3.1 功、热和内能的改变 学案-2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

3.1功、热和内能的改变 学案 2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册 学号： 班级： 姓名： 【学习目标】 1. 了解焦耳的两个实验． 2. 知道做功和热传递与内能改变的数量关系． 3. 掌握内能、功、热量、温度四个物理量的区别和联系． 【活动方案】 如图所示，生活中，人们用下列方式能使物体的温度升高． 19世纪30年代，人们逐渐认识到，为了使系统的热力学状态发生变化，既可以向它传热，也可以对它做功．阅读教材“焦耳的实验”部分，回答下列问题： 1. 系统不从外界吸热，也不向外界放热，这样与外界无热量交换的过程叫　　　　过程． 2. 焦耳第一个实验的结论：只要重力所做的功相同，容器内水温上升的数值都是　　　　的，即系统状态的变化是　　　　的． 3. 焦耳第二个实验的结论：只要所做的电功相等，则系统温度上升的数值是　　　　的，即系统的状态变化是　　　　的． 4. 从焦耳的两个实验可以得出的结论：在热力学系统的绝热过程中，外界对系统所做的功仅由过程的　　　　　　　　决定，不依赖于做功的具体过程和方式． 1. (1)高中阶段　　　　　　　　（填写一些力）做功仅由物体的起点和终点两个位置决定，与物体的运动路径无关． (2)应用类比法得出做功与内能改变的关系． 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．在绝热过程中，外界对系统做的功等于系统内能的增加量，即ΔU＝U2－U1＝W，末态内能大于初态内能时，ΔU为正，W为正，　　　　对　　　　做功；末态内能小于初态内能时，ΔU为负，W为负，　　　　对　　　　做功．（均选填“外界”或“系统”） 2. 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U甲、U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(　　) A. U甲不变，U乙减小 B. U甲不变，U乙增大 C. U甲增大，U乙不变 D. U甲增大，U乙减小 3. 仔细观察下列图中热传导、热对流、热辐射三种热传递方式，它们发生的条件是________________________________________________________________ _____________________________________________________________________. 甲：热传导 乙：热对流 丙：热辐射 4. 热传递的热量Q与内能变化ΔU的关系：ΔU＝　　　　．若物体吸热，Q为　　　　（选填“正”或“负”）；若物体放热，Q为　　　　（选填“正”或“负”）. 5. 关于热传递，下列说法中正确的是(　　) A. 热传递中，热量一定从含热量多的物体传向含热量少的物体 B. 两个物体间发生热传递的条件是它们之间有温度差 C. 在热传递中热量一定从内能多的物体传向内能少的物体 D. 内能相等的两个物体相互接触时，不可能发生热传递 6. 比较热传递和做功对物体内能的改变． 比较项目 做功 热传递 内能变化 外界对物体做功，物体的内能　　　　；物体对外界做功，物体的内能　　　　 物体吸收热量，内能　　　　；物体放出热量，内能　　　　 物理实质 其他形式的能与内能之间的转化 不同物体间或同一物体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　　　　的 1. 