第3章 第1节 功、热和内能的改变（学生版）-【创新教程】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册五维课堂同步复习（人教版）

解得-V牛心，=1+a合)p 抽气时，活塞每拉动一次，把容器中的气体的体积从V膨 胀为V十V。,而容器中的气体压强就要减小，活塞推动 时，将抽气筒中的V。气体排出，而再次拉动活塞时，将容 器中剩余的气体从V又膨胀到V十V。,容器内的压强继 续减小，根据玻意耳定律得 第一次抽气：poV=p1(V+Vo),则 V P1-ViVoPo 第二次抽气：p1V=p2(V+Vo) 则p1=()）', 则第n次抽气后：，=(V)° [答案](1+)p()p [例3][解析](1)1→2是等容变化 由壶理定律得号-号解得T7,兴1=80K (2)2→3是等温变化 由玻意耳定律得p2V2=p3V 解锋-学-专×10P [答案](1)800K(2)4X105Pa [例4][解析]由所给现象知，该液体对A不浸润，对毛 细管B浸润，A错误，B正确；固体A的分子对液体附着 层内的分子引力比B管的分子对液体附着层内的分子的 引力小，C正确，D错误. [答案]BC 第三章 热力学定律 第一节功、热和内能的改变 自主预习·探新知 知识点11.(1)能量吸热放热(2)上升热效应 (3)方式2.(1)自身状态绝热变化(2)△U=W 知识点21.(1)温度(2)温度热量2.(1)内能 (2)△U=Q(3)内能转化内能的转移 自我检测 1.(1)×(2)/(3)×(4)/ 2.提示：打气筒外壳温度升高甚至烫手，这是由于打气时活 塞压缩气体，对气体做功，使气体内能增加，温度升高. 合作探究·攻重难 探究1探究导引 提示：钻木取火的过程是对木块进行做功的过程，木块内 能的增加来源于外界对木块做的功， ·16 参考答案 [例1][解析]由F通过活塞对密闭的理想气体做正功， 容器及活塞绝热，知Q=0,由功和内能的关系知理想气 体内能增大，温度T升高，再根招兴 =C,体积V减小，压 强p增大，故C正确. [答案]C 跟踪训练 1.D[绝热膨胀过程是指气体膨胀过程未发生传热，膨胀 过程气体体积增大，气体对外界做功，W0,由△U=U? 一U1=W可知，气体内能减少.由于气体分子间的势能忽 略，故气体分子的平均动能减小.故D正确.] 2.C[绝热时Q=0,△J=W,但物体落在活塞上时，有一部 分机械能在碰撞时转化为内能，这些内能没能被封闭气 体吸收，因此W<Mgh十mg△h,故C正确.] 探究2探究导引 提示：(1)增加了. (2)由于热水的温度较高，将烧瓶放进盛满热水的烧杯 里，气体吸收了热水的热量，内能增加，温度升高，体积增 大，逐渐膨胀起来， [例2][解析]热平衡条件是温度相等，传热的方向是从 温度高的物体传向温度低的物体；在传热过程中高温物 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 [答案]AC 跟踪训练 3.AD[冬天，室外的铁块温度低，手温度高，用手拿铁块 时，手上的热量直接通过传导的方式传到铁块上，用暖水 袋暖手，道理同上，开空调后整个房间内温度降低，是空 气通过对流的方式使热空气降温.晒小麦是依靠太阳辐 射来吸收热量的，故A、D正确.] 4.CD[物体的内能是指物体内所有分子动能和分子势能 的总和，而要改变物体的内能可以通过做功和传热两种 途径，这三者的物理意义不同，故A错误热量是表示在 传热过程中物体内能变化多少的，而功也是用做功的方 式量度物体内能变化多少的，故B错误，C正确；三者的 单位都是焦耳，故D正确.] 