第3章 第1节 功、热和内能的改变-【状元桥·优质课堂】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册（人教版2024）

10ml.l,由图乙可读出封闭气体压强为-2.04×10Pa. 第三章 热力学定律 (3)某组同学进行实验时,一同学在记录数据时漏掉了AV, 则在计算 V乘积时,根据 (V。+△V)-pV -V. 第1节 功、热和内能的改变 可知他的计算结果与同组正确记录数据同学的计算结果之 差的绝对值会随力的增大而增大。 课前·教材预案 B 2.04×10{ 增大 【教材梳理】 命题视角二 知识点一 1.解析(1)设封闭气体的压强为力,对两活塞和弹策的整体受 1.吸热 放热 力分析,由平衡条件有 2.(1)摩擦(2)热效应 mg+p·2S+2mg+bS=pS+·2S 3.始末 解得p=p3mg. 4.自身状态 知识点二 对活塞I由平衡条件有2mg+·2S十k·0.1/-·2S. 1.W 2.(1)绝热 解得弹的劲度系数为b-40mg (2)增加 减少 知识点三 (2)缓慢加热两活塞间的气体使得活塞|I刚运动到汽缸连接 1.(1)温度 (2)高温 低温 处时,对两活塞和弹等的整体由平衡条件可知,气体的压强 2.(1)内能 (2)Q ②转化 (3)①内能 转移 【自主检测】 1.(1)×(2)/ 即封闭气体发生等压过程,初末状态的体积分别为 (3)。/(4) V-1.12$+1.11s-3-.3V=1· 2$s. 2.adf bce 课堂·深度探究 由气体的压强不变,则弹策的弹力也,不变,故有一1.1/ 【情境导学】 机械能的减少量可由水的质量、升高的温度以及水的 比热容求得. 解得T。-To. [例题1]C 通过这两个实验,可得出的结论是,在各种 (2)p:-30g,T:-4To 不同的绝热过程中,系统状态的改变与做功方式无关,仅与 (1)-40rg 做功数量有关,选项C正确,A、B.D错误. 2.解(1)对左右气缸内所封的气体,初态压强)一加. [变式1]AC 解该实验测定做功和内能变化的关系,可以 体积V.-SH+2SH-3SH. 测定热功当量,选项A正确;该实验是绝热过程,没有传 末态压强),体积V-s1H+H·2s-17H. 热,改变内能的方式是做功,选项C正确;做功表示能量的 转化,而热量表示传热中内能的转移,二者有区别,选项B 根据玻意耳定律可得pV-V, D错误. 解得-1 【情境导学】 答小朋友沿滑梯下滑时克服摩擦力做功,内能增加 (2)对右边活塞受力分析可知ng+p·2S-·2S [例题2]C 向下压活塞,活塞对气体做功,气体的内能 解得1 增加,温度升高,气体的体积减小,可得出气体的压强增大, 选项C正确. 对左侧活塞受力分析可知oS十k·H-pS. [变式2]D 当用打气筒向瓶内打气时,外界对系统做 解得一## 功,使系统的内能增加,温度升高,压强增大,使瓶塞从瓶口 中喷出;形成“白雾”的原因是,在塞子突然跳起时,气体绝 黑(1)12)#0#0分 热膨胀对外做功,内能减少,温度下降,水蒸气有一部分被 液化成小水滴,选项D正确. 3.翻(1)以助力气室内的气体为研究对象,则初态压强加. 【情境导学】 体积V,第一次抽气后,气体体积V-V+V, 炉子和人身体没有发生接触也可以感到温暖是因为热 根据破意耳定律DV。-V. 量可以通过热传递向外扩散,这和暖气的散热方式是相 同的. [例题3]B 太阳能热水器是通过吸收太阳光的热量,通 (2)同理第二次抽气V。一V. V 过传热的方式将水加热,选项B正确. V 解得V#V#VV))0# [变式3]D热量、功和内能是三个不同的物理量,它们 以此类推..... 的物理意义不同,选项A错误;功与热量都可以作为物体 内能变化的量度,但不是物体内能的量度,选项B错误;热 则当n次抽气后助力气室内的气体压强D。-V。V#)"。 