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

人教版物理选择性必修第三册 第三章 热力学定律 第1节 功、热和内能的改变 　 1.了解焦耳的两个实验原理，知道绝热过程的定义。 　 2.知道做功和传热是改变物体内能的两种方式，知道它们的区别。 3．明确内能、功、热量的区别和联系。 1．填一填 (1)绝热过程 系统只通过对外界做功或外界对它做功而与外界交换能量，它不从外界吸热，也不向外界放热。 (2)代表实验 ①重物下落带动叶片搅拌容器中的水，引起水温上升。 ②让下降的重物带动发电机发电，通过电流的热效应给水加热。 (3)实验结论 要使系统状态通过绝热过程发生变化，做功的数量只由过程始末两个状态决定，而与做功的方式无关。 2．判一判 (1)绝热过程就是系统与外界不发生热量传递的过程。(√) (2)某一系统在经历绝热过程时，只要初状态相同，末状态也相同，则做功数量一定相同。(√) (3)在绝热过程中，不同的做功方式会直接影响系统状态变化的最终结果。(×) 3．想一想 如何求得该装置机械能的减少量？ 提示：机械能的减少量由水的质量和升高的温度以及水的比热容求得。 1．填一填 (1)绝热过程中内能的变化量：等于外界对系统所做的功，即：ΔU＝W。 (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。 (3)如果一个热学过程的状态变化发生得极快、经历的时间很短，系统与外界来不及交换热量，这样的过程可以看成绝热过程。 2．判一判 (1)转动的叶片不断搅动水，水温升高。(√) (2)在绝热过程中，外界对气体做功，气体内能增加。(√) (3)在绝热过程中，气体对外界做功，气体内能减少。(√) 3．想一想 用锤子反复敲打一铁块，铁块会发生怎样的变化？为什么？ 提示：铁块的温度升高，同时会发生形变。因为在敲打铁块的过程中，锤头对铁块做功，使铁块的内能增加，温度升高；铁块由于受到力的作用，会发生形变。 1．填一填 (1)热传递 ①条件：物体的温度不同。 ②过程：温度不同的物体相互接触时，温度高的物体要降温，温度低的物体要升温，热从高温物体传到低温物体。 (2)热和内能的改变 ①单纯地对系统传热也能改变系统的热力学状态，即热传递能改变物体的内能。 ②热量：在单纯的传热过程中系统内能变化的量度。 ③单纯的传热过程中内能的变化ΔU＝Q。 (3)改变内能的方式 ①两种方式：做功和传热。 ②两种方式的区别 做功时，内能与其他形式的能(如内能与机械能、内能与电能等)发生转化；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。 2．判一判 (1)在绝热过程中，外界对系统做的功小于系统内能的增加量。(×) (2)热传递只能发生在两个物体间，同一物体不能发生热传递。(×) (3)功和内能都是能量转化的量度。(×) 3．选一选 关于热传递，下列说法正确的是(　　) A．热传递的实质是温度的传递 B．物体间存在温度差，才能发生热传递 C．热传递可以在任何情况下进行 D．物体内能发生改变，一定是吸收或放出了热 解析：选B　热传递的实质是物体间内能的转移，A错误；热传递发生的条件是物体间存在温度差，高温物体放出热，低温物体吸收热，若两物体温度相同，它们之间便不会发生热传递，B正确，C错误；物体吸收或放出热，内能会发生变化，但内能变化不一定是热传递引起的，还可以通过做功的方式，D错误。 做功与内能变化的关系 [学透用活] 1．功和内能的区别 (1)功是过程量，内能是状态量。 (2)在绝热过程中，做功一定能引起系统内能的变化。 (3)系统的内能大，并不意味着做功多。在绝热过程中，只有内能变化越大时，对应着做功越多。 2．功和内能的关系 (1)做功可以改变系统的内能，功是系统内能转化的量度。在国际单位制中，内能和功的单位都是焦耳。 (2)绝热过程中功和内能变化的关系 当系统从某一状态经过绝热过程达到另一状态时，内能的改变量ΔU就等于外界对系统所做的功W，即ΔU＝U2－U1＝W。 即在绝热过程中，外界对系统做功，系统的内能增加，外界对系统做多少功，系统的内能就增加多少；系统对外界做功，系统的内能减少，系统对外界做多少功，系统的内能就减少多少。 3．做功改变系统内能的实质 做功改变系统内能的过程是将其他形式的能(如机械能)与内能相互转化的过程，做功使系统内能发生变化时，内能改变的多少用做功的数值来度量。 　　　 如图所示，一个质量为20 kg的绝热汽缸竖直放置，绝热活塞的质量为5 kg，横截面积为0.1 m2，处于静止状态时被封闭气体的高度为50 cm。现在活塞上方加一15 kg的物体，待稳定后，被封闭气体的高度变为40cm。求在这一过程中气体的内能增加了多少？(p0＝1.01×105 Pa，g取10 m/s2) [解析]　由于汽缸及活塞均绝热，故外界对气体所做的功全部转化为气体的内能，即ΔU＝W外＝(m活塞＋m物体)gΔh＋p0SΔh＝(5＋15)×10×0.1 J＋1.01×105×0.1×0.1 J＝1 030 J。 [答案]　1 030 J [规律方法] 分析绝热过程的方法 (1)在绝热的情况下，若外界对系统做正功，系统内能增加，ΔU为正值；若系统对外界做正功，系统内能减少，ΔU为负值。此过程做功的多少为内能转化的量度。 (2)在绝热过程中，内能和其他形式的能一样也是状态量，气体的初、末状态确定了，即在初、末状态的内能也相应地确定了，内能的变化ΔU也确定了。而功是能量转化的量度，所以ΔU＝W，即W为恒量，这也是判断绝热过程的一种方法。 [对点练清] 1．下列有关焦耳及焦耳实验的说法中正确的是(　　) A．焦耳是法国物理学家，他的主要贡献是焦耳定律及热功当量 B．焦耳实验用到的容器可以用普通玻璃杯代替 C．焦耳实验的研究对象是容器中的水 D．焦耳实验中要使容器及其中的水升高相同的温度，实验中悬挂重物的质量、下落的高度可以不相同，但做功必须相同 解析：选D　焦耳是英国物理学家，A错；焦耳实验的要求是绝热系统，普通玻璃杯达不到绝热要求，B错；实验的研究对象是容器及其中的水组成的系统，C错；要使同一些水(及容器)升高相同的温度即内能增加相同，必须做功相同，D对。 2.拥有私家车的人们越来越多，说明人们生活水平不断提高。某汽车的发动机汽缸内装有汽油与空气的混合气体，如图所示，要使该混合气体达到其燃点，则(　　) A．迅速向外拉活塞　　　　　 B．迅速向里推活塞 C．缓慢向里推活塞 D．缓慢向外拉活塞 解析：选B　气体压缩时外界对气体做功内能增大，气体膨胀时气体对外做功内能减少。将装有汽油与空气混合气体的汽缸中的活塞迅速向里推，该汽缸内混合气体来不及与外界发生热交换，可以看作绝热过程，同时由于外界通过活塞对该气体做功，使该混合气体的内能增加，温度升高，从而达到汽油燃点，故B对。 3．(2024·河北高考)(多选)如图，水平放置的密闭绝热汽缸被导热活塞分成左右两部分，左侧封闭一定质量的理想气体，右侧为真空，活塞与汽缸右壁中央用一根轻质弹簧水平连接。汽缸内壁光滑且水平长度大于弹簧自然长度，弹簧的形变始终在弹性限度内且体积忽略不计。活塞初始时静止在汽缸正中间，后因活塞密封不严发生缓慢移动，活塞重新静止后(　　) A．