第三章 1. 功、热和内能的改变-【精讲精练】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册同步学习方案（人教版2019）

由题意可知p=pN十号=py十po: : [针对训练] 倒置过程，由理想气体状态方程可知 2.C =C知，温度之比等于V乘积之比，故气体 对N内气体，有N·S动-PN'·Sh+△h) 在A、B、C三种状态时的热力学温度之比是(3×1)： T。 TN (2×2):(1×3)=3:43,故选C。 对M内气依，有·S0P·S-△h) [例3][解析]欧姆表读数变大，说明气体温度降低， To TM 气压不变，根据理想气体状态方程Y=C,体积减小，故 联立以上各式解得△M=冬 A错误：欧姆表读数变大，说明气体温度降低，故内能减 答案13T。(2冬 小，故B正确：若拉动活塞使汽缸内气体体积增大，气体 对外界做功，温度降低，故欧姆表读数将变大，故C错 [例2][解析](1)根据理想气体状态方程， 误；若拉动活塞使汽缸内气体体积增大，则需加一定的 有V_eV-ec-pVe,则 力，是克服内外气压差做功，故D错误。故选B。 TA TB Tc Tp [答案]B T批 4×20 [针对训练] ×300K=600K, 3.解析(1)以活塞为研究对象，活塞上下气体的压力大 =DNC·TA=4×10×300K=6o0K, 小相等，根据平衡条件，重力和弹簧的弹力平衡，即kx= Te= PAVA G,可求弹簧的伸长r=号此时弹黄的长度为H,所 TD=DV·TA-4X10X300K=300K。 2×20 以弹簧的原长为一G 2k (2)在VT图像上将A、B、C、D四个状态，点依次连接， 如图所示，AB是等压膨张过程，BC是等温膨胀过程， (2)由题意知，若活塞的位置不变，那么气体的体积就不 CD是等压压缩过程。 变，此时活塞受平衡状态，对于I部分的气体压强 △pS=2G,故I部分的气体p1=p0,T=T0△p=S, 2G V/L 50 40 30 极据=A二，可求△工二0s·所以汽缸【那分气体 20 10口 GTo 0300600T/K 的温度要升高 [答案](1)600K600K300K 2GTo (2) (2)见解析 答案(1)日_G PoS 第三章 热力学定律 1功、热和内能的改变 [例2][解析]因高压空气急刷外滋时，气体来不及充 预习案必备知识·问题导学 分与外界发生热交换，可近似看成绝热膨胀过程，气体 一、1.答案：在绝热过程中，只要重力做功相同水温上升数 对外做功，内能减少。所以关闭开关时，筒内气体温度 值相同。 较外界偏低，再经过较长时间后，筒内外气体温度相同。 2.答案：内能增加和减小。 对简内剩余气体分析，属于等容升温过程，压强要升高， 「概念·规律] 大于外界气压，所以再打开开关时，筒内气体要流向 1.吸热放热 筒外。 2.(1)上升(2)热效应3.状态1、2 [答案]A 二、1.自身状态2.= [针对训练] 三、1.高温低温2.(1)内能变化(2)= [自我诊断] 1.BC“绝热容器”说明与外界没有热交换，压缩气体，外 1.B 2.(1)adf (2)bce 界对气体做功，内能增加，故A错误，B正确：对理想气 探究案关键能力·互动探究 体而言，温度升高，由气体压强的定义知，其压强必变 探究点一 大，故C正确，D错误。故正确答案为B、C。 [例1][解析]本题解题的关键是明确甲、乙两气室气 探究点二 体都历经绝热过程，内能的改变取决于做功的情况，对 [例3][解析]内能是物体内所有分子动能和势能的 甲室内的气体，在拉杆缓慢向外拉的过程中，活塞左移， 总和，宏观上看，其大小取决于物体的温度、体积、物质 压缩气体，外界对甲室气体做功，其内能应增大；对乙室 的量，温度高只能说明其分子的平均动能大，因为物质 内的气体，活塞左移，气体膨胀，气体对外界做功，内能 ! 