V 量、功和内能的单位相同,都是焦耳,选项C错误;功和热量 则刹车助力系统为驾驶员省力大小为 由过程决定,内能由物体的状态决定,选项D正确 课末·随堂演练 1.B 解在压缩过程中推杆对气体做正功,气体的内能增 (1)VV# V 加,温度升高,根据理想气体状态方程可知,气体的压强变 大,选项B正确,A、C、D错误. ·181· 2.AC 解热平衡的条件是湿度相同,传热的方向是从温度 (2)对于封闲气体,在此过程中外界对气体做功为 高的物体传向温度低的物体,在单纯传热过程中,高温物体 W--·V--8$102$10-0.1]--16$. 放出的热量等于低温物体吸收的热量,选项A、C正确,B、D 由热力学第一定律△U一W十Q. 错误。 气体增加的内能为AU--16]+30]-14]. 3.A 翻热量和功是过程量,内能是状态量,选项A正确;引 (1)1.6×10*Pa (2)141 起物体内能变化的有做功和传热两种途径,单就一个方面不 [变式3]解(1)由题意得开始时杆中恰无弹力,则初状态 足以断定其内能的变化,选项B错误;在晶体熔化和液体沸 P- -1.0X10*Pa.T.-300K,当汽缸相对地面刚开始 腾过程中,物体要不断地吸收热量,但物体的温度不变,这时 滑动时,对汽缸受力分析得pS-pS+ng, 内能的增加主要表现在内部分子势能的增加,选项C错误; 解得p-1.1×10*Pa; 两物体之间热量的流向只与它们的温度有关,与它们内能的 则由查理定律一{,解得汽缸相对地面刚开始滑动时, 大小无关,选项D错误 第2节 热力学第一定律 缸内气体的温度T-330K (2)由题意汽缸缓慢移动,所以为等压变化过程,则初状态 第3节 能量守恒定律 V -Sh.T.-T-330K. 课前·教材预案 当活塞恰到汽缸口时,满足V。一SH. 【教材梳理】 知识点一 1.做功 传热 等价的 解得T-375K; 2.热量 做的功 又因为U-aT, 3.QW 所以-375×21-330X2]-901; 4.(1)正 负(2)正负 又因为汽缸滑动后,直至活塞恰到汽缸口过程中,气体做功 知识点二 为W-AV--33]. 2.产生 消失 转化 转移 保持不变 由热力学第一定律AU-Q+W. (2)能量守恒定律 3.(1)对外做功 解得Q-1231. :(1)330K 【自主检测】 (2)123] (4) 1.(1× (2)/ (③)X 课末·随堂演练 2.100 1.D解由题意知,一定质量的理想气体由状态A经过程I 课堂·深度探穷 变至状态B时,体积增大,W:为负,Q 为正,则AU一W+ 【情境导学】 Q.-420]-300]-120J,内能增加120J;由题图可知,当气 (1)根据V-C可知,体积减小,外界对氢气做功. 体从状态B经过程II回到状态A时体积减小,W。为正, AU"-W。十Q,因状态A和状态B的内能一定,故AU” (2)在此高空,AU/<0.W0.根据热力学第一定律AU 一U,解得Q--3201,即放出热量3201,选项A、B、C错 W+Q可知,Q0.即氢气向外放热. 误,D正确. [例题1]A 期由热力学第一定律AU一W十Q得AU 2.ABC 解不同形式的能量间的转化过程中能量是守恒的, 800J十(一200】)一600],一定质量的理想气体的内能大小 选项A正确;能量在不同的物体间发生转移,转移过程中能 只与温度有关,AU一6001一0,故温度一定升高,选项A 量是守恒的,选项B正确;任何永动机都不可能制成,它违背 正确 了能量守恒定律,选项C正确;石子的机械能在变化,比如受 [变式1]B 解析由公式AU一W+Q中的符号规定可知,外界 空气阻力作用和与地面碰撞,机械能减少,转化成了其他形 对气体做功W取正,气体内能减少,AU取负,代入热力学 式的能量,选项D错误. 第一定律表达式得Q--2X10{J,选项B正确 3.(1)设平衡时活塞距汽缸底部的距离为h,取封闭气体 【情境导学】 为研究对象,气体发生等压变化,由盖一吕萨克定律有 这不是永动机;手表戴在手腕上,通过手臂的运动,机 械手表获得能量,供手表指针做机械运动,若将此手表长时 间放置不动,它就会停下来. (2)在此过程中气体对外界做的功W一△V一pS(h。