第三章 1 功、热和内能的改变-【新课程能力培养】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册学习手册（人教版）

定着晶体的物理性质是否相同，晶体的各向异性是由于 它的微粒按空间点阵排列，单晶体具有规则的几何外形 也是由于它的微粒按一定规律排列，A、B正确：非晶 体没有规则的几何形状，C错误；石墨的层状结构决定 了它的质地柔软，而金刚石的网状结构决定了其中碳原 子间的作用力很强，所以金刚石有很大的硬度，D错误。 变式训练3CD 情境拓展 C【解析】铁的摩尔体积：V=业，单个分子的体 。又=号矿，所以分子的半径， 积：V。=M 分千的最大裁面积S·: nd2 4 铁质晶须的横截面上的分子数= 拉断过程中相邻铁原子之间的相互作用力：F=F。 E6M号，C正确。 TPNA >m5.液体 知识梳理 知识点1液体的表面张力 1.表面稀疏引力2.吸引力 知识点2浸润和不浸润及毛细现象 2.（1)润湿(2)不会 第三章 一"1.功、热和内能的改变 知识梳理 知识点1焦耳的实验 1.吸热放热隔热性能热量 2.（1)做功(2)电功 知识点2功与内能的改变 1.做功内能2.做功W 知识点3热与内能的改变 1.热传导2.增加减少0 知识点4做功、传热和内能的改变 1.等效转化转移2.状态过程 要点突破 例1AD【解析】0℃的水和0℃的冰分子平均动 参考答案与解析。 3.(1)上升下降(2)内径大 知识点3液晶 1.(1)流动性(2)各向异性 要点突破 例1BC【解析】液体表面各部分间存在的相互吸 引力叫表面张力，A错误；液体表面层内分子较液体内 部稀疏，故分子力表现为引力，B正确；表面张力的作 用使液面具有收缩的趋势，且其方向沿液面的切线方向 与分界线垂直，C正确，D错误。 变式训练1C 例2AC【解析】因为水能浸润玻璃，A正确；水 银不浸润玻璃，C正确；B、D选项中管内外的浸润情 况不一致，所以是不可能的。 变式训练2BCD 例3CD【解析】液晶不是晶体，液晶是一种介于 固态和液态之间的物质，A错误；液晶分子的空间排列 并不稳定，从某个方向看比较整齐，但从另外一个方向 看则是杂乱无章的，液晶具有各向异性，B错误；液品 在光照、温度、电场等外界作用下，会产生很多的光学 性质，C、D正确。 变式训练3B 情境拓展 C【解析】液体表面张力作用使得水滴呈球形，但 是由于有重力作用使得水滴呈椭球形，A错误；照片中 的玻璃和水滴不浸润，B错误；水滴与玻璃表面接触的 那层水分子间距比水滴内部的水分子间距大，C正确： 照片中水滴表面分子比水滴的内部稀疏，D错误。 热力学定律 能相同，但内能并不相同，水结成冰时要放出热量（忽 略此过程的膨胀功)，说明相同质量的水的内能大（水 的分子势能比冰的分子势能大)，A正确；电流通过电 阻发热，是由于电流做功将电能转化为内能的过程，而 不是热传递过程，故B错误；气体膨胀对外做功，但有 可能吸收更多的热量，C错误；橡皮筋被拉伸时，会产 生弹力，此弹力是分子引力的宏观表现，分子势能随分 子间距离的增大而增大，故D正确。 变式训练1A 例2ABD【解析】物体与活塞碰撞时有机械能损 失，因此物体和活塞重力势能的减少量大于气体内能的 增加量；根据功与内能增加量的关系可知，外界对气体 所做的功W与空气内能的变化量相等，因此△U=W, W<Mgh+mgAh,C正确，A、B、D错误。 35 高中物理选择性必修第三册（人教版） 特别注意：物体与活塞碰撞时有机械能损失。 