳遞達到狀態(tài)2時，內能的增加量ΔU等于外界對系統(tǒng)傳遞的熱量Q，即ΔU＝Q。 (3)不能。熱量是過程量，只在發(fā)生熱傳遞時體現(xiàn)，可以測量；而內能是狀態(tài)量，不可測量。 　做功與內能變化的關系 [要點歸納]　 1.做功與內能的變化 (1)做功改變物體內能的過程是其他形式的能(如機械能)與內能相互轉化的過程。 (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化為內能，物體的內能就增加多少。 2.功與內能的區(qū)別 (1)功是過程量，內能是狀態(tài)量。 (2)在絕熱過程中，做功一定能引起內能的變化。 (3)物體的內能大，并不意味著做功多。在絕熱過程中，只有內能變化越大時，相應地做功才越多。 [精典示例] [例1] 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。今對活塞施加一豎直向下的壓力F，使活塞緩慢向下移動一段距離后，氣體的體積減小。若忽略活塞與容器壁間的摩擦力，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 解析　向下壓活塞，活塞對氣體做功，氣體的內能增加，溫 度升高，氣體的體積減小，可得出氣體的壓強增大，故選項C正確。 答案　C 分析絕熱過程的方法 (1)在絕熱的情況下，若外界對系統(tǒng)做正功，系統(tǒng)內能增加，ΔU為正值；若系統(tǒng)對外界做正功，系統(tǒng)內能減少，ΔU為負值。此過程做功的多少為內能轉化的量度。 (2)在絕熱過程中，氣體的初、末狀態(tài)確定了，即在初、末狀態(tài)的內能也相應地確定了，內能的變化ΔU也確定了。而功是能量轉化的量度，所以ΔU＝W，即W為恒量，這也是判斷絕熱過程的一種方法。　　　　　　 [針對訓練1] 如圖3所示，一個質量為20 kg的絕熱汽缸豎直放置，絕熱活塞的質量為5 kg，面積為0.1 m2，處于靜止狀態(tài)時被封閉氣體的高度為50 cm，現(xiàn)在活塞上方加一15 kg的物體，待穩(wěn)定后，被封閉氣體的高度變?yōu)?0 cm。求在這一過程中氣體的內能增加了多少？(p0＝1.01105 Pa，g取10 m/s2) 圖3 解析　由于汽缸及活塞均絕熱，故外界對氣體所做的功全部轉化為氣體的內能，即ΔU＝W外＝(m活塞＋m物體)gΔh＋p0SΔh＝(5＋15)100.1 J＋1.011050.10.1 J＝1 030 J。 答案　1 030 J 　功、內能、熱量和溫度的區(qū)別與聯(lián)系 [要點歸納]　 1.內能與溫度：從宏觀上看，溫度表示的是物體的冷熱程度；從微觀上看，溫度反映了分子熱運動的劇烈程度，是分子平均動能的標志。物體的溫度升高，其內能一定增加。但向物體傳遞熱量，物體的內能卻不一定增加(可能同時對外做功)。 2.熱量和內能 (1)內能是由系統(tǒng)的狀態(tài)決定的，狀態(tài)確定，系統(tǒng)的內能也隨之確定。要使系統(tǒng)的內能發(fā)生變化，可以通過熱傳遞和做功兩種方式來完成。 (2)熱量是熱傳遞過程中的特征物理量，熱量只是反映物體在狀態(tài)變化過程中所轉移的能量，是用來衡量物體內能變化的，有過程，才有變化，離開過程，毫無意義。 (3)對某一狀態(tài)而言，只有“內能”，根本不存在“熱量”和“功”。不能說一個系統(tǒng)中含有多少熱量。 3.熱量與溫度：熱量是系統(tǒng)的內能變化的量度，而溫度是系統(tǒng)內大量分子做無規(guī)則運動劇烈程度的標志。 熱傳遞的前提條件是兩個系統(tǒng)之間要有溫度差，傳遞的是熱量而不是溫度。 4.熱量與功：熱量和功都是系統(tǒng)內能變化的量度，都是過程量，一定量的熱量與一定量的功相當，但它們之間有著本質的區(qū)別。 5.