比较下列物理量的区别和联系． (1)内能与热量：内能是　　　　（选填“状态”或“过程”）量，可以说系统具有多少内能而不能说传递多少内能；热量是　　　　（选填“状态”或“过程”）量，不能说系统具有多少热量，只能说传递了多少热量． (2)热量与温度：热量是系统的内能变化的量度，而温度是系统内部大量分子做无规则运动的激烈程度的标志．虽然热传递的前提是两个系统之间要有温度差，但是传递的是　　　　（选填“热量”或“温度”），不是　　　　（选填“热量”或“温度”）. (3)热量与功：热量和功，都是系统内能变化的量度，都是　　　　（选填“状态”或“过程”）量，一定量的热量与一定量的功相当，功是能量变化的量度，但它们之间有着本质的区别． 2. 下列对于热量、功和内能三者的说法中正确的是(　　) A. 三者单位相同，物理意义相同 B. 热量和功是内能的量度 C. 功由过程决定，而热量和内能由物体状态决定 D. 系统内能增加了100 J，可能是外界采用绝热方式对系统做功100 J，也可能是外界单纯地对系统传热100 J 【检测反馈】 1. 在下述各种现象中，由做功引起系统温度变化的是(　　) A. 在阳光照射下，水的温度升高 B. 用铁锤不断锤打铅块，铅块温度会升高 C. 在炉火上烧水，水的温度升高 D. 放到冰箱里的食物温度降低 2. 一定质量的气体封闭在绝热的汽缸内，当用活塞压缩气体时，一定减小的物理量是（不计气体分子势能）(　　) A. 气体体积 B. 气体分子的数密度 C. 气体内能 D. 气体分子的平均动能 3. 如图所示为某种椅子与其升降部分的结构示意图，M、N两筒间密闭了一定质量的气体，M可沿N的内壁上下滑动．设筒内气体不与外界发生热交换，在M向下滑动的过程中(　　) A. 外界对气体做功，气体内能增大 B. 外界对气体做功，气体内能减小 C. 气体对外界做功，气体内能增大 D. 气体对外界做功，气体内能减小 4. 如图所示，厚壁容器的一端通过胶塞插进一支灵敏温度计和一根气针，另一端有个用卡子卡住的可移动胶塞．用打气筒缓慢地向容器内打气，使容器内的压强增大到一定程度，这时读出温度计示数．打开卡子，胶塞冲出容器口后(　　) A. 温度计示数变大，实验表明气体对外界做功，内能减少 B. 温度计示数变大，实验表明外界对气体做功，内能增加 C. 温度计示数变小，实验表明气体对外界做功，内能减少 D. 温度计示数变小，实验表明外界对气体做功，内能增加 5. 在外界不做功的情况下，物体的内能增加了50 J，下列说法中正确的是(　　) A. 一定是物体放出了50 J的热量　 B. 一定是物体吸收了50 J的热量 C. 一定是物体分子动能增加了50 J　 D. 一定是物体分子势能增加了50 J 6. 关于内能、温度和热量，下列说法中正确的是(　　) A. 物体的温度升高时，一定吸收热量 B. 物体沿斜面下滑时，内能将增大 C. 物体沿斜面匀速下滑时，内能可能增大 D. 内能总是从高温物体传递到低温物体，当内能相等时热传递停止 7. 某驾驶员发现中午时车胎内的气压高于清晨时的，且车胎体积增大．若这段时间胎内气体质量不变且可视为理想气体，则(　　) A. 外界对胎内气体做功，气体内能减小 B. 外界对胎内气体做功，气体内能增大 C. 胎内气体对外界做功，内能减小 D. 胎内气体对外界做功，内能增大 8. 把浸有乙醚的一小块棉花放在厚玻璃筒内底部，当很快向下压活塞时，使浸有乙醚的棉花燃烧起来，此次做功直接增加的是谁的内能(　　) A. 内部气体 B. 活塞 C. 乙醚 D. 棉花 9. (1)某同学做了一个小实验：先把空的烧瓶放入冰箱冷冻，一小时后取出烧瓶，并迅速把一个气球紧密地套在瓶颈上，然后将烧瓶放进盛满热水的烧杯里，气球逐渐膨胀起来，如图所示．这是因为烧瓶里的气体吸收了水的　　　　，温度　　　　，体积　　　　． (2)若只对一定质量的理想气体做1 500 J的功，可使其温度升高5 K．若改成只用热传递的方式，使气体温度同样升高5 K，那么气体吸收　　　　J的热量．