变式训练2AD 例3A【解析】热量能够自发地从高温物体传递 到低温物体，在外界影响下也能够从低温物体传递到高 温物体，比如电冰箱，故A正确：物体的内能是指物体 内部所有分子的动能和分子势能之和，由于分子永不停 息地做无规则运动，所以任何物体都有内能，故B错 误；热量是过程量，只有吸、放热过程中，才能比较热 量的多少，故C错误；物体吸收了热量，可能用来加快 分子的无规则运动，即表现在物体的温度升高；也可能 用来改变物体的状态，比如晶体的熔化过程。所以，物 体吸收了热量，物体的温度可能升高，也可能不变，故 D错误。 变式训练3C 例4C【解析】打气筒打气时气筒壁发热，即通 过做功的方式改变内能，故A错误：搓搓手就会觉得暖 和些，是通过做功将体内的化学能转化为内能，故B错 误；阳光照射衣服是通过热传递的方式改变衣服的内 能，故C正确：擦火柴时，是通过做功使火柴头上的红 磷温度升高，D错误。 变式训练4CD 情境拓展 A【解析】人体挤压健身球过程中，气体体积减小， 外界对气体做正功：健身球是用绝热材料制成，Q=0 △U=W,球内气体内能增大，A正确；人体离开健身球 前后，气体体积增大，气体对外界做功内能减少，气体 温度降低，气体压强减小，气体分子平均动能减小，但 不是所有气体分子的运动速率都减小，球内单位时间单 位面积上撞击的分子数减少，B、C错误；将健身球举 高，气体重力势能增大，但理想气体分子势能忽略不 计，D错误。 “2.热力学第一定律 知识梳理 知识点1热力学第一定律 1.热量做功2.Q+W 知识点2热力学第一定律的应用 增加正值负值增加正值负值 要点突破 例1C【解析】自热米饭盒爆炸前，盒内气体温 度升高，由分子动理论可知，气体分子间的距离很大， 气体分子间作用力忽略不计，即使需要考虑分子间的作 用力，分子间的作用力也应该表现为引力，故A错误： 根据热力学第一定律，爆炸前气体温度升高，内能应增 大，突然爆炸的瞬间气体对外界做功，这一瞬间可以忽 36 略热传递，所以其内能应减少，温度也会有所下降，故 B错误，C正确；自热米饭盒爆炸前，盒内气体温度升 高，分子平均动能增加，但并不是每一个气体分子速率 都增大，故D错误。 变式训练1A 例2(1)状态C的温度Tc为320K。(2)气体 是吸收热量，其数值为420J。【解析】(1)由理想气 体状态方程为D-卫，代入数据解得T320K。 Ta Tc (2)由热力学第一定律公式△U=Q+W,得到Q=420J>0, 气体吸收热量。 变式训练2D 情境拓展 (1)充入的气体在该室温环境下压强为p时的体积 为3V。(2)气体在状态N与状态M时的热力学温度 之比为卫V (3)气体在图乙中沿实线从M到N的 4poVo 过程是吸热。【解析】(1)充气过程中气体发生等温 变化，设充入的气体体积为△V,根据玻意耳定律有 poVo+po△V=4poVa,解得△V=3Va。(2)容器喷出一部分 水后，被封闭的一定质量的气体的体积、压强和温度都 将发生变化，设状态M对应的温度为T,状态N对应 的温度为T,根据理想气体的状态方程有poV=卫V1 To T 可得状态N和状态M的热力学温度之比I=pV To 4poVo (3)气体在图乙中沿实线从M到N的过程是吸热。 >"3.能量守恒定律 知识梳理 知识点1能量守恒定律 产生消失转化转移总量 知识点2永动机不可能制成 1.动力燃料2.能量守恒 要点突破 例1A【解析】能量能从一种形式转化为另一种 形式，也能从一个物体转移到另一物体，故A错误，B 正确；某一个物体能量增加了，必然伴随着别的物体能 量减少，一个物体的总能量减少，根据能量守恒定律得 知，必然有其他物体的能量增加，故C正确，D正确。 变式训练1A 例2（山F的大小为2。 (2)AC段与CB 段动摩擦因数1与2的比值是3：2。