创新拓展提素养 [典例展示][解析]根据题干“能够依靠被动辐射冷却 来自然散热，从其覆盖的物体中吸收热量向外散去，也就 是说，它能够在无需冷却水和零能量损耗的情况下，像空 调系统一样冷却烈日下的建筑物”知，无需提供电能和机 械能，它从其覆盖的物体中吸收热量，故A、B、D错误，C 正确. [答案]C 7 物理·选择性必修第三册 课堂自测·夯基础 1.A[做功的过程是能量转化的过程，在绝热过程中，外界 对气体做多少功，气体内能就增加多少，故A正确.] 2.D[传热实质是内能从高温物体转移到低温物体，传递 的不是温度，传递的是热量，故A错误：不接触的物体之 间可以通过辐射的方式进行传热，故B错误；热量总是从 温度高的物体传递给温度低的物体，和物体的比热容没 有关系，故C错误；温度相同的物体之间不存在温度差， 不会发生传热，故D正确.] 3.C[车床上车刀切削工件后发热、擦火柴时火柴头温度 升高、搓搓手就会觉得手发热都是通过做功的方式改变 物体内能：用肥皂水淋车刀后车刀降温是通过传热改变 物体内能的，故C正确.] 4.A[由题意知，在M向下滑动的过程中，绝热压缩密封 的气体，外界对气体做功，使气体的内能增大，故A 正确.门 5.B[因高压空气急剧外逸时，气体没有时间充分与外界 发生热交换，可近似看成绝热膨胀过程.气体对外做功， 内能减小，所以关闭开关时，筒内气体温度较外界低，再 经过较长时间后，筒内外气体温废相同.对筒内剩余气体 分析，属于等容升温过程，其压强要变大，大于外界气压， 所以再打开开关时，筒内气体要流向筒外.故B正确，] 第二节热力学第一定律 第三节能量守恒定律 自主预习·探新知 知识点11.传热等价的2.(1)热量所做的功 (2)△U=Q+W 知识点21.(1)产生消失转化转移总量(2)转 化能量守恒2.(1)对外做功(2)能量守恒(3)失败 自我检测 1.(1)/(2)/(3)/(4)× 2.提示：这不是永动机.手表戴在手腕上，通过手臂的运动， 机械手表获得能量，供手表指针走动，若将此手表长时间 放置不动，它就会停下来. 合作探究·攻重难 探究1探究导引 提示：（①）根据Y-C可知，体积减小，外界对氨气做功， (2)在此高空，△U<0,W>0,根据热力学第一定律△U= W十Q可知，Q<0,即氨气对外放热。 ·16 [例1][解析][将活塞P缓慢地向B移动的过程中，外 力对乙做功，乙的内能增加，温度升高，由于固定隔板B 导热，所以乙将传递热量给甲，甲、乙两部分气体的温度 最终相同，均高于初态温度，所以甲、乙内能均增加，故C 正确.] [答案]C 跟踪训练 1.ABD[根据热力学第一定律△LU=W十Q,做功和传热都 可以改变物体的内能，故A、B、D正确，C错误.门 2.解析：(1)气体温度不变，内能不变，由热力学第一定律 △U=Q十W,则Q=△U-W=0-(-0.6J)=0.6J. (2)由热力学第一定律得△U=Q+W=0.3J+(一0.1J) =0.2J,内能增加0.2J. 答案：(1)0.6J(2)0.2J 探究2探究导引 提示：上述设想的能量转化过程是这样的，电能→机械能 →电能→机械能十电能（用户）.根据能量既不会凭空产 生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为别的形 式，或者从一个物体转移到别的物体，所以上述能量转化 中均应是守恒的，一旦发电机发出电来不再使用外界能 量是不可能的，这种永动机不能实现： [例2][解析]子弹和沙箱相互作用的过程中，损失动 能，转化为系统内能，由能量守恒定律得 aW=2m6-2(M+m) 1 ① 由于子弹和沙箱相互作用的时间极短，它们一起从最低 点以做圆周运动，满足机械能守恒，即 7(M+m)w2=(M+m)g ② 由①②解得AW=之m6-(M+mg. 1 [答案]zm呢-(M+m)gh 跟踪训练 3.BD[物体沿斜面上滑的过程中，有摩擦力对物体做负 功，所以物体的机械能减少，由能量转化和守恒定律知， 内能应增加，总能量不变，故B、D正确.门 4.解析：由能量守恒定律可知，内能的增加等于活塞和物体 重力势能的减少，△U=△E=(M+m)gh=(15十5)×10 ×(50-40)×10-2J=20J. 答案：20J 58物理·选择性必修第三册 第三章 热力学定律 第一节 功、热和内能的改变 学习目标 核心素养 1.物理观念：焦耳的两个实验，做功、传热对内能的改变是等 1.