第3章 1 功、热和内能的改变-【成才之路·学案】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册同步新课程学习指导(人教版)

(3)某组同学进行实验时，一同学在记录数据时漏掉了△V, 则在计算pV乘积时，根据p(V。+△)-pV。=p△V,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p的增大而增大。 第三章热力学定律 1.功、热和内能的改变 探究点1焦耳的实验 要点归纳 1.吸热放热 2.(1)摩擦(2)热效应 4.(1)自身状态温度体积物质的量(2)动能 判断正误 (1)×(2)V(3)× 例1：C焦耳通过多次实验，最后得到的结论是：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。 探究点2功与内能的改变 要点归纳 1.外界W 2.(1)绝热(2)0增加0减少 判断正误 (1)×(2)V(3)V 例2：C胶塞冲出容器口，气体膨胀，对外做功。由于没来得及 发生热交换，由W=△U可知，内能减少，温度降低，A、B、D错 误，C正确。 跟踪训练1：AC袋内气体与外界无热交换时，气体内能的变化 等于外界对气体所做的功，故充气袋四周被挤压时，体积减 小，袋内气体对外界做负功，袋内气体压强增大，内能增大，故 选项A、C正确，B、D错误。 探究点3热与内能的改变 要点归纳 1.(1)温度(2)高温低温 2.(1)内能(2)外界系统Q>< 判断正误 (1)×(2)×(3)V(4)× 例3：D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50J,一定是吸收了50J的热量，故A错误，B正 确；物体内能包括有分子热运动的动能和势能，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50J 并不一定是分子动能增加了50J,物体分子的平均动能有可 能不变，这时吸收的50J热量全部用来增加分子势能，故C错 误，D正确。 跟踪训练2：AC热平衡条件是温度相等，热传递的方向是从温 度高的物体传向温度低的物体；在热传递过程中高温物体放 出的热量等于低温物体吸收的热量，故A、C正确，B、D错误。 —20 素养能力提升 例4：D热量是过程量，不能说物体含有多少热量，故A、B错 误；在传热过程中（注意：条件是存在温度差和传递的是热量 而非温度)，发生热传递的条件是两物体之间存在温度差，故 D正确：只有在绝热过程中才有△U=W,故C错误。 跟踪训练3：BC做功和传热在改变物体内能上是等效的，但有 着本质区别。做功是内能和其他形式能量间的相互转化，外 界对物体做功，其他形式的能转化为物体的内能；物体对外界 做功，物体的内能转化为其他形式的能。而传热是将高温物 体的内能传递给低温物体，或是将同一物体高温部分的内能 传递给低温部分。做功和传热互不影响，所以二者可以同时 进行。故B、C正确，A、D错误。 2.热力学第一定律 3.能量守恒定律 探究点1热力学第一定律 要点归纳 1.做功热传递等价的 2.(1)热量所做的功(2)Q+W (3)外界吸收增加外界放出减少 4.(1)0W(2)0Q(3)不变0-Q-W 判断正误 (1)×(2)×(3)V(4)× 例1：(1)外界对气体做了功1.6×10J(2)(3)见解析 解析：(1)由热力学第一定律知△U=W+Q, 将Q=2.6×10°J,△U=4.2×10°J代入上式得 W=△U-Q=4.2×103J-2.6×10J=1.6×10J, W>0,说明外界对气体做了1.6×10°J的功。 (2)如果吸收的热量Q=2.6×10°J, 内能△U增加了1.6×10°J, 计算结果为W=-1.0×10J, 说明气体对外界做功1.0×10°J。 (3)在公式△U=Q+W中，△U>0,系统内能增加：△U<0,系 统内能减少。 Q>0,系统吸热；Q<0,系统放热。 W>0,外界对系统做功；W<0,系统对外界做功。 跟踪训练1：D由题图可知，当温度升高时，烧瓶内气体的变 化为等压膨胀，故瓶内气体的密度减小，气体分子的平均动能 增加，瓶内气体对外做功，选项B正确，A、C错误：瓶内气体内 能增加是由于气体从外界吸收了热量，选项D正确。 