第3章 1. 功、热和内能的改变-【重难点手册】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册（人教版）

3 第三章 热力学定律 第1节功、热和内能的改变 重点和难点 课标妥求 1.了解焦耳的两个实验的原理，认识焦耳实险探究对建立热力学规 律的意义 重点：功与内能的改变，热与内能的 2.会用功能关系构建内能的概念。 改变 3.知道做功与传热在改变系统内能上的区别，并会区分热量和内能 难点：内能改变的两种方式。 的概念 4,理解做功与内能的改变和传热与内能的改变的关系，会解释相关 的现象 01必备知识梳理。 基础梳理 知识点1焦耳的实验 1.绝热过程 巴拓视野 系统只因外界对它做功而与外界交换能量，它不从外界吸 热功当量 热，也不向外界放热，这样的过程叫作绝热过程 热功当量指热量以卡为 2.热功当量实验 单位时与功的单位之间的数 (1)实验方案：如图所示，用绝热性能良好的材料制作容器， 量关系，焦耳的实验测量了这 容器中安装着由叶片组成的搅拌器.重物下落时带动叶片转动， 一数值，因此该实验被称为热 搅拌容器中的水，水则由于摩擦而温度上升， 功当量实验.现行的国际单位 装水的容器 制中热与功的单位都是焦耳 (),热功当量已不能再使用. 装水的日 固定在容器内 章上的叶片 丙定在轴 的叶片 绝热材料 物 甲 乙 (2)实验结论：只要重力做的功相同，容器内水温上升的数值 就相同，即系统的状态变化相同. 3,利用电流的热效应给水加热的实验 (1)实验方案：如图所示，利用降落的重物使发电机发电，电 流通过浸在水中的电阻丝，使水的温度上升. 65 重避点手细高中物理选择性必修第三册尺) 温度计 发电机 重物 (2)实验结论：对同一个系统，在绝热过程中，只要所做的电 功相等，系统温度上升的数值就相等，即系统的状态变化相同. 4.焦耳的实验结论 在各种不同的绝热过程中，要使系统的状态发生变化，做功 的数值只由过程的始、末两个状态决定，与做功的方式无关。 知识点2功与内能的改变 1.定义 口划重点 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 1.从微观上看，物体的内 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 能是物体内所有分子的热 中对系统做的功相联系，我们把这个物理量称为系统的内能， 动动能和分子势能的总和，对 2.功和内能变化的关系 单个分子或较少数日分子，没 (1)当系统从某一状态经过绝热过程达到另一状态时，内能 有内能的概念。内能的大小由 的变化量△U(△U=U2一U1)就等于外界对系统所做的功W,用 分子热运动的剧烈程度、相互 作用力及分子数决定 式子表示为△U=W, 2.从宏观上看，物体的内 (2)上式表明：在绝热过程中，外界对系统做功，系统的内能 能与物质的量、温度和体积有 增加，外界对系统做多少功，系统的内能就增加多少：系统对外界 关.由于温度和体积是状态 做功，系统的内能减少，系统对外界做多少功，系统的内能就减少 量，因此，内能是由状态决定 多少 的物理量 (3)功是能量转化的量度，与内能变化相联系，是过程量，而 内能是状态量，只有在内能变化过程中才有功.物体内能大，并不 意味着做功多，只有内能变化大，才有可能做功多. 知识点3热与内能的改变 P划重点 1.热传递和物体内能改变的关系 对热量的理解 热传递可以改变物体的内能.物体吸收了热量，分子热运动 热量是用来衡量热传递 变得剧烈，分子平均动能增加，物体的内能增大：反之，物体的内 过程中内能变化多少的一个 能减少.在只有热传递的情况下，系统由状态1到状态2，内能的 物理量，是一个过程量.因此， 变化量△U=U2一U1,传递的热量Q=△U,也就是说：物体吸收热 只有在热传递过程中才能谈 量，内能增加，物体放出热量，内能减少，并且内能的变化量等于 热量，热量和内能是两个戴然 物体吸收或放出的热量。 不同的概念，内能是状态量， 物体从外界吸热，内能增加，Q和△U均为正值：物体向外界 我们说物体在一定状态下有 放热，内能减少，Q和△U均为负值 内能，而不能说有热量 66 第三章 热力学定律么9 2.改变内能的两种方式是等效的 (1)对等效的理解：等效是指做功和热传递在改变物体内能 上可以取得相同的效果.