1.功、热和内能的改变-【金版新学案】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册同步课堂高效讲义教师用书（人教版）

本讲义聚焦“功、热和内能的改变”核心知识点，以焦耳实验为基础，系统梳理绝热过程中功与内能变化的关系，进而延伸至传热与内能改变的规律，构建从实验探究到理论应用的完整学习支架。 资料通过情境导入（如重物搅拌水、压缩乙醚棉花）和师生互动任务（分析实验条件、能量转化），培养科学探究能力与科学思维，结合例题及针对练强化物理观念中的能量观念。课中助力教师引导学生深度理解，课后帮助学生回顾知识、查漏补缺，提升学习效果。

1.功、热和内能的改变 【素养目标】　1.了解焦耳的两个实验的原理，认识焦耳实验探究对建立热力学定律的意义。2.知道做功和传热是改变内能的两种方式及做功、传热和内能的改变的关系。3.会利用做功、传热和内能的改变的关系，解释一些常见的现象，培养学生的分析能力。 知识点一　焦耳的实验 【情境导入】　如图所示，用绝热性能良好的材料将容器包好，重物下落带动叶片搅拌容器里的水，引起水温升高。 (1)水温升高的多少由重物下落过程中的什么因素决定？ (2)如果使水升高相同的温度，重物质量的大小与其下降的高度需要满足什么关系？ 提示：(1)重物下落减小的机械能转化为水的内能，水温升高的多少由重物下落过程中重力做的功决定。 (2)如果使水升高相同的温度，需要满足重力做功相等，在此条件下，重物质量越小，下降的高度越大。 【教材梳理】 (阅读教材P46—P48完成下列填空) 1.绝热过程：系统不从外界吸热，也不向外界放热的过程。 2.代表性实验 (1)让重物下落带动叶片搅拌容器中的水，引起水温上升。 (2)通过电流的热效应给水加热。 3.实验结论：在热力学系统的绝热过程中，外界对系统做的功仅由过程的始末两个状态决定，不依赖于做功的具体过程和方式。 4.内能：一个只依赖于热力学系统自身状态的物理量，是系统的一种能量。 【师生互动】　任务1.如图甲所示，在焦耳研究功与热等效性的代表性实验中，为什么要求盛水的容器采用绝热材料做外皮？ 任务2.在图甲、乙所示的两个实验中，各是什么形式的能转化为系统的内能？ 　 提示：任务1.隔绝与外界热量的交换，使水温度的升高只由叶片搅拌引起。 任务2.图甲所示的实验中，重物下落，减少的机械能转化为系统的内能；图乙所示的实验中，重物带动发电机工作，将机械能转化为电能，电热丝又将电能转化为系统的内能。 【探究归纳】 对焦耳的两个代表性实验的理解 两个实验 实验1(重物下落带动叶片转动) 实验2(重物下落发电) 做功方式 重物下落带动叶片搅拌容器中的水，叶片与水摩擦使水温升高。通过机械功实现能量的转化 通过重物下落带动发电机发电，电流通过电阻丝做功使水温升高。通过电功实现能量的转化 实验条件 容器及其中的水组成的系统与外界绝热 共性 外界对系统做的功相等时，系统温度上升的数值相同，内能改变相同 学生用书⬇第64页 如图是研究内能改变与做功之间的关系的两个典型实验，那么从这两个实验中可得出的结论是(　　) A.能量守恒定律 B.机械能守恒定律 C.在各种不同的绝热过程中，系统状态的改变与做功的方式无关，仅与做功的多少有关 D.在各种不同的绝热过程中，系统状态的改变不仅与做功的方式有关，还与做功的多少有关 答案：C 解析：通过这两个实验，可得出的结论是：在各种不同的绝热过程中，系统状态的改变与做功的方式无关，仅与做功的多少有关，故C正确。 针对练.(多选)如图为焦耳实验装置图，用绝热性能良好的材料制作容器，重物下落带动叶片搅拌容器里的水，引起水温升高。关于这个实验，下列说法正确的是(　　) A.这个装置可测定热量与做功的关系 B.做功增加了水的热量 C.做功增加了水的内能 D.功和热量是完全等价的，无区别 答案：AC 解析：该装置可测定热量和做功的关系，A正确；该实验是绝热过程，做功增加了水的内能，C正确；做功表示能量的转化，而热量表示传热过程中内能的转移，二者有区别，不能说做功增加了水的热量，B、D错误。 知识点二　功与内能的改变 【情境导入】　如图所示，在有机玻璃筒底放少量浸有乙醚的棉花，用力迅速地压下活塞，观察棉花的变化。 (1)能看到什么现象？该实验现象说明了什么？ (2)用力按下活塞时为什么一定要迅速？ 提示：(1)可以看到棉花燃烧起来；该现象说明压缩空气做功，空气内能增大，温度升高，达到乙醚的燃点后引起棉花燃烧。 (2)迅速压下活塞是为了减少传热，尽量创造一个绝热条件。 【教材梳理】 (阅读教材P48—P49完成下列填空) 在绝热过程中，系统内能的变化量等于外界对系统所做的功，即ΔU＝W。 1.ΔU＝W适用条件是绝热过程。 2.在绝热过程中，外界对系统做功，系统的内能增加；系统对外做功，系统的内能减少。 【师生互动】　打气筒是日常生活中的一种工具，如图所示，当我们用打气筒给自行车打气时，就是在克服气体压力和摩擦力做功。 任务1.打气的过程中你试着去摸一下打气筒的外壳，有什么感觉？为什么？ 学生用书⬇第65页 任务2.在绝热过程，外界对系统做功与系统内能的变化有什么关系？ 提示：任务1.外壳发热；做功的过程是能量转化的过程，做功使得系统的内能增加，所以温度升高。 任务2.在绝热过程中，外界对系统做多少功，系统内能就增加多少，即ΔU＝W。 【探究归纳】 1.做功与内能的改变的关系 (1)做功改变系统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。 (2)在绝热过程中：W＝ΔU＝U2－U1。 ①外界对系统做功，则W＞0。外界对系统做多少功，就有多少其他形式的能转化为内能，系统的内能就增加多少。 ②系统对外界做功，则W＜0。系统对外界做多少功，就有多少内能转化为其他形式的能，系统的内能就减少多少。 2.功与内能的区别 (1)功是过程量，内能是状态量。 (2)在绝热过程中，做功越多，内能变化越大；做功越少，内能变化越小。 注意：内能大，做功不一定多。 (多选)某汽车后备箱内安装有撑起箱盖的装置，它主要由汽缸和活塞组成，如图所示。开箱时，密闭于汽缸内的压缩气体膨胀，将箱盖顶起。在此过程中，若缸内气体与外界无热量交换，忽略气体分子间的相互作用，则缸内气体(　　) A.对外做正功，分子的平均动能减小 B.对外做正功，内能增大 C.对外做负功，分子的平均动能增大 D.对外做正功，内能减小 答案：AD 解析：气体膨胀将箱盖顶起，气体对外做正功，又因为气体与外界无热量交换，可知气体内能减小，B错误，D正确；因忽略气体分子间的相互作用，分子势能为0，气体内能减小，所以分子平均动能减小，A正确，C错误。 针对练1.(多选)(2025·厦门高二期末)礼花喷射器原理如图所示。通过扭动气阀可释放绝热压缩气罐内气体(可视为理想气体)产生冲击，将纸管里填充的礼花彩条喷出，营造气氛。在喷出礼花彩条的过程中，罐内气体(　　) A.温度保持不变 B.内能减小 C.分子热运动加剧 D.通过做功的方式改变自身的内能 答案：BD 解析：高压气体膨胀对外做功，气体内能转化为礼花的机械能，气体内能减小，温度降低，分子热运动减慢，故A、C错误，B正确；气体对外做功，内能减小，这是通过做功的方式改变自身的内能，故D正确。故选BD。 针对练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。U甲、U乙分别表示甲、乙两气室中理想气体的内能，则在将拉杆缓慢向左拉的过程中(　　) 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 答案：D 解析：对甲气室内的理想气体，在拉杆缓慢向左拉的过程中，活塞左移，压缩气体，外界对甲气室内的气体做功，U甲增大；对乙气室内的气体，活塞左移，气体膨胀，气体对外界做功，U乙减小，故D正确，A、B、C错误。 知识点三　热与内能的改变 【情境导入】　“围炉夜话”是中国古代文人认为非常有生活情趣的一种生活方式。在“围炉”的过程中，人的身体没有和炉子本身发生接触，人为什么会感觉到温暖？ 提示：炉火的热量传到了人身上，所以才感到温暖。 【教材梳理】 (阅读教材P49完成下列填空) 1.传热 (1)条件：物体的温度不同。 学生用书⬇第66页 (2)方向：温度不同的物体发生传热，温度高的物体要降温，温度低的物体要升温，热从高温物体传到了低温物体。 2.单纯的传热过程 (1)热量：在单纯的传热过程中系统内能变化的量度。 (2)热量与内能的改变的关系：内能的变化量等于外界向系统传递的热量，即ΔU＝Q。 