跟踪训练2：B由题意可知，气体先做等压变化，活塞运动到挡 板处后再做等容变化，等压变化过程气体对外做功，则W= -P%Sx=-1×10°×0.04×0.2J=-800J,由热力学第一定 律可知，封闭气体的内能变化量为△U=Q+W=(2000-800)J =1200J,故B正确。067 第三章热力学定律 ).功、热和内能的改变 ●目标重点展示 素养目标 学习重点 (1)知道焦耳的两个实验。 物理观念 (2)知道功与内能改变及热与内能改变的数量关系。 (1)掌握焦耳的两个实验的实质。 科学思维 (2)理解功、热和内能改变的关系，会解释相关的现象， 分析相关的问题。 (1)△U=W的应用。 掌握两个实验的探究过程，利用“做一做”体验功与内能 (2)△U=Q的应用。 科学探究 改变的关系，学会观察与操作并与他人合作交流，提高实 验技能。 科学态度 理解功、热与内能改变的实质，培养积极探究科学的兴 与责任 趣，激发学习热情。 探究点1焦耳的实验 [提示] ●新知导学 (1)重物下落减小的 机械能转换为水的内 情境：如图所示，用绝热性能良好的材料将容器包 能，水温升高的多少 好，重物下落带动叶片搅拌容器里的水，引起水温升高。 由重物下落过程中重 探究：(1)水温升高的多少由重物下落过程中的什 力做的功决定。 么因素决定？ (2)如果使水升高相 重物 重物 (2)如果使水升高相同的温度，重物质量的大小与 绝热壁 同的温度，重物质量 其下降的高度需要满足什么关系？ 水 越小，下降的高度则 越大，需要满足重力 做功相等。 [提示] [拓展] ●要点归纳 常见的绝热过程 1,绝热过程：系统不从外界 ,也不向外界 的过程。 ①容器是由绝热材料 制成，容器内的气体 [拓展] 不与外界发生交换。 062 2.代表性实验 @由于时间极短，系 (1)重物下落时带动叶片转动，搅拌容器中的水，水由于 而温度 统与外界来不及发生 上升。 热交换，这样的过程 (2)通过电流的 给液体加热。 若不计传递的热，可 3.实验结论：要使系统状态通过绝热过程发生变化，所需外界做功的量 以看成绝热过程。 只由过程始、末两个状态决定，而与做功的过程和方式无关 例如教材“问题”中 4,如何正确理解系统的内能 迅速压下空气压缩引 (1)宏观定义：只依赖于热力学系统 的物理量，决定因素： 火仪的活塞的过程、 教材“做一做”中橡 (2)微观定义：系统中所有分子热运动的 和分子势能的总和，叫 胶塞跳出的过程、汽 作系统的内能。决定因素：分子热运动的激烈程度、分子间距、分子数。 车爆胎的过程和给自 [判断正误] 行车迅速打气的过程 (1)绝热过程可以从外界吸收热量。 均可看成绝热过程。 (2)在绝热过程中，无论是重力做功还是电流做功，只要做功的数值相同，系 统的状态变化就相同。 ( (3)绝热过程中，系统状态的变化与做功的方式有关。 ) D[思考] [思考] 例1：如图甲、乙所示是焦耳研究热与功之间关系的两个典型实验，那么从焦 焦耳的重物下落使水 耳的这两个实验中可得出的结论是 ( 温升高实验和电流热 效应给水加热的实验 中做功的方式相同 吗？你能得出什么 装水的容器 温度计 结论？ 装水的容器 提示：不同。在各种 重物P 绝热材料 不同的绝热过程中， 发电机 系统状态的改变与做 重物P 固定在轴 固定在容器 重物 功方式无关，仅与做 上的叶片 内壁上的叶片 功多少有关。 分 乙 A.系统状态的改变只能通过传热来实现 B.重物运动时机械能守恒 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 与做功数量有关 探究点2功与内能的改变 ●新知导学 [提示] “钻木取火”是通过 情境：如图为古代人们“钻木取火”的情景。 摩擦生热的方式将机 探究：“钻木取火”的原理是什么？ 械能转化为内能，使 木材内能增加、温度 升高并达到着火点而 燃烧 [提示] 063 ●要点归纳 [思考] 1.功与内能的改变 如图所示，在有机玻 在热力学系统的绝热过程中，当系统从状态1经过绝热过程达到状态2 。璃筒底放少量的硝化 棉（燃点较低），迅速 时，内能的变化量△U=U,-U,等于 对系统所做的功W,即△U= 压下活塞，观察硝化 棉的变化。