从热力学角度认识内能的概 效的 念，了解焦耳的两个实验 2.科学思维：两个实验的实质，两个公式的理解与应用. 2.知道做功与内能改变的数量关 3.科学方法：实验法、公式法、计算法、理想模型法 系，知道传热的热量与内能 4.科学态度与责任：理解功、热与内能改变的实质，实事求 变化. 是，培养积极探究科学的兴趣，激发学习热情. 自主预习。探新知 [知识点1]功和内能 (2)功和内能：在绝热过程中，外界对系统做的 1.焦耳的实验 功等于系统内能的变化量，即 (1)绝热过程：系统只由于外界对它做功而与外 说明：在热力学系统的绝热过程中，外界对 界交换 ,它不从外界 ,也不 系统所做的功仅由过程的始末两个状态决 向外界 定，不依赖于做功的具体过程和方式， (2)代表性实验 [知识点2]热和内能 ①重物下落带动叶片搅拌容器中的水，引 1.热传递 起水温 (1)条件：物体的 不同 ②通过电流的 给水加热， (2)定义：两个 不同的物体相互接触 (3)实验结论：要使系统状态通过绝热过程发 时，温度高的物体要降温，温度低的物体要 生变化，做功的数量只由过程始末两个状 无关 升温， 从高温物体传到了低温 态决定，而与做功的 2.功和内能 物体. (1)内能：任何一个热力学系统都必定存在一 2.热和内能 个只依赖于系统 的物理量， (1)热量：它是在单纯的传热过程中系统 这个物理量在两个状态间的差别与外界在 变化的量度. 过程中对系统所做的功相联系. (2)表达式： 鉴于功是能量 的量度，所以这个 (3)热传递与做功在改变系统内能上的异同： 物理量必定是系统的一种能量，我们把它 ①做功和热传递都能引起系统 的 称为系统的内能， 改变.②做功时是内能与其他形式能的 ·66· 第三章热力学定律 :热传递只是不同物体（或一个物体 2.基础理解 的不同部分)之间 打气筒是日常生活中的 注意：我们不能说物体具有多少热量，只能 种工具，当我们用打气筒 说某一过程中物体吸收或放出了多少 给自行车打气的时候，就 热量。 是在克服气体压力和摩擦 [自我检测] 力做功.打气的过程中你试着去摸一下打气 1.思维辨析 筒的外壳有什么感觉？这是怎么回事呢？ (1)系统只从外界吸热，而不向外界放热的 过程就是绝热过程. (2)在绝热过程中，外界对系统做多少功，内 能就能增加多少， () (3)功和内能都是能量转化的量度.() (4)做功和传热都可改变物体的内能，从效 果上是等效的： ( ) 合作探究。攻重难 究1 功和内能 ◆汇採究归纳] ◆[搽究导引] 1.内能：物体的内能是指物体内所有分子的平 如图是钻木取火的假想图，在钻木取火的过 均动能和势能的总和. 程中，为什么木块能够冒烟并最终能够生 (1)在微观上由分子数、分子热运动的剧烈程 火，试从物理学角度进行解释. 度和相互作用力决定，宏观上体现为物体 的温度和体积，因此物体的内能是一个状 态量 (2)在系统不吸热也不放热的绝热过程中，状 态发生的变化是由做功引起的，伴随的能 量转化是外界的能量与系统自身的能量发 生了转化，系统自身的能量称为内能 (3)造成系统内能变化的量与做功方式无关， 与做功的数量有关. (4)内能是状态量，由它的状态、温度、体积、质 量决定 2.(1)做功与内能变化的关系：当系统从某一 状态经过绝热过程达到另一状态时，内能的 变化量△U就等于外界对系统所做的功W, 表达式为：△U=U2一U1=W. ·67 物理·选择性必修第三册 (2)系统内能的变化量△U只与初、末状态的 汇规律方法] 内能U,和U2有关，与做功的过程、方式 分析绝热过程的方法 无关 (1)在绝热的情况下，若外界对系统做正功， (3)功和内能的区别 系统内能增加，△U为正值；若系统对外界 ①功是过程量，内能是状态量 做正功，系统内能减少，△U为负值.此过 程做功的多少为内能转化多少的量度： ②在绝热过程中，做功一定能引起内能的 (2)在绝热过程中，内能和其他形式的能一样 变化. 