如果对该气体做了2 000 J的功，使其温度升高了5 K，表明在该过程中，气体还 　　　　（选填“吸收”或“放出”）热量　　　　J. 10. (1)如图所示，一个导热汽缸竖直放置，汽缸内封闭有一定质量的理想气体，活塞与汽缸壁紧密接触，可沿汽缸壁无摩擦地上下移动．若大气压保持不变，而环境温度缓慢升高，则在这个过程中　　　　． A. 汽缸内气体每个分子的动能都增大 B. 封闭气体对外做功 C. 汽缸内气体单位体积内的分子数增多 D. 封闭气体吸收热量 E. 汽缸内气体单位时间内撞击活塞的分子数减少 (2)有一个10 m高的瀑布，水流在瀑布顶端时速度为2 m/s，在瀑布底与岩石的撞击过程中，有10%的动能转化为水的内能，请问水的温度上升了多少摄氏度？已知水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)，g取10 m/s2. 【参考答案】 【活动方案】 活动一： 1. 绝热 2. 相同　相同 3. 相同　相同 4. 始、末两个状态 活动二： 1. (1)重力、电场力 (2)外界　系统　系统　外界 2. D　甲、乙两气室气体都是经历绝热过程，内能的改变取决于做功的情况，对甲室内的气体，在拉杆缓慢向外拉的过程中，活塞左移，压缩气体，外界对甲室气体做功，其内能应增大，对乙室内的气体，活塞左移，气体膨胀，气体对外界做功，内能就减小，故D正确． 3. 热量从高温物体传递到低温物体，物体之间或物体的不同部分之间存在温度差 4. Q　正　负 5. B　热量的概念只有在涉及热传递时才有意义，所以不能说物体含有多少热量，A错误；物体间发生热传递的条件是物体间存在温度差，B正确；在热传递中，热量一定从温度高的物体传向温度低的物体，温度高的物体内能不一定多，故C、D错误． 6. 增加　减少　增加　减少　相同 活动三： 1. (1)状态　过程 (2)热量　温度 (3)过程 2. D　热量、功和内能三者尽管单位相同，但物理意义有本质区别，A错误．热量和功由过程决定，内能由物体状态决定，热量和功是内能变化的量度，B、C错误．对一个绝热过程ΔU＝W＝100 J，对一个单纯热传递过程ΔU＝Q＝100 J，D正确． 【检测反馈】 1. B 2. A　绝热过程外力对系统做功，气体体积减小，内能增加，温度升高，分子平均动能增加．故A正确． 3. A　因为M、N内被封气体体积减小，所以外界对气体做功，又因气体与外界没有热交换即绝热过程，所以ΔU＝W，且ΔU>0，气体内能增大，A正确． 4. C　打开卡子，胶塞冲出容器口后，密封气体体积增大，气体膨胀对外做功，气体内能减少，同时温度降低，温度计示数变小．故C正确． 5. B　在外界不做功的情况下，内能的改变量等于传递的热量，内能增加50 J，一定是吸收了50 J的热量，故A错误，B正确；物体内能包括所有分子的动能和势能，内能由分子数、分子平均动能、分子势能共同决定，所以内能增加了50 J并不一定是物体分子动能增加了50 J，也不一定就是物体分子势能增加了50 J，C、D错误． 6. C 7. D　中午，车胎体积增大，故胎内气体对外界做功，由理想气体状态方程可知，气体体积、压强增加，则胎内气体温度升高，故胎内气体内能增大，D正确． 8. A　当用力压活塞时，活塞压缩玻璃筒内的空气，对空气做功，空气的内能增加，温度升高，当达到乙醚着火点时，筒内棉花就会燃烧起来．A正确． 9. (1)热量　升高　增大　(2)1 500　放出 500 10. (1)BDE　温度是物体分子平均动能的标志．温度是大量分子热运动的集体表现，不是描述单个分子的，A错误；气体压强不变，受热等压膨胀，对外做功，B正确；由于气体体积增大，因此汽缸内单位体积内的分子数减少，C错误；气体的压强不变，温度升高，吸收热量，气体膨胀，因此汽缸内单位时间内撞击活塞的分子数减少，D、E正确． (2)对质量为m的水，根据题意得(mv2＋mgh)×10%＝cmΔt，代入数据解得Δt≈2.4×10-3 ℃. 学科网（北京）股份有限公司 $