两种方式均可以改变物体的内能，如果 我们不知道系统所经历的具体过程时，仅从内能的改变上无法区 分系统所采用的是做功还是热传递方式使其内能发生变化， (2)做功和热传递在改变物体内能上的区别与联系 做功是内能与其他形式的能（如机械能、电能）相互转化，而 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. 重难拓展 重难点】做功与内能的改变问题的处理方法 1.做功改变内能的过程是能量转化的过程 围记方法园 做功改变物体内能的过程是将其他形式的能（如机械能）与 在绝热情况下做功改变 内能相互转化的过程，做功使物体内能发生变化时，内能改变了 内能的常见过程分析 多少可用做功的数值来度量.外界对物体做多少功，物体的内能 1.压缩气体，外界对气体 就增加多少：物体对外界做多少功，物体的内能就减少多少.即 做了功，气体的内能增加，气 △U=W. 体内能的增加量等于外界对 2.有时很难将能量转化的具体情况弄清楚，因此分析做功过 气体做的功：气体膨胀，是气 程时，一定要将各种能量分析全面，弄清楚能量转化的实际情况. 体对外界做功，气体内能减 3.在绝热过程中，末态内能大于初态内能时，△U为正，W为 少，气体内能的减少量等于气 正，外界对系统做功；末态内能小于初态内能时，△U为负，W为 体膨胀对外做的功，实质上， 负，系统对外界做功.内能和其他形式的能一样，是状态量，物体 对气体我们还能从另一方面 的状态一定时，它的内能也一定.和讨论重力势能一样，我们能确 来判断，那就是看气体的体积， 被研究的气体体积增大，就 定的只是内能的变化， 定对外做功：被研究的气体体 4.温度、内能、热量和做功的关系 积减小，外界就一定对气体做 含义 特点 区别 联系 功.功的计算公式为W一， 表示物体冷热程度的 (1)温度和内能是状 2.滑动摩擦力做功即“摩 温度 物理量，是物体分子热 态量，热量和功是过(1)做功可以 擦生热”，滑动摩擦力做了多 运动平均动能的标志 程量 改变系统的 状态量 (2)传热的前提是存内能，功是系 少功，系统的内能就增加多 系统中所有分子热运 在温度差，传递的是统内能变化 少，即△U=W=uF、 内能 动的动能和分子势能 热量而不是温度，其的量度，绝热 3.碰撞过程中，系统内能 的总和 实质是内能的转移 过程中，功和 的增量 热量是在单纯的传热 (3)在绝热过程中，内能变化的 热量过程中系统内能变化 做功一定能引起内关系：△U=W △U=Ea十Ea一E一E. 的量度 能的变化：系统的内(2)做功和传 4.电流做功的过程，系统 过程量 能大，并不意味着做热在改变系统 增加的内能，即=Q=R. 做功过程是机械能或 功多，只有在绝热过的内能上是等 5.由能量守恒定律对系 做功其他形式的能和内能 程中，内能变化较大效的 统的内能变化作出判断」 之间的转化过程 时，对应做功较多 67 重雅点手细高中物理选择性必修第三册) -02一关键能力提升。 题型1做功与内能变化的关系 题型2热传递与内能变化的关系 例I(2025·湖北武汉一中高二阶段练 例2(2025·安微安庆一中高二月考) 习)（多选）在以下事例中，通过做功的方式来 (多选)夏季温差比较大，充足气的车胎经过正 改变物体内能的是( 午阳光的暴晒容易爆胎.若车胎内的气体可视 A.两小球碰撞后粘合起来，同时温度升高 为理想气体，爆胎前车胎内气体体积及质量均 B.冬天暖气为房间供暖 不变，爆胎过程时间极短，则关于车胎内的气 C.点燃的爆竹在空中爆炸 体，下列说法正确的是( ）. D.汽车的车轮与地面相互摩擦发热 A.爆胎前随着气温的升高，车胎内气体压 强增大 解析改变内能的方式有两种：做功和热 B.爆胎前随着气温的升高，车胎内气体吸 传递，做功的实质是能量的转化过程，做功的 收热量，内能增大 过程中能量的形式发生改变：热传递是内能的 C.爆胎过程中，车胎内气体对外做功，内 转移，能量的形式不发生变化.两小球碰撞后 能减小 粘在一起，温度升高，是机械能转化为内能，是 D.爆胎过程中，车胎内气体分子平均动能 利用做功的方式改变物体的内能，故A正确； 不变 冬天暖气为房间供暖，是通过热传递的方式来 解析爆胎前气体体积不变，温度升高时， 改变物体内能的，故B错误；点燃的爆竹在空 车胎内气体吸收热量，压强增大，内能增大，故 中爆炸，是化学能转化为内能，属于做功改变 A、B正确；爆胎过程时间极短，气体来不及与 物体的内能，故C正确；车轮与地面摩擦生热， 外界热交换，其体积膨胀对外做功，则气体内 是机械能转化为内能，属于做功改变物体的内 能减小，温度降低，气体分子平均动能减小，故 能，故D正确。 C正确，D错误」 答案ACD 答案ABC 68