改變內能的兩種方式的比較 比較項目 做功 熱傳遞 內能變化 外界對物體做功，物體的內能增加；物體對外界做功，物體的內能減少 物體吸收熱量，內能增加；物體放出熱量，內能減少 物理實質 其他形式的能與內能之間的轉化 不同物體間或同一物體不同部分之間內能的轉移 相互聯(lián)系 做一定量的功或傳遞一定量的熱量在改變內能的效果上是相同的 [精典示例] [例2] 一個氣泡從恒溫水槽的底部緩慢向上浮起(若不計氣泡內空氣分子勢能的變化)，則(　　) A.氣泡對外做功，內能不變，同時放熱 B.氣泡對外做功，內能不變，同時吸熱 C.氣泡內能減少，同時放熱 D.氣泡內能不變，不吸熱也不放熱 解析　在氣泡緩慢上升的過程中，氣泡外部的壓強逐漸減小，氣泡膨脹，對外做功，故氣泡中空氣分子的內能減少，溫度降低。但由于外部恒溫，且氣泡緩慢上升，故可以認為上升過程中氣泡內空氣的溫度始終等于外界溫度，內能不變，故需從外界吸收熱量，且吸收的熱量等于對外界所做的功。 答案　B 熱傳遞、做功和內能改變的認知誤區(qū) (1)誤認為有熱傳遞或做功時，內能一定變化。 如果只是做功或只是進行熱量傳遞都會改變物體的內能，但是如果做功的同時還有熱量的傳遞，則內能不一定會發(fā)生變化。 (2)對做功與內能變化關系認識不清。 在判斷內能增加或減少時，一定要搞清是對內做功還是對外做功，是從外界吸收熱量還是向外界放出熱量。 [針對訓練2] 下列說法正確的是(　　) 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.物體從外界吸收熱量，其內能不一定增加 D.物體對外界做功，其內能一定減少 解析　物體的內能由溫度、體積及物質的量決定，不是只由溫度決定，故A、B錯誤；物體從外界吸收熱量，有可能同時對外做功，其內能不一定增加，同時，物體對外做功，有可能同時從外界吸收熱量，其內能不一定減少，故C正確，D錯誤。 答案　C 1.(做功與內能變化)如圖4所示，活塞將汽缸分成甲、乙兩氣室，汽缸、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4 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，外界對甲室氣體做功，其內能增大；對乙室內的氣體，活塞左移，氣體膨脹，氣體對外界做功，內能減小，故選項D正確。 答案　D 2.(熱傳遞與內能變化)(多選)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.內能相等的兩個物體相互接觸時，也可能發(fā)生熱傳遞 解析　熱量的概念只有在涉及能量傳遞時才有意義，所以不能說物體含有多少熱量，A錯誤；物體間發(fā)生熱傳遞的條件是物體間存在溫度差，B正確；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錯誤，D正確。 答案　BD 3.(做功與內能變化)景頗族的祖先發(fā)明的點火器如圖5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。對筒內封閉的氣體，在此壓縮過程中(　　) 圖5 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，氣體內能增加 D.外界對氣體做正功，氣體內能減少 解析　在壓縮過程中推桿對氣體做正功，氣體的內能增加，溫度升高，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程可知，氣體的壓強變大，故B正確。 答案　B 4.(做功與內能變化)金屬筒內裝有與外界溫度相同的壓縮空氣，打開筒的開關，筒內高壓空氣迅速向外逸出，待筒內外壓強相等時，立即關閉開關。在外界保持恒溫的條件下，經過一段較長的時間后，再次打開開關，這時出現(xiàn)的現(xiàn)象是(　　) A.筒外空氣流向筒內 B.筒內空氣流向筒外 C.筒內外有空氣交換，處于動態(tài)平衡，筒內空氣質量不變 D.