的量不一定相同，所以并不能说明它的分子总动能大， 应减小。 更不能说明它的内能大，选项A错误：热量是一个过程 [答案]D 量，说哪个物体具有热量是毫无意义的，且温度高内能 [变式] C被封闭气体体积增大，气体对外做功，根据△U= 也不一定大，选项B错误：热传递的目的是传递内能，但 W十Q可知，内能减小，因此其温度降低，此时，甲气体 是物体之间发生热传递的条件并不是内能不相等，而是 将向乙气体传递热量，由于系统不能和外界进行热交 温度不同，热传递的最终结采也不是内能相等，而是温 换，因此最终甲、乙气体温度都降低且温度一样。两部 度相同，选项C错误：热量是热传递过程中内能转移的 分气体的内能均降低。故A,B错误，C正确：甲气体温 量度，是一个过程量，选项D正确。 度降低，体积不变，因此压强将降低，故D错误。 [答案]D 13 k⑧⊙ [例4][解析]做功和热传递改变物体内能的本质不 探究案关键能力·互动探究 同，因为做功的过程一定是不同形式的能相互转化 探究点一 的过程，而热传递是同种形式的能量（内能）在不同 [交流讨论] 的物体之间或物体不同的部分之间传递或转移，故 1,答案：控制变量法，能量守恒。 选项A正确。物体的内能的变化有做功和热传递两 2.答案：略 种途径，单就一个方面不足以断定其内能的变化，故 [例1][解析]初始时汽缸开口向上，活塞处于平衡状 选项B,C错误，热量是热传递过程中内能转移的量 态，汽缸内外气体对活塞的压力差与活塞的重力平衡， 度，选项D正确。 则有(p1一0)s=mg,汽缸在缓慢转动的过程中，汽缸 [答案]AD [针对训练] 内外气体对活塞的压力差大于重力沿汽缸壁的分力，故 汽缸内气体缓慢地将活塞往外推，最后汽缸水平，缸内 2.AD一个系统在热交换的过程中，如果不与外界发生 气压等于大气压。汽缸、活塞都是绝热的，故缸内气体 热交换，温度高的物体放出的热量等于温度低的物体吸 与外界没有发生热传递，汽缸内气体压强作用将活塞往 收的热量，直到温度相等，不再发生热交换为止而热量 外推，气体对外做功，根据热力学第一定律△U=Q十W 是传热过程中内能的变化量，所以选项A、D正确，选项： 得：气体内能减小，故缸内理想气体的温度降低，分子热 B错误。根据热平衡方程：c铜m(T1一T)=c铁m(T 运动的平均速率减小，并不是所有分子热运动的速率都 T,),解得T=万十9铁工，由此可知选项C错误. 减小，A、B错误：气体内能减小，缸内理想气体的温度 制十C铁 3.AD做功和热传递在改变物体内能上是等效的，A正 降低，分子热运动的平均速率减小，故速率大的分子数 确：分子势能存在于分子之间，单个的分子不存在分子 占总分子数的比例减小，C正确，D错误。 势能，组成物质的所有分子动能与分子势能之和是物体 [答案]C 的内能，故B错误：做功与热传递都可以改变物体的内 [例2][解析](1)气体从外界吸热，故Q=4.2×105J, 能，故C错误：一定质量的理想气体的内能只与温度有 气体对外做功，故W=一6×10J,由热力学第一定律有 关，温度越高，内能越大，D正确。 : =W+Q=(-6×105J)+(4.2×10J)=-1.8×105J. 提升案随堂演练·基础落实 △U为负，说明气体的内能减少了，所以气体内能减少 了1.8×10°J. 1.B封闭的气体被推杆压缩过程中，对气体做功，内能增 (2)因为气体对外做功，气体的体积膨胀，分子间的距离 加，温度升高，可点燃艾绒，并且气体体积减小，压强增 增大了，所以分子力做负功，气体分子势能增加。 