也是状态量，气体的初、末状态确定了，即 ③物体的内能大，并不意味着做功多，在绝 在初、末状态的内能也相应地确定了，内 热过程中，只有变化较大时，对应着做功 能的变化量△U也确定了.而功是能量转 较多 化的量度，所以△U=W,即W为恒量，这 [例1]如图所示，一定质量的理想气体密封 也是判断绝热过程的一种方法. 在绝热（即与外界不发生热交换）容器中，容 ◆[跟踪训练] 器内装有一可以活动的绝热活塞.今对活塞 [训练角度1]对绝热膨胀过程的理解 施以一竖直向下的压力F,使活塞缓慢向下 1.一定质量的理想气体经历一缓慢的绝热膨 移动一段距离后，气体的体积减小.若忽略 胀过程.设气体分子间的势能可忽略，则在 活塞与容器壁间的摩擦，则被密封的气体 此过程中 () A.外界对气体做功，气体分子的平均动能 增大 B.外界对气体做功，气体分子的平均动能 减小 C.气体对外界做功，气体分子的平均动能 77 777777777 A.温度升高，压强增大，内能减少 增大 D.气体对外界做功，气体分子的平均动能 B.温度降低，压强增大，内能减少 减小 C.温度升高，压强增大，内能增加 [训练角度2]绝热膨胀过程的能量守恒 D.温度降低，压强减小，内能增加 2.如图所示的柱形容器内封 A■ 思路点拨：(1)绝热容器表明系统既不向外 有一定质量的空气.质量为 界传热，也不从外界吸热： m的光滑活塞与容器都用 (2)活塞缓慢向下移动一段距离表明外界对 良好的隔热材料制成，另有 理想气体做了功 质量为M的物体从活塞上方的A点自由下 [尝试解答] 落到活塞上，并随活塞一起到达最低点B 后静止.这一过程中，容器内空气内能的改 ·68· 第三章热力学定律 变量△U,外界对气体所做的功W与物体及 ◆汇採究归纳] 活塞的重力势能变化量的关系是() 1.传热 A.Mgh+mg·△h=△U+W (1)热量从高温物体传递到低温物体，或从物 B.△U=W,W=Mgh+mg△h 体的高温部分传递到低温部分，叫作传热. C.△U=W,W<Mgh+mg△h (2)传热的三种方式：传导、对流和辐射： D.△U≠W,W=Mgh+mg△h 2.传热的实质 探究2 热和内能 传热实质上传递的是能量，结果是改变了系 ◆[採究导引] 统的内能.传递能量的多少用热量来量度 某同学做了一个小实验：先把空的烧瓶放入 3.传递的热量与内能改变的关系 冰箱冷冻，一小时后取出烧瓶，并迅速把一 (1)在单纯传热中，系统从外界吸收多少热量， 个气球紧密地套在瓶颈上，然后将烧瓶放进 系统的内能就增加多少.即Q吸=△U, 盛满热水的烧杯里，气球逐渐膨胀起来。 (2)在单纯传热中，系统向外界放出多少热量， 系统的内能就减少多少.即Q城=一△U. 烧瓶 4.传热具有方向性 烧杯 热量从高温物体传递到低温物体，或从物体 的高温部分传递到低温部分，不会自发地从 试探究：(1)烧瓶内的内能增加了还是减 低温物体传递到高温物体或从物体的低温 少了？ 部分传递到高温部分. (2)请解释气球膨胀的原因 5.改变内能的两种方式的比较 比较项目 做功 传热 外界对物体做功，物体吸收热 物体的内能增加； 量，内能增加： 内能变化 物体对外界做功， 物体放出热 物体的内能减少 量，内能减少 不同物体间或 其他形式的能与 同一物体的不 物理实质 内能之间的转化 同部分之间内 能的转移 做一定量的功或传递一定量的热 相互联系 量在改变内能的效果上是相同的 ·69· 物理·选择性必修第三册 [例2]（多选)一铜块和一铁块，质量相等， [训练角度2]对热量、功和内能概念的辨析 铜块的温度T,比铁块的温度T,高，当它们 4.(多选)关于热量、功和内能的下列说法中正 接触在一起时，如果不和外界交换能量，则 确的是 ( () A.热量、功、内能三者的物理意义等同 A.从两者开始接触到热平衡的整个过程 B.热量、功都可以作为物体内能的量度 中，铜块内能的减少量等于铁块内能的 C.热量、功都可以作为物体内能变化的 增加量 量度 B.在两者达到热平衡以前的任意一段时间 D.热量、功、内能的单位相同 内，铜块内能的减少量不等于铁块内能 [创新拓展提素浔 的增加量 聚合物薄膜变身“超薄空调” C.