第3章 1 功、热和内能的改变-【精彩三年】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第三册课程探究与巩固教师用书配套word（人教版）

1　功、热和内能的改变 课程解读 课标要点 学科素养 链接浙江选考 通过有关史实，了解能量守恒定律的发现过程 物理观念：增强能量观念。 科学探究：通过焦耳的实验，探究功与内能的改变。 科学态度与责任：通过有关史实，了解能量守恒定律的发现过程 1．通过焦耳的实验，探究在绝热过程中，功与内能的改变 2．知道功、热与内能改变的关系 (见学生用书P33) 知识点一　焦耳的实验 1．绝热过程：系统不从外界吸热，也不向外界放热的过程。 2．代表性实验 (1)重物下落时带动叶片转动，搅拌容器中的水，水由于摩擦而温度上升。 (2)通过电流的热效应给液体加热，使液体温度上升。 3．实验结论：在热力学系统的绝热过程中，外界对系统做的功仅由过程的始末两个状态决定，不依赖于做功的具体过程和方式。 [思辨] 1．判断题(正确的打“√”，错误的打“”) (1)功是能量转化的量度。(　√　) (2)在热力学系统的绝热过程中，外界对系统做的功由做功的具体过程和方式决定。(　　) (3)内能是只依赖于热力学系统自身状态的物理量。(　√　) 2．思考题： 什么叫绝热过程？ 【答案】 系统不从外界吸热，也不向外界放热的过程。 知识点二　功与内能的改变 1．当物体温度变化时，分子平均动能变化。物体体积变化时，分子势能发生变化。即物体的内能是由它的状态决定的，且物体的内能变化只由初、末状态决定，与中间过程及方式无关。 2．功与内能的改变：在热力学系统的绝热过程中，当系统从状态1经过绝热过程达到状态2时，内能的变化量ΔU＝U2－U1，等于外界对系统所做的功W，即ΔU＝W。 3．理解 (1)ΔU＝W的适用条件是绝热过程。 (2)在绝热过程中，外界对系统做多少功，就有多少其他形式的能转化为系统的内能，系统的内能就增加多少；系统对外界做功，系统的内能减少。 (3)在绝热过程中，做功改变系统内能的过程是其他形式的能(如机械能)与系统内能相互转化的过程。 [思辨] 1．判断题(正确的打“√”，错误的打“”) (1)功是状态量，内能是过程量。 (　　) (2)在绝热过程中，做功一定能引起内能的变化。(　√　) (3)在绝热过程中，只有内能变化越大时，对应着做功越多。 (　√　) 2．思考题：物体的内能大，是否意味着做功多？ 【答案】 不是。 知识点三　热与内能的改变 1．传热 (1)条件：物体的温度不同。 (2)方向：热从高温物体传到低温物体。 2．热和内能 (1)热量：在单纯的传热过程中系统内能变化的量度。 (2)热与内能的改变 当系统从状态1经过单纯的传热达到状态2时，内能的变化量ΔU＝U2－U1，等于外界向系统传递的热量Q，即ΔU＝Q。 3．热量与内能、温度、功之间的区别和联系 比较项 区别 联系 热量和 内能 热量是传热过程中的物理量。热量对应状态变化的过程，而内能对应一个状态 状态确定，系统的内能也随之确定，要使系统的内能发生变化，可以通过传热和做功两种方式来完成 热量和 温度 热量是系统内能变化的量度，而温度是系统内部大量分子做无规则热运动的激烈程度的标志。虽然传热的前提是两个系统之间要有温度差，但是传递的是热量，不是温度 传热过程中放出的热量多少与温度差有一定的关系 热量 和功 (1)用做功来改变系统内能的过程，是系统内分子随整体的有序运动转化为另一系统的分子的无规则运动的过程，是机械能或其他形式的能和内能之间的转化过程 (2)用传热来改变系统内能的过程，是将分子的无规则运动从一个系统转移到另一个系统，这就是系统间内能转移的过程 热量和功都是系统内能变化的量度，都是过程量，一定量的热量还与一定量的功相当，热量可以通过系统转化为功，功也可以通过系统转化为热量 [思辨] 1．判断题(正确的打“√”，错误的打“”) (1)传热的三种方式：热传导、热对流和热辐射。(　√　) (2)热量和功由过程决定，而内能由系统的状态决定。(　√　) (3)做功和传热都能引起系统内能的改变。(　√　) 2．思考题：改变物体内能的方式有哪些？ 【答案】 做功和热传递。 (见学生用书P34) 类型一　对内能的理解 物体的内能是指物体内所有分子的热运动动能与分子势能的总和。在微观上，与分子数、分子热运动剧烈程度和分子间距离有关；在宏观上，与物质的量、温度、体积和物态有关，是一个状态量。 关于物体的内能，以下说法正确的是(　B　) A．