-h) [例题2]D 解能量的转化和守恒定律是自然界普遍遵循 的一个规律,适用于一切能量和一切物理过程,选项D正 确,A、B、C错误. 由热力学第一定律有△U-Q-W. [变式2]D形状记忆合金从热水中吸收热量后,一部分 联立解得U-4.81. 智(1)1.4m(2)4.8] 能量在伸展划水时转化为水和转轮的动能,另一部分释放 到空气中,根据能量守恒定律可知,选项D正确 第4节 热力学第二定律 [例题3]析(1)设气体初状态压强为D,对活塞由平衡条件 课前·教材预案 得pS-PiS十ng. 解得-8X10Pa; 【教材梳理】 知识点一 气体初状态的温度T一300K,体积V一S. 气体末状态的温度T.一900K,体积V。-(h:十h)S. 1.方向 2.自发 低 高 方向 T^{ 3.(1)①化学能 内能 做功 机械能 ②小于 <(2)完 全变成功 4.等价 .182·物理选择性必修第三册课堂学案 ●第三章 热力学定律· 第1节 功、热和内能的改变 [学习目标]1.了解焦耳的两个实验的原理，知道做功和传热的实质（物理观念）.2.知道做功和传热是 改变内能的两种方式，理解做功和传热对改变系统内能是等效的，明确两种方式的区别（科学思维） 3.明确内能、功、热量、温度四个物理量的区别和联系（物理观念） 课前·教材预案 教材梳理 知识点三 热与内能的改变 知识点一 焦耳的实验 1.传热 1.实验条件 (1)条件：物体的 不同. (2)传热：热从 物体传到了 绝热过程：系统不从外界 ,也不向外 物体 界 的过程。 2.热和内能 2.代表性实验 (1)热量：在单纯的传热过程中系统 (1)重物下落时带动叶片转动，搅拌容器中的 变化的量度. 水，水由于 而温度上升. (2)热与内能的改变 (2)通过电流的 给液体加热， 当系统从状态1经过单纯的传热达到状态2 3.实验结论：在热力学系统的绝热过程中，外界 时，内能的变化量△U=U2一U1等于外界向系 对系统做的功仅由过程的 两个状态 统传递的热量Q,即△U 决定，不依赖于做功的具体过程和方式， (3)传热与做功在改变系统内能上的异同. 4.内能：只依赖于热力学系统 的物 ①做功和传热都能引起系统 的改变。 理量 ②做功时，内能与其他形式的能（如内能与机 知识点二功与内能的改变 械能、内能与电能等)发生 ;传热只是 1.功与内能的改变 不同物体（或一个物体的不同部分）之间内能 在热力学系统的绝热过程中，当系统从状态1 的 经过绝热过程达到状态2时，内能的变化量 I自主检测 △U=U2一U1,等于外界对系统所做的功W,即 1.判断下列说法的正误. △U= (1)在绝热过程中，做功方式不同，会直接影响 2.理解 系统状态变化的最终结果， () (1)△U=W的适用条件是 过程 (2)某一系统经历绝热过程时，只要初末状态 (2)在绝热过程中；外界对系统做功，系统的内能 相同，则做功数量也一定相同. () ;系统对外做功，系统的内能 (3)从宏观角度说，内能是只依赖于热力学系 58 第三章热力学定律 统自身状态的物理量. () c阳光照射下冰块融化；d锯木头时，锯片发 (4)在绝热过程中，外界对系统做多少功，内能 烫；e.人坐在火炉旁取暖；f.用打气筒给自行车 就能增加多少， ) 轮胎打气后，打气筒变热.其中属于做功使物 2.有各种方法可使物体的内能发生改变：a,电炉 体内能改变的是 :属于传热使物体内 通电后发热；b.一杯开水放在桌面上冷却； 能改变的是 课堂，深度探究 探究点一 焦耳的实验 【例题1】如图所示是焦耳研究内能与功之间关 【情境导学】如图所示，用绝热性良好的材料制作 系的两个典型实验，那么从这两个实验中可 容器，容器中安装着翼轮.砝码下落时带动翼 得出的结论是 ( ) 轮转动，揽拌容器中的水， 温度计 温度计 器 量热器内 热壁 电阳型 搅拌叶片 绝热壁 A.能量守恒定律 砝码 砝码 B.机械能守恒定律 如何求得该装置机械能的减少量？ C.在各种不同的绝热过程中，系统状态的改 变与做功方式无关，仅与做功数量有关 D.