【解析】(1)设 水平拉力为F,力的作用时间为，对金属块，由牛顿 第二定律可得a,=m竖-ug,由匀变速直线运动的速度 mN 高中物理选择性必修第三册（人教版） 第三章 热力学定律 知识网络图 焦耳的实验：精确测定做功和传热对系统内能改变的影响 功、热和 内能的改变 功与内能的改变：绝热过程，△U=W(物体间能量的转化) 热与内能的改变：只有传热过程，△U=Q(物体间内能的转移) 内容：一个热力学系统的内能变化量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和 表达式：△U=Q+W 热力学 第一定律 内能增加，△U>0;内能减少，△U<0 符号法测 外界对系统做功，W>0;系统对外界做功，W<0 热力学定律 系统吸收热量，Q>0;系统放出热量，Q<0 内容：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个 能量守 物体转移到别的物体，在转化或转移过程中，能量的总量保持不变 恒定律 第一类永动机是不可能制成的：违背能量守恒定律 克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体 开尔文表述：不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响 热力学 第二类永动机是不可能制成的：违背了热力学第二定律 第二定律 热力学第二定律的实质：涉及热现象的宏观过程都有方向性 能量耗散：能源的开发和利用使能量转化为内能，分散到环境中无法重新收集起来加以利用的 现象为能量耗散。它反映出自然界中宏观过程具有方向性 56)学 第三章热力学定律 1.功、热和内能的改变 2.功与内能的改变：在热力学系统的绝热过 知识梳理 程中，外界对系统 等于系统内能 川知识点1焦耳的实验 的增加量，即△U= 1.绝热过程 川知识点3热与内能的改变 系统不从外界 也不向外界 1.热传递 这样的过程叫作绝热过程。 热传递的三种方式： 热对流 好的容器看作系统是绝热过程；如果一 和热辐射。 个热学过程的状态变化发生的极快，经历的 2.物体内能变化与传热的关系 时间很短，系统与外界变换的 就很 传热也可以改变物体的内能，物体从外 少，这样的过程可以看成绝热过程。 界吸收热量，则内能要 物体向外 2.焦耳的两个重要实验 界放出热量，则内能要 (不计做功 (1)重物下落带动叶片搅动容器中的水，引： 的影响)。在只有传热的情况下，物体内能 起水的温度升高。 的改变量在数值上等于物体吸收或放出的热 实验结论：在绝热过程中，悬挂的重物 量，即△U= 质量不同，下落的高度不同，只要重物对系 统 相同，一定质量的水的温度升 川知识点4做功、传热和内能的改变。 高相同。 1.比较做功和传热 (2)利用电流的热效应给水加热。 做功和传热在改变物体的内能上是 实验结论：在绝热过程中，只要 的，但二者本质不同。做功改变物体的 相同，一定质量的水的温度升高相同。 内能，是其他形式的能和内能之间的相互 川知识点2功与内能的改变 ；传热改变物体的内能，是物体间 或一个物体的不同部分之间内能的 1.内能：任何一个热力学系统都必定存在一 2.比较内能、做功和热量 个只依赖于系统自身状态的物理量，这个 内能是 量，而功、热量是能量 物理量在两个状态间的差别与外界在绝热 转化、转移的量度，是伴随某种物理过程存 过程中对系统 相联系。鉴于功是 在的物理量，所以功和热量是 量。 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 学 57 高中物理选择性必修第三册（人教版） 确的是() 要点突破 A.1g温度为0℃水的内能比1g温度为0℃ 冰的内能大 川要点1理解物体内能的改变 B.