大，综上知B正确。 (3)因为气体内能减少，同时气体分子势能增加，所以气 2.D物体内能的变化可以用物体吸热或放热的多少来量： 体分子的平均动能一定减少。 度，故A错误：热量是热传递能量多少的量度，不是内能的 [答案](1)减少1.8×10J(2)增加 量度，故B错误：物体发生热传递，达到平衡后，温度相等， 而不是内能相等，内能除了与温度有关，还与物质的量有：[针对训练] (3)减少 关，故C错误：做功和热传递对于改变物体内能是等效的， 故D正确。 1.B外界对气体做功8.0×10J,记为W=8.0×10J, 气体内能减少1.2×10」，记为△U=一1.2×10J,根据 3.CD热量、功和内能的国际单位都是焦耳，但热量，功 和内能三个量的物理意义是不同的，热量和功是过程 热力学第一定律得，Q=△U-W=-1,2×105J-8.0× 量，内能是状态量，热量和功二者可作为物体内能改变 10J=-2.0×10J.即它向外传递的热量为2.0×10J, 选项B正确。 的量度而不是内能大小的量度，故A、B错误，C、D 正确。 探究点二 4.B热传递发生在有温度差的两物体间或物体的两部 [交流讨论 分间，且总是高温物体（或部分）将热量传递给低温物体 1.答案：(1)压强增大气体放热(2)压强增大气体 (或部分)，与物体内能的多少、比热容的大小均无关，故 : 吸热(3)温度降低气体放热 选项B正确。 2.答案：温度升高压强增大 2热力学第一定律 [例3][解析](1)以缸内理想气体为研究对象，活塞 缓慢移动到缸口过程中，压强恒为P,且P,S=Mg十 预习案必备知识·问题导学 PS,解得P1=3×105Pa,由于缸内气体为等压变化， 1.热传递等效的 2.答案：(1)①10J10J②4J4J(2)①增加14J 可得-是所以1=2T=60K.故=(00- ②增加6」③减小6J 273)℃=327℃。 [概念·规律] (2)活塞在相对汽缸下移h=10cm的过程中外界对气 (1)热量所做的功(2)Q十W 体做功W=一Fh=P,Sh=一300J,电阻丝在10s通电 [自我诊断] 1.C 内产生的热童为Q只=360J,根据热力学第一定件 2.D充气过程中，储气室内气体增加，则分子数增多，因 △U=W+Q=60J,则气体的内能增加了60J。 温度不变，则分子运动刷烈程度不变，选项A错误：充 [答案](1)327℃(2)60J 气过程中，困温度不变，则储气室内气体分子平均动能 [变式 不变，选项B错误：充气过程中，温度不变，但储气室内 气体分子数增多，所以储气室内气体内能增大，C错误： 1.解析(1)气体等压变化，由盖-吕萨克定律得0,5S To 喷液过程中，温度不变，内能不变，但由于气体膨胀，气 体对外做功，所以要吸收热量，D正确。 祭解得T=27第三章 热力学定律 1功、热和内能的改变 [学业要求] 1.知道焦耳的两个实验的原理，区别热量和内能。 2.知道做功和热传递是改变内能的两种方式，能正确区分两者的不同。 3.通过实验探究来类比、分析，理解内能与功、热量的关系。 预习案必备知识·问题导学 /通教材·理知识·素养初成 一、焦耳的实验 二、功和内能 阅读教材，并回答： 1.内能 1.焦耳的两个实验说明了什么？ 依赖于一个热力学系统 的物 理量，是热力学系统的一种能量。 2.绝热过程中做功与内能变化的关系： △U W。 2.对系统分别进行绝热压缩和绝热膨胀，系 三、热和内能 1.热传递 统内能变化有什么不同？ 热量总是从 物体向 物体 传递。 2.热量和内能 (1)关系描述：热量是在单纯的传热过程中 [概念·规律] 系统 的量度。 1.绝热过程 (2)公式表达：△U Q. 系统不从外界 也不向外界 [自我诊断] 1.