筒內外無空氣交換 解析　因高壓空氣急劇外逸時，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，內能減少，所以關閉開關后，筒內氣體溫度較外界偏低，再經過較長時間后，筒內外氣體溫度相同。對筒內剩余氣體分析，屬等容升溫過程，壓強要增大，大于外界氣壓，所以再次打開開關時，筒內氣體要流向筒外。 答案　B 5.(熱和內能概念的理解)對于熱量、功和內能，三者的說法正確的是(　　) A.熱量、功、內能三者的物理意義等同 B.熱量、功都可以作為物體內能的量度 C.熱量、功、內能的單位不相同 D.熱量和功是由過程決定的，而內能是由物體狀態(tài)決定的 解析　物體的內能是指物體內所有分子動能和分子勢能的總和，而要改變物體的內能可以通過做功或熱傳遞兩種途徑，這三者的物理意義不同，A錯誤；熱量是表示在熱傳遞過程中物體內能變化的多少，而功是量度用做功的方式來改變物體內能的多少，B錯誤；三者單位都是焦耳，C錯誤；熱量和功是過程量，內能是狀態(tài)量，D正確。 答案　D 基礎過關 1.(多選)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 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。 答案　ABC 2.一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 解析　絕熱膨脹過程是指氣體膨脹過程未發(fā)生熱傳遞，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，氣體內能減少。由于氣體分子間的勢能可忽略，故氣體分子的平均動能減少。 答案　D 3.(多選)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.物體分子的平均動能可能不變 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，一定是吸收了相等能量的熱量，故A錯誤，B正確；物體內能包括所有分子的分子動能和分子勢能，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。物體分子的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。 答案　BD 4.下列例子中通過熱傳遞改變物體內能的是(　　) A.用砂輪磨刀具的時候，刀具的溫度升高 B.灼熱的火爐使周圍物體的溫度升高 C.隕石在大氣層中下落，溫度升高 D.擦火柴時，火柴頭上的易燃物質燃燒起來 解析　刀在砂輪上磨得發(fā)燙，是機械能轉化成內能，故A錯誤；灼熱的火爐使周圍物體的溫度升高是熱傳遞改變內能，故B正確；隕石下落是摩擦力做功改變內能，故C錯誤；擦火柴時，火柴頭上的易燃物質燃燒起來時機械能轉化為內能，故D錯誤。 答案　B 5.關于物體內能的變化，以下說法正確的是(　　) A.物體的溫度改變時，其內能一定改變 B.對物體做功，其內能一定改變；物體向外傳出熱量，其內能一定改變 C.物體對外做功，其內能不一定改變；向物體傳遞熱量，其內能也不一定改變 D.若物體與外界不發(fā)生熱交換，則物體的內能一定不改變 解析　物體的內能由溫度、體積及物體的質量決定，不只由溫度決定，故A、B錯誤；在傳熱過程中，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，C正確；物體與外界不發(fā)生熱交換，但可以做功，內能就會變化，D錯誤。 答案　C 6.(多選)下列關于系統(tǒng)的內能的說法正確的是(　　) A.系統(tǒng)的內能是由系統(tǒng)的狀態(tài)決定的 B.分子動理論中引入的系統(tǒng)內能和熱力學中引入的系統(tǒng)內能是一致的 C.做功可以改變系統(tǒng)的內能，但單純地對系統(tǒng)傳熱不能改變系統(tǒng)的內能 D.