电流通过电阻后电阻发热，它的内能增 物体内所有分子做无规则热运动的动能 加是通过热传递方式实现的 和分子势能的总和叫物体的内能。 C.气体膨胀，它的内能一定减少 1.从微观角度看，由于分子的平均动能与分 D.橡皮筋被拉伸时，分子间势能增加 子热运动的激烈程度有关，分子势能与 思路点拨 分子距离有关，所以物体的内能与分子 从微观角度看，物体的内能是物体 热运动的激烈程度和距离有关；需要注· 内所有分子做无规则热运动的动能和分 意的是物体的内能不是指单个分子的动 子势能的总和。同一种物质，物体的内 能和势能之和，因此物体的内能还与物 能与温度、体积、分子数和物态有关； 体内的分子数有关，分子数目越多，物体 不同物质，物体的内能还与物质分子结 的内能越大。 构有关。 2.从宏观角度看，由于分子的平均动能与温 度有关，分子势能与物体的体积有关， 以物体的内能与物体的温度和体积有关， 变式训练1 另外，物体内的分子数取决于物质的摩尔 关于温度与内能的关系，下列说法正确 数，所以物体的内能还跟摩尔数有关。 的是() 3.内能与机械能的区别：内能与机械能是两：A.不同质量的同种物质，只要温度相同， 种不同形式的能量。内能是由物体内大量： 分子的平均动能就相同 分子的热运动和分子间的相对位置决定的：B.物体的内能变化时，它的温度一定改变 能量，这与物体的温度、体积等因素有：C.物体的温度升高时，每个分子的动能都 关，而机械能是由物体做机械运动和物体 增大 的形变决定的能量，它是对宏观物体整体：D.物体的内能等于物体的动能与势能的 来说的，物体具有内能的同时又可以具有 总和 机械能。一个静止在地面上的物体，如果 川要点2功与内能的改变 以地面为零势能面，那么物体的机械能为 0,但是这个物体内的分子却始终处在永：1.做功与内能变化的关系：当系统从某一状 不停息的热运动中，所以它的内能绝不为 态经过绝热过程达到另一状态时，内能的 0,内能和机械能在一定条件下可以相互 增加量△U就等于外界对系统所做的功 转化。 W,用式子表示为△U=U2-U=W。 例1（多选）有关物体的内能，以下说法正：2.内能的改变量的特点：系统内能的改变量 58)学 第三章热力学定律 △U只与初、末状态的内能U和U2有关， 与做功的过程、方式无关。 变式训练2 3.做功改变内能的特点：非内能转化为内 (多选)如图所示，由导 能，一定需要做功。一般题中出现“摩 热材料制成的汽缸和活塞将 擦”“折”“敲打” “锯”是属于做功增 一定质量的理想气体封闭在 加内能；而推动物体整体运动，属于做功 汽缸内，活塞与汽缸壁之间 增加物体的动能。 无摩擦，活塞上方存有少量 变式训练2题图 4.功和内能的区别 液体。将一细管插入液体，由于虹吸现象， (1)功是过程量，内能是状态量。 活塞上方液体缓慢流出。在此过程中，大气 (2)在绝热过程中，做功一定能引起内能的 压强与外界的温度保持不变。关于这一过 变化。 程，下列说法正确的是() (3)物体的内能大，并不意味着做功多，在： A.汽缸内气体的内能保持不变 绝热过程中，只有内能变化量较大时，： B.汽缸内气体的内能不断减小 对应着做功才能较多。 C.气体对外界做的功大于气体从外界吸收 例2（多选）如图示，柱 A▣ 的热量 形容器内封有一定质量的空 D.气体对外界做的功等于气体从外界吸收 A/ 气，质量为m的光滑活塞与 的热量 容器都用良好的隔热材料制 例2题图 川要点3热量与内能、温度、功的关系！ 成。另有质量为M的物体从 活塞上方的A点自由下落到活塞上，并随活：1.热量与内能 塞一起到达最低点B而静止。在这一过程 内能是由系统的状态决定的，若状态改 中，下述空气内能的改变量△U、外界对气：变，那么系统的内能也随之改变。