下列说法正确的是 2.代表性实验 A.热量一定从内能多的物体传递给内能 (1)重物下落带动叶片搅拌容器中的水，引 少的物体 起水温 B.做功和热传递都可改变物体的内能，在 (2)通过电流的 给水加热。 效果上是等效的 3.实验结论 C.在绝热过程中，外界对系统做的功小于 要使系统状态通过绝热过程发生变化，做 系统内能的增加量 功的数量只由过程始末两个 D.热传递只能发生在两个物体间，同一物 决定，而与做功的方式无关。 体不能发生热传递 57 ©物理·选择性必修第三册（配RJ版） 2.使物体的内能发生改变的方法很多： e.人坐在火炉旁取暖； a.电炉通电后发热； .用打气筒给自行车打气后，打气筒变热。 b.一杯开水放在桌面上冷却； (1)其中属于做功使物体内能改变的是 c.阳光照射下冰块熔化； d.锯木头时，锯片发烫； (2)属于热传递使物体内能改变的是 探究案关键能力·互动探究 /析考点·悟规律·素养提升 探究点一 功和内能 1.做功与内能变化的关系 分别盛有气体甲和乙。现用力F将活塞 (1)做功改变物体内能的过程是其他形式 缓慢地向右拉动一段距离，则 的能（如机械能）与内能相互转化的过程。 (2)在绝热过程中，外界对物体做多少功， 就有多少其他形式的能转化为内能，物体 的内能就增加多少。 A.F做正功，乙气体内能增加 2.功与内能的区别 B.甲传递热量给乙，乙气体温度可能不变 (1)功是过程量，内能是状态量。 C.甲传递热量给乙，甲气体的内能减少 (2)在绝热过程中，做功一定能引起内能的 D.甲气体压强保持不变 变化。 ©核心素养·思维升华 (3)物体的内能大，并不意味着做功多。在 (1)在绝热过程中，压缩气体，外界对气体做功 绝热过程中，只有内能变化越大时，相应地 气体内能增大，温度升高，柴油机就是利用这个 做功才越多。 原理点火的。 例①如图所示，活塞将汽缸分成甲、乙两 (2)在绝热过程中，末态内能大于初态内能时， 气室，汽缸、活塞（连同拉杆）是绝热的，且 △U为正，W为正，外界对系统做功：末态内能小 不漏气。以E甲、E2分别表示甲、乙两气 于初态内能时，△U为负，W为负，系统对外界 室中气体的内能，则在将拉杆缓慢向外拉 做功。 的过程中 例2 金属简内装有与外界温度相同的压 缩空气，打开筒的开关，筒内高压空气迅速 向外溢出，待筒内外压强相等时，立即关闭 AE不变，E2减小 B.Em不变，Ez增大 开关，在外界保持恒温的条件下，经过一段 C.Em增大，E2不变D.E甲增大，E2减小 较长的时间后，再次打开开关，这时出现的 ●变式 现象是 如图所示，固定容器及可动活塞都是绝热 A.筒内空气流向筒外 的，中间有一导热的固定隔板，隔板的两边 B.筒外空气流向筒内 58 第三章 热力学定律© C.筒内外有空气交换，处于动态平衡状 态，筒内空气质量不变 D.筒内外无空气交换 2222 。针对训练 A.气体对外界做功，内能增加 1.(多选)如图所示，绝热容器内被活塞封闭 B.外界对气体做功，内能增加 一定质量的气体，现压缩气体使其体积减 C.气体温度升高，压强变大 小，则 D.气体温度升高，压强变小 探究点二功、内能、热量和温度的区别与联系 1.内能与温度 热量可以通过系统转化为功，功也可以通 从宏观上看，温度表示的是物体的冷热程 过系统转化为热量，但它们之间有着本质 度；从微观上看，温度反映了分子热运动的 的区别。 剧烈程度，是分子平均动能的标志。物体 5.改变内能的两种方式的比较 的温度升高，其内能一定增加，但向物体传 做功 热传递 递热量，物体的内能却不一定增加（可能同 物体吸收热 时对外做功)。 外界对物体做功， 量，内能增 2.