你能看到 什么现象？实验现象 2.理解 说明了什么？用力压 (1)△U=W的适用条件是 过程。 下活塞时为什么一定 (2)在绝热过程中，外界对系统做功，则W>0,△U> 外界对系 要迅速？ 统做多少功，系统的内能就 多少；系统对外界做功，则W<0,△U< ,系统对外界做多少功，系统的内能就 多少。 3.功与内能的区别 (1)功是过程量，内能是状态量。 (2)物体的内能变化量大，并不意味着外界对它做功多。只有在绝热过 程中，内能变化越大时，相应的做功才越多。 提示：可以看到硝化 棉燃烧。实验现象 》特别提醒 说明外界对筒内气体 外界对某一系统做功时系统的内能不一定增加，还要看该系统有没有向 做功，使气体内能增 加，温度升高，达到 外放热，以及向外放热的多少。 硝化棉的燃点后引起 [判断正误] 硝化棉燃烧。迅速 压下活塞是为了减少 (1)功可以变成内能 ( 传热，尽量创造一个 (2)国际单位制中，功和能的单位都是焦耳。 ( 绝热条件。 [规律方法]做功改 (3)功是能量转化的一种量度。 变内能的常见过程 D[思考] 分析 (1)绝热过程中，气 例2：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 体体积增大，对外做 气针，另一端有个用卡子卡住的可移动胶塞。用打气筒慢慢向容 功；气体的体积减 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 小，外界对气体做 数。打开卡子，胶塞冲出容器口后瞬间 () 功。功的计算公式 说明容器与 气体对外做功W<0,由W=△U 为W=△U。 外界交换热 灵敏温度计 可知△U<0,U,<U,气体内能 (2)滑动摩擦力∫做功 量很慢 减小，气体的内能主要由温度 即“摩擦生热”，∫做 气体来不及与外界交换热 决定，气体温度降低，温度计 了多少功，系统的内 量，可看作绝热过程 示数变小。 能就增加多少。有 A.温度计示数变大，实验表明气体对外界做功，内能减少 △U=W=fF。 B.温度计示数变大，实验表明外界对气体做功，内能增加 (3)碰撞过程中，系 C.温度计示数变小，实验表明气体对外界做功，内能减少 统内能的增量为机械 D.温度计示数变小，实验表明外界对气体做功，内能增加 能的减少量，有△U =E1-E2。 [规律方法] (4)电流做功的过 程，系统增加的内能 △U=Q=rRt。 064 跟踪训练1：（多选）用密封性好、充满气体的塑 充气袋 料袋包裹易碎品，如图所示。当充气袋四周被挤压 时，假设袋内气体与外界无热交换，则袋内气体 易碎品 A.体积减小，内能增大 B.体积减小，压强减小 C.对外界做负功，内能增大 D.对外界做正功，压强减小 探究点3热与内能的改变 [提示] 炉子和人身体没有发 ●新知导学 生接触也可以感到温 情境：“围炉夜话”是中国古代文人认为非常有生活情 暖是因为热量可以通 过热传递向外扩散； 趣的一种生活方式。 这和暖气的散热方式 探究：在“围炉”的过程中，人的身体并没有和炉子本 是相同的。 身发生接触，为什么还能够感到温暖？现代取暖的方式主要是暖气，暖气和 炉子在能量传递方面有什么相同点？ P[提示] ●要点归纳 1.传热 (1)条件：物体的 不同。 [思考] (2)传热：热从 物体传到了 物体。 (1)在同一物体上能 2.热和内能 不能发生传热呢？ (1)热量：在单纯的传热过程中系统 变化的量度。 (2)传热是热量从内 (2)热与内能的改变：当系统从状态1经过单纯的传热达到状态2时，内 能多的物体传递给内 能的变化量△U=U,-U等于 向 传递的热量Q,即△U= 能少的物体吗？ 提示：(1)能发生。 0 ①若系统吸热，Q 0,则△U>0,内能增加。 只要物体的各部分温 ②若系统放热，Q 0,则△U<0,内能减少。 度不同，热就会从物 体的高温部位传到低 [判断正误] 温部位。 (1)内能多的物体含有的热量多。 ) (2)不是。传热是热 (2)热量一定从内能多的物体传递给内能少的物体。 从高温物体传到低温 (3)做功和传热都可改变物体的内能，从效果上是等效的。 ( 物体，并非从内能多 (4)传热只能发生在两个物体间，同一物体不能发生传热。 ( 的物体传到内能少的 P[思考] 物体。 065 例3：（多选）在外界不做功的情况下，物体的内能增加了50J,下列说法正确 [规律方法]解答热 的是 ( 传递与内能变化问 A.一定是物体放出了50J的热量 题的注意点 B.一定是物体吸收了50J的热量 1.当物体只发生热传 C.一定是物体的分子动能增加了50J 递时，物体吸收热 量，内能增加，物体 D.物体分子的平均动能可能不变 [规律方法] 放出热量，内能减 跟踪训练2：（多选）一铜块和一铁块，质量相等，铜块的温度T比铁块的少，有△U=Q。 温度T2高，当它们接触在一起时，如果不和外界交换能量，则 () 2.做功和热传递是改 变物体内能的两种方 A.从两者开始接触到热平衡的整个过程中，铜块内能的减少量等于铁块 式，但效果是相同 内能的增加量 的。如果系统的内 B.在两者达到热平衡以前的任意一段时间内，铜块内能的减少量不等于能改变了△U,可能 铁块内能的增加量 是通过做功(W= △U),也可能是通过 C.在两者达到热平衡以前的任意一段时间内，铜块内能的减少量都等于 热传递(Q=△U), 铁块内能的增加量 还可能两种变化都 D.达到热平衡时，铜块的温度比铁块的低 发生。 素养能力提升 拓展整合·启智培优 温度、热量、功和内能的区别与联系 项目 区别 联系 内能是状态量，热量是过程量，热量的概 在单纯传热的过程中，物体吸收热量，内 念在涉及能量传递时才有意义。热量对 热量和内能 应物体状态变化的一个过程，而内能对 能增加。物体放出热量，内能减少。热 量是内能改变的量度 应一个状态 热量是传热过程中系统内能变化的量 度，而温度是系统内部大量分子热运动 传热过程中放出热量的多少与温度差有 热量和温度 剧烈程度的标志。虽然传热的前提是两 一定的关系 个系统之间要有温度差，但是传递的是 热量，不是温度 从宏观看，温度表示的是物体的冷热程 两者相比，温度高的物体内能不一定大； 度；从微观看，温度反映了分子热运动的 内能和温度 反过来内能大的物体，温度也不一定高 剧烈程度，是分子平均动能的标志。只 升高物体的温度，其内能一定增加 热量与功都是系统内能变化的量度，都 功是做功过程改变物体内能的量度；热 热量与功 是过程量，一定量的热量与一定量的功 量是传热过程改变物体内能的量度 相当 066 例4：关于温度、热量、做功和内能，以下说法正确的是 [规律方法] A.同一物体，温度高时，含有的热量多 (1)就某一状态而言， B.物体的内能越大，含有的热量就越多，温度也越高 只有内能，不存在什么 热量和功，因此不能说 C.外界对系统做功W,内能必定增加W 一个系统含有多少热量 D.发生热传递的条件是两物体之间存在温度差 >[规律方法] 或多少功。 跟踪训练3：（多选）下列关于做功和传热的说法正确的是 （2)不能说系统吸收 热量多，温度变化一 A.做功和传热的实质是相同的 定大，也不能说系统 B.做功和传热可以同时发生 的温度高，它放出的 C.做功和传热在改变物体内能上是等效的 热量就一定多。 D.做功和传热是对同一过程的两种说法 夯基提能作业 请同学们认真完成练案[13] 2.热力学第一定律 3.能量守恒定律 ●目标重点展示 素养目标 学习重点 (1)理解热力学第一定律。 (2)理解能量守恒定律，知道能量守恒定律是自然界普 物理观念 遍遵从的基本规律。 (1)热力学第一定律的理 (3)知道第一类永动机是不可能制成的。 解和应用。 (2)能量守恒定律的理解 (1)能运用热力学第一定律解释自然界中能量的转化、 和应用。 科学思维 转移问题。 (2)学会用能量守恒定律分析有关问题。 探究点1热力学第一定律 [提示] ●新知导学 (1)因为压缩气体过 程外界对气体做功， 情境：如图所示，汽缸内有一定质量的气体，如果 使气体的内能增加； 压缩气体的同时给汽缸加热。那么，气体内能的变化 同时给汽缸加热，也 会使气体的内能增 会比单一方式（做功或传热）更明显。 加，故气体内能的变 探究：(1)这是为什么呢？ 化会比单一方式（做 (2)如果压缩气体对气体做功为W,同时给汽缸 功或传热)更明显。 传热为Q,则气体的内能怎么变化？ (2)气体的内能增 加，△U=Q+W。 [提示]