要使系统 体所做的功W与物体及活塞的重力势能的变： 的内能发生改变，可以通过做功和热传导两 化关系不正确的是() 种方式来实现。 A.Mgh+mg△h=△U+W 热量是热传导过程中的特征物理量，它 B.△U=W,W=Mgh+mgAh 是反映物体在热传导过程中所迁移的能量， C.△U=W,W<Mgh+mgAh 是用来衡量物体内能变化多少的物理量，热 D.△U≠W,W=Mgh+mgAh 量是过程量，内能是状态量，因此不能说物 体或系统具有多少热量，只能说物体或系统 思路点拨 具有多少内能。 物体与活塞碰撞后达到共速，属于 2.热量与温度 完全非弹性碰撞，之后它们再一起压缩 在没有做功时，热量是系统内能变化的 汽缸内的气体，对封闭气体做功。 量度：而温度是系统内部大量分子做无规则 学 59 高中物理选择性必修第三册（人教版） 运动的激烈程度的标志，虽然热传导的条件 物体都有内能；热量是过程量，不是状 是两个系统之间存在温度差，但是热传导的 态量。改变物体内能的两种方式：做功 是能量，而不是温度。 和热传递。 热传导不仅可以使系统温度发生改变，还 可以使系统分子聚集状态（即物态）发生改 变式训练3 变，在系统物态变化过程中，传递给系统的热 量并不一定使系统的温度发生变化，例如0℃ 关于内能、温度和热量，下列说法正确 的冰吸热变成0℃的水，因此不能说“系统吸 的是() 热，温度一定升高”。系统放出热量多少，不但：A.物体的温度升高时，一定吸收热量 与温度的变化量有关，还与系统的比热容和质：B.物体沿斜面下滑时，内能将增大 量有关系，因此，热量和温度之间虽然有一定：C.物体沿斜面匀速下滑时，内能可能增大 的联系，但它们是完全不同的两个物理量 D.内能总是从高温物体传递给低温物体， 3.热量与功 当内能相等时热传导停止 热量与功都是系统内能变化的量度，都 川要点4改变系统内能的两种方式 是过程量，在改变系统的内能上是等效的， 但二者本质不同。做功改变物体的内能，是 1.传热的三种方式 其他形式的能和内能之间的相互转化；传热： (1)热传导：热量从系统的一部分传到另一 改变物体的内能，是物体间或一个物体的不 部分或由一个系统传到另一系统的现象 同部分之间内能的转移。 叫作热传导。热传导实质是由物质中大 例3下列关于温度、热量和内能的说法正 量的分子热运动互相撞击，而使能量从 确的是() 物体的高温部分传至低温部分，或由高 A.热量能够从高温物体传递到低温物体， 温物体传给低温物体的过程。在固体 也能从低温物体传递到高温物体 中，热传导的微观过程：在温度高的部 B.静止的物体没有内能 分，晶体中结点上的微粒振动动能较 C.温度高的物体比温度低的物体含有的热 大；在低温部分，微粒振动动能较小。 量多 因微粒的振动互相作用，所以在晶体内 D.物体吸收热量，其温度一定升高 部，内能由分子动能大的部分向分子动 思路点拨 能小的部分传导。固体中热的传导，就 是能量的迁移。 热量能够从高温物体传递到低温物 (2) 热对流：液体或气体中较热部分和较冷 体，在外界影响下也可以从低温物体传 部分之间通过循环流动使温度趋于均匀 递到高温物体；内能是指物体内部所有 的过程叫作对流。对流是液体和气体中 分子的分子动能和分子势能的和，任何 热传递的特有方式，气体的对流现象比 60 学 第三章热力学定律 液体明显。 思路点拨 (3)热辐射：物体因自身的温度而具有向外 解决此类问题要知道改变物体内能 发射能量的本领，这种热传递的方式叫 的方式有两种：做功和热传递。热传递 作热辐射。热辐射虽然也是热传递的一 过程是内能的转移过程，而做功过程是 种方式，但它和热传导、热对流不同。 能量的转化过程。 