物体的内能和物体的机械能是一回事 B．当物体的机械能为0时，其内能一定不为0 C．温度是物体内能的标志 D．内能是指某个分子的动能和势能之和 【解析】 物体的内能是物体内所有分子的热运动动能与分子势能的总和，物体的内能和物体有无机械能没有关系，故A、D错误，B正确。温度是分子平均动能的标志，C错误。 关于系统的内能，下列说法正确的是(　A　) A．物体内所有分子的动能与分子势能的总和叫物体的内能 B．当一个物体的机械能发生变化时，其内能也一定发生变化 C．外界对系统做了多少功W，系统的内能就增加多少，即ΔU＝W D．系统从外界吸收了多少热量Q，系统的内能就增加多少，即ΔU＝Q 【解析】 我们把物体内所有分子的热运动动能与分子势能的总和定义为物体的内能，A正确。物体的内能与机械能是两个不同的物理概念，两者没有关系，若物体的速度增加，则物体的机械能可能增加，如果物体的温度不变，物体的内能就可能不变，B错误。只有当系统与外界绝热时，外界对系统做的功才等于系统内能的增加量；同理，只有在单纯的传热过程中，系统吸收(或放出)的热量才等于系统内能的增加量(或减少量)，故C、D错误。 类型二　做功和内能的变化 分析绝热过程的方法 (1)在绝热的情况下，只有做功可以改变系统的内能。若外界对系统做正功，系统内能增加，ΔU为正；若系统对外界做正功，系统内能减少，ΔU为负值。此过程中功是系统内能转化的量度。 (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，即初、末状态的内能也相应地确定了，内能的变化量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。 如图所示，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(　D　) A．E甲不变，E乙减小 B．E甲不变，E乙增大 C．E甲增大，E乙不变 D．E甲增大，E乙减小 【解析】 接触面是绝热面，向外拉动拉杆，乙气室中气体推动活塞对活塞做功，内能减少；活塞压缩甲气室中气体做功，甲气室中气体内能增加。D正确，A、B、C错误。 一定质量的气体经历一个缓慢的绝热膨胀过程。设气体分子间的势能可以忽略，则在此过程中(　D　) 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 【解析】 绝热过程是指气体膨胀时未发生热传递，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少。故D正确，A、B、C错误。 类型三　热与内能的变化 关于物体的内能和热量，下列说法中正确的是(　D　) A．热水的内能比冷水的内能多 B．温度高的物体其热量必定多，内能必定大 C．在热传递过程中，内能大的物体其内能将减小，内能小的物体其内能将增大，直到两物体的内能相等 D．热量是热传递过程中内能转移的量度 【解析】 内能的大小与物质的量、温度、体积和物态有关，热水的内能不一定比冷水的内能多，故A错误；热量是一个过程量，只有在热传递的过程中才会有热量的传递，热量是内能转移的量度，不能说“物体有多少热量”，故B错误，D正确；热传递的条件是两个物体有温度差，热量从高温物体传递到低温物体，直到两物体的温度相等，故C错误。 关于热量和物体内能变化的关系，下列说法正确的是(　C　) A．物体吸收热量，内能一定增大 B．物体的内能增大，一定是吸收了热量 C．热量可以从内能小的物体向内能大的物体传递 D．热量只能从内能大的物体向内能小的物体传递 【解析】 改变物体的内能有两种方式：做功和传热。若物体吸收热量的同时对外界做了功，则内能不一定增大，故A错误。同理，物体内能增大也可能是外界对物体做功引起的，故B错误。物体间发生热传递的条件是存在温度差，而物体内能的大小不仅与温度有关，还与物质的量和体积、物态有关，如果内能小的物体比内能大的物体温度高，热量就会从内能小的物体向内能大的物体传递，故C正确，D错误。 本课点睛(教师用书独有) 做功和传热在改变物体内能上的区别与联系 比较项目 做功 传热 内能变化 外界对物体做功，物体的内能增加；物体对外界做功，物体的内能减少 物体吸收热量，内能增加；物体放出热量，内能减少 物理实质 其他形式的能与内能之间的相互转化 不同物体(或同一物体的不同部分)之间内能的转移 相互联系 做一定量的功或传递一定量的热量在改变内能的效果上是相同的 学科网（北京）股份有限公司 $$