在各种不同的绝热过程中，系统状态的改 变不仅与做功方式有关，还与做功数量 【知识拓展】 有关 焦耳的两个代表性实验 思维导引：焦耳的实验为热力学第一定律和 两个 实验 实验二 能量守恒定律奠定了坚实的实验基础，但焦 实验 耳的实验本身并不能得出能量守恒定律这一 温度计 结论 实验 【变式1】（多选）如 装置 图所示为焦耳实 重物 验装置图，用绝 重物 重物 通过重物下落使发电 热性能良好的材 通过重物下落带动叶片 绝热壁 做功 机发电，电流通过电 料将容器包好， 搅水，靠叶片与水摩擦 搅拌叶片 阻丝做功使水温升 重物下落带动叶片搅拌容器里的水，引起水 方式 使水温升高，通过机械 高，通过电功实现能 功实现能量的转化 温升高.关于这个实验，下列说法正确的是 量的转化 () 实验 A.这个装置可测定热功当量 条件 容器及其中的水组成的系统与外界绝热 B.做功增加了水的热量 外界对系统做功数值上相同，系统温度上升数 C.做功增加了水的内能 共性 值相同，内能改变相同 D.功和热量是完全等价的，无区别 ·59 物理选择性必修第三册课堂学案 探究点二功与内能的改变 B.温度降低，压强增大，内能减少 【情境导学】幼儿园里一般都有滑梯，小朋友沿滑 C.温度升高，压强增大，内能增加 梯下滑时屁股通常会感到发热，这是为什么？ D.温度降低，压强减小，内能增加 思维导引：活塞向下移动，压缩气体，对气体 做功，绝热过程中，不会有热传递，即可得出 内能的变化 【变式2】如图所示，在大口的玻璃瓶内装一些 水，水的上方有水蒸气，然后用一与打气筒相 连的活塞密闭瓶口，并给瓶内打气，当打到某 一状态时，瓶塞会跳起来.当瓶塞跳起时，我 【知识拓展】 们会看到瓶内出现了“白雾”.对于“白雾”的 1.做功与内能变化的关系 形成，下列说法正确的是 () (1)做功改变物体内能的过程是其他形式的能 (如机械能)与内能相互转化的过程 (2)在绝热过程中，外界对物体做功，则W>0, 外界对物体做多少功，就有多少其他形式的能 A.这些“白雾”是当瓶塞跳起后外界的水蒸 转化为内能，物体的内能就增加多少；物体对 气在瓶口遇冷形成的小水珠 外界做功，则W<0,物体对外界做多少功，就 B.这是打气简向瓶内打进去的水蒸气 有多少内能转化为其他形式的能，物体的内能 C,这是瓶内的水向外膨胀形成的水雾 就减少多少 D.瓶内空气推动瓶塞做功，空气的内能减小， 2.功与内能的区别 温度降低，使水蒸气液化形成小水滴 (1)功是过程量，内能是状态量.(2)物体的内 探究点三热与内能的改变 能大，并不意味着外界对它做功多.只有在绝 【情境导学】“围炉夜话”是中国古代文人认为非 热过程中，内能变化越大时，相应地做功才 常有生活情趣的一种生活方式.在“围炉”的 越多 过程中，人的身体并没有和炉子本身发生接 【例题2】如图所示，一定质量的理想气体密封在 触，为什么还能够感到温暖？现代取暖的方 绝热（即与外界不发生热交换）容器中，容器 式主要是暖气，暖气和炉子在能量传递方面 内装有一可以活动的绝热活塞.今对活塞施 有什么相同点？ 加一竖直向下的压力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 与容器壁间的摩擦力，则被密封的气体 A.温度升高，压强增大，内能减少 ·60· 第三章热力学定律 【知识拓展】 比较项目 做功 传热 1.内能与温度：从宏观上看，温度表示的是物体 不同物体间或同一 的冷热程度：从微观上看，温度反映了分子热 其他形式的能与 物理实质 物体不同部分之间 运动的剧烈程度，是分子平均动能的标志.物 内能之间的转化 内能的转移 体的内能由温度、体积及物质的量（物体的质 量)决定 做一定量的功或传递一定量的热量在改 相互联系 2.热量和内能 变内能的效果上是相同的 (1)内能是由系统的状态决定的，状态确定，系 【例题3】如图所示，太阳能热水器是一种能够将 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。 太阳的光能转化为内能的装置.