它能不依靠介质把热量直接从一个系统 传给另一系统。热辐射以电磁辐射的形 B变式训练④ 式发射能量，温度越高，辐射越强。辐 射的波长分布情况也随温度而变，如温 (多选)如图所示，透 度较低时，主要以不可见的红外光进行 明瓶内有一些水，水的上 辐射，在500℃以至更高的温度时，则：方有水蒸气，用橡皮塞把 顺次发射可见光以至紫外辐射。 瓶口封住，用打气筒向瓶 2.改变系统内能的两种方式的关系 内打气，当瓶内气压增大 变式训练4题图 做功和传热在改变物体的内能上是等效 :到某一值时瓶塞会突然跳出，此时观察到瓶 的，但二者本质不同。做功改变物体的内：内有白雾产生。关于上述过程，下列说法正 能，是其他形式的能和内能之间的相互转： 确的有（) 化；传热改变物体的内能，是物体间或一个：A.快速向瓶内打入气体的过程，气体状态 物体的不同部分之间内能的转移。 变化是等容变化 系统不与外界发生传热（绝热过程），：B.快速向瓶内打人气体时，瓶内水蒸气分 外界对系统做功，系统内能增加；系统对外 子密度保持不变 界做功，系统内能减少；功与内能变化量：C.瓶塞突然跳出瞬间气体对外做功，瓶内 数值相等。系统与外界之间没有做功的关： 气体温度降低 系，系统吸热，内能增加；系统放热，内能： D.瓶内瞬间形成的白雾是悬浮在气体中的 减少。 小水滴 例4做功和热传递是改变物体内能的两种 情境拓展 途径，下面例子中通过热传递来改变物体内 能的是() 健身球是一种内 A.用打气筒打气，筒壁变热 部充气的健身辅助器 B.手感到冷时，搓搓手就会觉得暖和些 材。如图所示，用绝 C.阳光照射衣服，衣服的温度升高 热材料制成的健身球， 情境拓展题图 D.擦火柴时，火柴头上的红磷温度升高到： 球内的气体视为理想气体，则下列说法正 燃点，火柴燃烧起来 确的是() A.人体挤压健身球过程中，球内气体内能 61 高中物理选择性必修第三册（人教版） 增大 撞击的分子数不变 B.人体离开健身球前后，球内所有气体分：D.将健身球举高，球内气体的分子势能 子的运动速率均减小 增大 C.人体离开健身球前后，球内单位面积上 2.热力学第一定律 知识梳理 符号 W Q △U + 外界对系统做功 系统吸收热量 内能增加 川知识点1热力学第一定律 系统对外界做功 系统放出热量 内能减少 1.热力学第一定律内容：一个热学系统的 定质量的理想气体，公式△U=Q+W的 内能变化量等于外界向它传递的 正负号： 与外界对它 的和。 符号 W Q △U 2.表达式：△U= 气体膨胀 气体吸收热量 温度升高 川知识点2热力学第一定律的应用 气体被压缩 气体放出热量 温度降低 在运用热力学第一定律解决问题时，首 注意：如果气体向真空膨胀， 没有推动物 先需要确定研究对象。对于公式△U=Q+W, 体或其他气体，气体不做功。 我们可以这样理解：外界对系统所做的功有：例1自热米饭因其便于加热和携带越来越 助于系统内能的 因此，外界对系：受到大众的欢迎。自热米饭盒内有一个发热 统做功时，W取 ；而系统对外界做：包，遇水发生化学反应而产生大量热能， 功时，W取 。同理， 外界对系统传： 不需要明火，温度可超过100℃，盖上盒 递热量有助于系统内能的 因此， 盖便能在10~15min内迅速加热食品。自热 外界对系统传递热量，Q取 而系 米饭的盖子上有一个透气孔，如果透气孔堵 统向外界传递热量，Q取 塞，容易造成小型爆炸。下列说法正确的是 要点突破 A.自热米饭盒爆炸，是盒内气体温度升高， 川要点1热力学第一定律的应用 气体分子间斥力急剧增大的结果 B.在自热米饭盒爆炸的瞬间，盒内气体内 1.热力学第一定律公式△U=Q+W的正负号 能增加 的规定： C.在自热米饭盒爆炸的瞬间，盒内气体温 度降低 62 学