热量和内能 物体的内能增加； 内能变化 加；物体放出 物体对外界做功， (1)内能是由系统的状态决定的，状态确 热量，内能 物体的内能减少 定，系统的内能也随之确定。要使系统的 减少 内能发生变化，可以通过热传递和做功两 不同物体间 种方式来完成。 或同一物体 其他形式的能与内 (2)热量是热传递过程中的特征物理量，只 物理实质 不同部分之 能之间的转化 是反映物体在状态变化过程中所转移的能 间内能的 量，是用来衡量物体内能变化的，有过程， 转移 才有变化，离开过程，毫无意义。 做一定量的功或传递一定量的热 相互联系 (3)对某一状态而言，只有“内能”，根本不存 量在改变内能的效果上是相同的 在“热量”和“功”。不能说一个系统中含有多 例3 关于物体的内能和热量，下列说法 少热量。 中正确的是 () 3.热量与温度 A.热水的内能比冷水的内能多 热量是系统的内能变化的量度，而温度是 B.温度高的物体其热量必定多，内能必 系统内大量分子做无规则运动剧烈程度的 定大 标志。热传递的前提条件是两个系统之间 C.在热传递过程中，内能大的物体其内能 要有温度差，传递的是热量而不是温度。 将减少，内能小的物体其内能将增加， 4.热量与功 直到两物体的内能相等 热量和功都是系统内能变化的量度，都是 D.热量是热传递过程中，内能转移多少的 过程量，一定量的热量与一定量的功相当， 量度 59 ©物理·选择性必修第三册（配RJ版） 例4（多选）下列说法中正确的是( B.在两者达到热平衡以前的任意一段时 A.做功和热传递是改变物体内能的两种 间内，铜块内能的减少量不等于铁块内 本质不同的物理过程 能的增加量 B.外界对物体做功，物体的内能一定增大 C.物体向外界放热，物体的内能一定增大 C达到热平衡时，铜块的温度T=工十工 2 D.热量是在热传递过程中，从一个物体向 D.达到热平衡时，两者的温度相等 另一个物体或从物体的一部分向另一 3.(多选)下列说法正确的是 ( ) 部分转移的内能的多少 O针对训练 A.做功和热传递在改变物体内能上是等 2.(多选)一铜块和一铁块质量相等，铜块的 效的 温度T比铁块的温度T2高，当它们接触 B.每一个分子都有势能和动能，分子动能 在一起时，如果不和外界交换能量，则 与分子势能之和就是分子内能 C.只有热传递才可以改变物体的内能 A.从两者开始接触到达到热平衡的整个 D.一定质量的理想气体的内能只与温度 过程中，铜块内能的减少量等于铁块内 能的增加量 有关，温度越高，内能越大 丫提升案随堂演练·基础落实 /夯基础·提技能·素养达成 1.某一点火器如图所示，用牛角做套筒，木质 3.(多选)对于热量、功、内能三个量，下列说 推杆前端粘着艾绒，猛推推杆，可点燃艾 法中正确的是 () 绒。在筒内封闭的气体被推杆压缩过程中 A.热量、功、内能三个量的物理意义是等 同的 B.热量和功二者可作为物体内能大小的 量度 A.气体温度升高，压强不变 C.热量、功和内能的国际单位都相同 D.热量和功是由过程决定的，而内能是由 B.气体温度升高，压强变大 物体的状态决定的 C.气体对外界做正功，气体内能增加 4.下列关于热量的说法，正确的是() D.外界对气体做正功，气体内能减少 A.热量是从含热量较多的物体传给含热 2.下列关于物体内能的说法正确的是( 量较少的物体 A.物体内能的多少可以用物体吸热或放 B.热量是从温度较高的物体传给温度较 热的多少来量度 低的物体 B.内能大的物体热量多 C.热量是从内能较多的物体传给内能较 C.两物体发生热传递，达到平衡后，它们 少的物体 D.热量是从比热容大的物体传给比热容小的 的内能必定相等 物体 D.做功和热传递对于改变物体内能是等 温 效的 请完成[知能达标训练]作业（九） 60