3.传热与做功在改变系统内能上的异同 (1)做功和传热都能引起系统内能的改变。 (2)做功时，内能与其他形式的能发生转化，而传热只是不同物体(或一个物体的不同部分)之间内能的转移。 【师生互动】　任务1.如图为传热的三种方式——传导、对流和辐射。这三种方式在传递能量时有什么共同点？ 任务2.一根金属棒的温度升高了，即它的内能增加了，你能判断出它是通过传热还是做功的方式使内能增加的吗？这两种方式在改变物体内能的本质上有什么不同？ 提示：任务1.三种方式都是热量从一个物体传递到另一个物体。 任务2.不能；传热是内能在不同物体(或一个物体的不同部分)之间的转移，做功是其他形式的能和内能之间的转化。 【探究归纳】 1.传热的实质 传热的实质是内能的转移，内能转移的多少由热量量度。 2.在单纯的传热中，传热与内能的改变的关系 (1)系统从外界吸收多少热量，系统的内能就增加多少，即Q吸＝ΔU。 (2)系统向外界放出多少热量，系统的内能就减少多少，即Q放＝－ΔU。 传热与内能变化的关系 (多选)物体与外界没有做功关系的情况下，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.物体的分子平均动能可能不变 答案：BD 解析：在外界不做功的情况下，系统内能的改变量等于传递的热量，内能增加，一定是吸收了相等能量的热量，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，所以物体的分子平均动能有可能不变，这时吸收的50 J热量全部用来增加分子势能，故C错误，D正确。 热量的概念只有在涉及能量的转移时才有意义，因此不能说系统具有多少热量，只能说系统吸收或放出了多少热量。 做功和传热两种方式的比较 (多选)下列关于做功和传热的说法正确的是(　　) A.做功和传热的实质是相同的 B.做功和传热可以同时发生 C.做功和传热在改变系统内能上是等效的 D.做功和传热是对同一过程的两种说法 答案：BC 解析：做功和传热在改变系统内能上是等效的，但有着本质区别。做功是内能和其他形式的能之间的相互转化，外界对系统做功，其他形式的能转化为系统的内能；系统对外界做功，系统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。 改变内能的两种方式的比较 项目 做功 传热 内能 变化 在绝热过程中，外界对系统做功，系统的内能增加；系统对外界做功，系统的内能减少 在单纯的传热过程中，系统吸收热量，内能增加；系统放出热量，内能减少 物理 实质 其他形式的能与内能之间的相互转化 不同物体(或同一物体不同部分)之间内能的转移 相互 联系 都能引起系统内能的改变 学生用书⬇第67页 针对练1.对于功、热量和内能三个物理量，下列说法中正确的是(　　) A.功和热量与过程有关，而内能与状态有关 B.功、热量和内能的物理意义相同 C.功和热量都可以作为内能的量度 D.内能大的物体具有的热量多 答案：A 解析：功和热量是过程量，与过程有关；而内能是状态量，与状态有关，故A正确。功、热量和内能是三个不同的物理量，它们的物理意义不同，热量反映了能量转移的多少，功是能量转化的量度，内能是物体内所有分子动能和势能之和，做功和热量都可以作为改变物体内能变化的量度，而不可以作为内能的量度，故B、C错误。热量是过程量，不能说内能大的物体具有的热量多，故D错误。 针对练2.(2025·宁夏中卫高二期末)关于系统的内能及其变化，下列说法中正确的是(　　) A.系统的温度改变时，其内能必定改变 B.系统对外做功，其内能不一定改变；系统向外传递热量，其内能不一定改变 C.对系统做功，其内能必定改变；系统向外传递一定热量，其内能必定改变 D.若系统与外界不发生热交换，则系统的内能必定不改变 答案：B 解析：一定质量的物体，其内能由温度和体积共同决定，物体的温度改变时，其内能不一定改变，故A错误。系统对外做功或对系统做功的同时，如果系统与外界发生热交换，其内能不一定改变；系统向外传递热量的同时，如果外界对系统做功，其内能也不一定改变，故B正确，C错误。不发生热交换时，系统对外界做功或者外界对系统做功，也可以改变系统的内能，故D错误。 学科网（北京）股份有限公司 $