第三章 第1节 功、热和内能的改变-【高考领航】2021-2022学年新教材高中物理选择性必修第三册同步核心辅导与测评教师用书（人教版）

第1节　功、热和内能的改变 核心素养要求 核心素养呈现 1.从热力学角度认识内能的概念了解焦耳的两个实验． 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． 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． 4.掌握内能、功、热量、温度四个物理量的区别和联系. 　功和内能 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 (1)重物下落带动叶片搅拌容器中的水，引起水温上升． (2)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，做功的数量只由过程始末两个状态决定，而与做功的方式无关． 　功与内能的改变 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ΔU＝W. 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？这是怎么回事呢？ 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． 　热与内能的改变 1．热量：它是在单纯的传热过程中系统内能变化的量度． 2．表达式：ΔU＝Q. 3．热传递与做功在改变系统内能上的异同：①做功和热传递都能引起系统内能的改变．②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． 1．温度高的物体其热量必定多，内能必定大．(×) 2．做功和热传递都能引起系统内能的改变，故它们没有什么区别．(×) 　 [思考探究] 焦耳的两个代表性实验：一个是让重物下落带动叶片搅动容器中的水，引起水温上升，如图甲所示；另一个是通过电流的热效应给水加热，使水温上升，如图乙所示．这两个实验中，为什么都要强调“绝热过程”？ 提示：因为只有在绝热的条件下，才能探究出做功和内能改变的定量关系． [思维深化] 1．内能 (1)微观：所有分子热运动的动能和分子势能之和． (2)宏观：只依赖于热力学系统自身状态的物理量． (3)状态量：物体的内能与物体的质量、状态、温度、体积等有关． 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ΔU＝U2－U1＝W＞0； (2)系统对外界做功，系统内能减少，即W＝ΔU＜0. 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． 　如图所示，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F，使活塞缓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(　　) A．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 思路点拨：(1)绝热容器表明系统既不向外界传热，也不从外界吸热． (2)活塞缓慢向下移动一段距离表明外界对理想气体做了功． 解析：C　由F通过活塞对密闭的理想气体做正功，容器及活塞绝热，知Q＝0，由功和内能的关系知理想气体内能增大，温度T升高，再根据＝C，体积V减小，压强p增大，故选C. 　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，ΔU为正值；若系统对外界做正功，系统内能减少，ΔU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ΔU也确定了．而功是能量转化的量度，所以ΔU＝W，即W为恒量，这也是判断绝热过程的一种方法． [针对训练] 1．一定质量的理想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大 B．外界对气体做功，气体分子的平均动能减小 C．气体对外界做功，气体分子的平均动能增大 D．气体对外界做功，气体分子的平均动能减小 解析：D　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，外界对气体做的功W＜0，由ΔU＝U2－U1＝W可知，气体内能减少．由于气体分子间的势能忽略，故气体分子的平均动能减小．故选项D正确． 　 [思维深化] 1．热传递 (1)热量从高温物体传递