氣體在大氣中絕熱膨脹時對外做了功，但氣體的內能不變 解析　系統(tǒng)的內能是一個只依賴于系統(tǒng)自身狀態(tài)的物理量，所以是由系統(tǒng)的狀態(tài)決定的，A正確；正因為內能是由系統(tǒng)的狀態(tài)決定的，所以分子動理論中引入的內能和熱力學中引入的內能是一致的，B正確；做功和熱傳遞都可以改變系統(tǒng)的內能，C錯誤；氣體絕熱膨脹時對外界做了功，又因為與外界沒有熱交換，所以系統(tǒng)的內能要減少，故D錯誤。 答案　AB 7.如圖1所示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 解析　因為M、N內被封氣體體積減小，所以外界對氣體做功，又因氣體與外界沒有熱交換即絕熱過程，所以ΔU＝W，且ΔU>0，氣體內能增加，A正確。 答案　A 8.如圖2所示，絕熱容器中間用隔板隔開，左側裝有氣體，右側為真空?，F(xiàn)將隔板抽掉，讓左側氣體自由膨脹到右側直至平衡，在此過程中(　　) 圖2 A.氣體對外界做功，溫度降低，內能減少 B.氣體對外界做功，溫度不變，內能不變 C.氣體不做功，溫度不變，內能不變 D.氣體不做功，溫度不變，內能減少 解析　氣體向真空膨脹，不做功；此為絕熱容器，無熱傳遞，Q＝0。 答案　C 能力提升 9.(多選)下列說法中正確的是(　　) A.做功和傳熱是改變物體內能的兩種本質不同的物理過程；做功使物體的內能改變，是其他形式的能和內能之間的轉化；傳熱則不同，它是物體內能的轉移 B.外界對物體做功，物體的內能一定增大 C.物體向外界放熱，物體的內能一定增大 D.熱量是在傳熱過程中，從一個物體向另一個物體或從物體的一部分向另一部分轉移的內能的多少 解析　做功和傳熱改變物體內能的本質不同，因為做功的過程是不同的形式的能相互轉化的過程，而傳熱是同種形式的能量(內能)在不同的物體之間或物體不同的部分之間傳遞或轉移，熱量是在傳熱過程中內能轉移的多少，故選項A、D正確；而物體的內能的變化取決于做功和傳熱兩種途徑，單就一個方面不足以斷定其內能的變化，故選項B、C錯誤。 答案　AD 10.如圖3所示，A、B是兩個完全相同的球，分別浸沒在水和水銀的同一深度處，A、B兩球用同一種材料制成，當溫度稍微升高時，球的體積會明顯變大，如果開始水和水銀的溫度相同，且兩液體溫度同時緩慢升高到同一值，兩球膨脹后，體積相等，則(　　) 圖3 A.A球吸收的熱量較多 B.B球吸收的熱量較多 C.兩球吸收的熱量一樣多 D.無法確定 解析　A、B兩球升高同樣的溫度，體積變化又相同，則二者內能的變化相同，而B球是處在水銀中的，B球膨脹時受到的壓力大，對外做功多，因此B球吸收熱量較多一些。 答案　B 11. (1)某同學做了一個小實驗；先把空的燒瓶放入冰箱冷凍，一小時后取出燒瓶，并迅速把一個氣球緊密地套在瓶頸上，然后將燒瓶放進盛滿熱水的燒杯里，氣球逐漸膨脹起來，如圖4所示。這是因為燒瓶里的氣體吸收了水的____________，溫度____________，體積________。 圖4 (2)若只對一定質量的理想氣體做1 500 J的功，可使其溫度升高5 K.若改成只用熱傳遞的方式，使氣體溫度同樣升高5 K，那么氣體吸收________ J的熱量。如果對該氣體做了2 000 J的功，使其溫度升高了5 K，表明在該過程中，氣體還__________(選填“吸收”或“放出”)熱量________J。 解析　(1)燒瓶和燒瓶內的氣體要從熱水杯中吸收水的熱量，溫度升高，體積增大。 (2)做功和熱傳遞都可以改變物體的內能，且是等效的。 答案　(1)熱量　升高　增大　(2)1 500　放出　500 12.暖瓶中有0.5 kg、25 ℃的水，一人想用上下?lián)u晃的方法使冷水變?yōu)殚_水，設每搖晃一次水的落差為15 cm，每分鐘搖晃30次，不計所有熱散失，他約需多長時間才可以把水“搖開”？[c水＝4.2103 J/(kg℃)，g取10 m/s2] 解析　設“搖開”水需t min，水升溫ΔT，由W＝ΔU得 30mgΔht＝c水mΔT， t＝＝ min＝7103 min，即“搖開”水需7103 min。 答案　7103 min