这种装置可 (2)热量是传热过程中的特征物理量，热量只 以使装置内的水温度升高，这种改变水的内 是反映物体在状态变化过程中所转移的能量， 能的方式是 是用来衡量物体内能变化的，有过程，才有变 化，离开过程，毫无意义 (3)对某一状态而言，只有“内能”，根本不存在 “热量”和“功”.不能说一个系统中含有多少 热量。 A.做功 3.热量与温度：热量是系统内能变化的量度，而 B.传热 温度是系统内大量分子做无规则运动剧烈程 C.既有做功也有传热 度的标志。 D.电流的热效应 传热的前提条件是两个系统之间要有温度差， 思维导引：太阳能热水器中没有电流，是通过 传递的是热量而不是温度。 太阳光加热金属管道，然后金属管道加热水 4.热量与功：热量和功都是系统内能变化的量 度，都是过程量，一定量的热量与一定量的功 使水温升高. 相当，但它们之间有着本质的区别. 【变式3】对于热量、功和物体的内能这三个物理 5.改变内能的两种方式的比较 量，下列叙述正确的是 () 比较项目 做功 传热 A.热量、功、内能三者的物理意义相同 外界对物体做功， B.热量和功都可以作为物体内能的量度 物体吸收热量，内 物体的内能增加： C.热量、功、内能的单位肯定不相同 内能变化 能增加：物体放出 物体对外界做功， 热量，内能减少 D.热量和功是由过程决定的，而内能是由物 物体的内能减少 体的状态决定的 课末·随堂演练 1.(功与内能的改变)景颇族的祖先发明的点火 的气体，在此压缩过程中 器如图所示，用牛角做套筒，木制推杆前端粘 着艾绒，猛推推杆，艾绒即可点燃.对筒内封闭 A.气体温度升高，压强不变 ·61· 物理选择性必修第三册课堂学案 B.气体温度升高，压强变大 C.在两者达到热平衡以前的任意一段时间内， C.气体对外界做正功，气体内能增加 铜块内能的减少量都等于铁块内能的增 D.外界对气体做正功，气体内能减少 加量 2.(热与内能改变)（多选）一铜块和一铁块质量 D.达到热平衡时，铜块的温度比铁块的低 3.(温度、热量、功和内能的关系)下列说法正确 相等，铜块的温度T比铁块的温度T2高，当 的是 它们接触时，如果不和外界交换能量，则 A.热量和功是由过程决定的，而内能是由物体 ( 状态决定的 A.从两者开始接触到热平衡的整个过程中，铜 B.外界对物体做功，物体的内能一定增大 块内能的减少量等于铁块内能的增加量 C.物体吸收热量，温度一定升高 B.在两者达到热平衡以前的任意一段时间内， D.热量总是由内能大的物体流向内能小的 铜块内能的减少量不等于铁块内能的增 物体 加量 友情提示完成P课时作业（十三） 第2节热力学第一定律 第3节 能量守恒定律 [学习目标]1.理解热力学第一定律，并会运用于相关问题的分析和计算（科学思维）.2.理解并会运用 能量守恒定律解释自然现象（物理观念）.3.知道什么是第一类永动机及其不可能制成的原因（物理 观念). 课前·教材预案 I教材梳理 知识点二 能量守恒定律 知识点一 热力学第一定律 1.探索能量守恒的足迹 伦福德的实验 奥斯特发 塞贝尔发 1.改变内能的两种方式： 与 两 法拉第发 表明热的本质 现电流的 现温差电 现电磁感 是运动 磁效应 现象 应现象 者对改变系统的内能是 798年 1820年 821军 831阐 2.热力学第一定律：一个热力学系统的内能变化 1847军843年1842军1841军 836年 量等于外界向它传递的 与外界对它 亥模霍兹在焦耳测定方尔老焦耳发 盖斯发现化 所 的和。 现论上概括做功与传述了能现电流 学反应放出 和总结能量热的关系量守恒的热效 的热量与反 3.热力学第一定律的表达式：△U= 守恒定律 定律 应步骤无关 4.热力学第一定律的应用： 2.能量守恒定律 (1)W的正负：外界对系统做功时，W取 能量既不会凭空 ,也不会凭空 值；系统对外界做功时，W取 值.（均选填 它只能从一种形式 为其他形式，或者 “正”或“负”) 从一个物体 到别的物体，在转化或转 (2)Q的正负：外界对系统传递的热量Q取 移的过程中，能量的总量 值：系统向外界传递的热量Q取值， 3.永动机不可能制成 (均选填“正”或“负”) (1)第一类永动机：不需要任何动力或燃料，却 ·62·