在两者达到热平衡以前的任意一段时间 科罗拉多大学博尔德分校的一个研究团 内，铜块内能的减少量都等于铁块内能 队的工程师们开发出一种新型超材料，这种材 的增加量 料具有一些自然界没有的特殊性能.该材料已 D.达到热平衡时，铜块的温度比铁块的低 经可以大规模生产，用于建筑结构中的空调系 思路点拨：(1)传热的方向是从高温物体传 统，即使在阳光直射的情况下，也不需要电和 向低温物体。 水，就能冷却物体，只需10~20平方米就可以 (2)热平衡的条件是二者温度相等， 满足一户人家在炎炎夏日的制冷需求， [尝试解答] [规律方法 热量和内能的理解要点 (1)热量的概念只有在涉及能量的传递时才 该材料是由聚合物基质内随机嵌入谐振 有意义，因此不能说物体具有多少热量， 极性电介质（绝缘）微粒组成的杂化玻璃聚合 只能说物体吸收或放出了多少热量」 物，并涂有银薄膜以增强材料的光谱反射率. (2)在系统与外界只发生传热时，系统吸收多 将这种超材料应用于物体表面的时候，该薄膜 少热量，系统内能就增加多少；系统放出 不仅可以通过反射太阳辐射来减少自身热量， 多少热量，系统内能就减少多少 而且它透明的材质并不阻碍其下方物体通过 ◆[跟踪训练] 红外辐射的方式散热. [训练角度1]对传热的理解 [典例展示]最近，《科学》杂志报道了一种新 3.(多选)下列所述现象中属于利用传导的方 型超材料薄膜，在不需要电源的情况下可以 式来传热的是 ( 达到对热源物体强化冷却的效果，如图是这 A.冬天，用手去拿室外的铁块，手感到冷 种新材料的照片.这种超材料由一层金属银 B.夏天，开空调后一段时间整个房间内温 及其下面的玻璃聚合物复合而成，它能够依 度降低 靠被动辐射冷却来自然散热，从其覆盖的物 C.在地面上晒小麦 体中吸收热量向外散去，也就是说，它能够 D.冬天，用暖水袋暖手 在无需冷却水和零能量损耗的情况下，像空 ·70· 第三章热力学定律 调系统一样冷却烈日下的建筑物.譬如，为 A.为实现冷却功能，需要为这种超材料提 了达到冷却屋顶的效果，可以把这种超材料 供电能 轧制在屋顶表面，它会自动把太阳辐射的能 B.为实现冷却功能，需要为这种超材料提 量反射回到空间中，并从室内吸收热量，从 供机械能 而达到室内散热的效果.关于这种超材料， C.这种超材料反射太阳光时可以从其覆盖 下列说法正确的是 的物体中吸热 D.这种超材料反射太阳光时不能从其覆盖 的物体中吸热 [尝试解答] 课堂自测。夯基础 1.(功和内能的关系)在绝热过程中，外界压缩 气体做功20J,下列说法正确的是( A.气体内能一定增加20J B.气体内能增加必定小于20J A.外界对气体做功，气体内能增大 C.气体内能增加可能小于20J B.外界对气体做功，气体内能减小 D.气体内能可能不变 C.气体对外界做功，气体内能增大 2.(传热)关于传热，下列说法正确的是( D.气体对外界做功，气体内能减小 A.传热是高温物体的温度传给低温物体 5.(功、热和内能的综合分析)金属筒内装有与 B.并不接触的物体之间不会发生传热 C.比热容相同的物体之间不会发生传热 外界温度相同的压缩空气，打开筒的开关， D.温度相同的物体之间不会发生传热 筒内高压空气迅速向外逸出，待筒内外压强 3.(热和内能的关系)下列各事例通过传热改 相等时，立即关闭开关.在外界保持恒温的 变物体内能的是 条件下，经过一段较长时间后，再次打开开 A.车床上车刀切削工件后发热 关，这时出现的现象是 B.擦火柴时火柴头温度升高 C.用肥皂水淋车刀后车刀降温 A.筒外空气流向筒内 D.搓搓手就会觉得手发热 B.筒内空气流向筒外 4.(功和内能的关系)如图所示为某种椅子与 C.筒内外有空气变换，处于动态平衡，筒内 其升降部分的结构示意图，M、N两筒间密 空气质量不变 闭了一定质量的气体，M可沿N的内壁上 D.筒内外无空气交换 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 C温馨提污 学习至此，请完成配套训练 ·71