弹簧恢复至自然长度 B．活塞两侧气体质量相等 C．与初始时相比，汽缸内气体的内能增加 D．与初始时相比，活塞左侧单位体积内气体分子数减少 解析：选ACD　初始时活塞受到左侧气体向右的压力和弹簧向左的弹力处于平衡状态，弹簧处于压缩状态。因活塞密封不严，可知左侧气体向右侧真空漏出，左侧气体压强变小，右侧出现气体，对活塞有向左的压力，最终左、右两侧气体压强相等，且弹簧恢复原长，故A正确；由题知活塞初始时静止在汽缸正中间，但由于活塞向左移动，左侧气体体积小于右侧气体体积，则左侧气体质量小于右侧气体质量，故B错误；密闭的汽缸绝热，与外界没有能量交换，但弹簧弹性势能减少了，可知气体内能增加，故C正确；初始时气体在左侧且体积为整个汽缸体积的一半，最终气体充满整个汽缸，则初始时活塞左侧单位体积内气体分子数应该是最终状态的两倍，故D正确。 功、内能、热量和温度的区别与联系 [学透用活] 1．内能与温度 从宏观上看，温度表示的是物体的冷热程度；从微观上看，温度反映了分子热运动的剧烈程度，是分子平均动能的标志。物体的温度升高，其内能一定增加。但向物体传递热量，物体的内能却不一定增加(可能同时对外做功)。 2．热量和内能 (1)内能是由系统的状态决定的，状态确定，系统的内能也随之确定。要使系统的内能发生变化，可以通过热传递和做功两种方式来完成。 (2)热量是热传递过程中的特征物理量，热量只是反映物体在状态变化过程中所转移的能量，是用来衡量物体内能变化的，有过程，才有变化，离开过程，毫无意义。 (3)对某一状态而言，只有“内能”，根本不存在“热量”和“功”。不能说一个系统中含有多少热量。 3．热量与温度 热量是系统内能变化的量度，而温度是系统内大量分子做无规则运动剧烈程度的标志。 热传递的前提条件是两个系统之间要有温度差，传递的是热量而不是温度。 4．热量与功 热量和功都是系统内能变化的量度，都是过程量，一定量的热量与一定量的功相当，热量可以通过系统转化为功，功也可以通过系统转化为热量，但它们之间有着本质的区别。 5．改变内能的两种方式的比较 比较项目 做　功 传　热 内能变化 外界对物体做功，物体的内能增加；物体对外界做功，物体的内能减少 物体吸收热，内能增加；物体放出热，内能减少 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相同的 　　　关于热量、功和内能三个物理量，下列说法中正确的是(　　) A．热量、功和内能三者的物理意义相同，只是说法不同 B．热量、功都可以作为物体内能变化的量度 C．热量、功和内能的单位不同 D．功由过程决定，而热量和内能由物体的状态决定 [解析]　热量、功和内能是三个不同的物理量，它们的物理意义不同，故A错误；功与热量都是能量转化的量度，热量和功都可以作为物体内能变化的量度，故B正确；热量、功和内能的单位相同，都是焦耳，故C错误；功和热量由过程决定，内能由物体的状态决定，故D错误。 [答案]　B [易错警示] 热传递、做功和内能的改变的认知误区 (1)误认为有热传递或做功时，内能一定变化。 如果只是做功或只是进行热传递都会改变物体的内能，但是如果做功的同时还有热的传递，则内能不一定会发生变化。 (2)对做功与内能变化关系认识不清。 在判断内能增加或减少时，一定要搞清是对内做功还是对外做功，是从外界吸收热还是向外界放出热。 [对点练清] 1．关于物体的内能和热量，下列说法中正确的有(　　) A．热水的内能比冷水的内能多 B．温度高的物体其热量必定多，内能必定大 C．在传热中，放出热的物体的内能一定大于吸收热的物体的内能 D．热总是自发地从温度高的物体传给温度低的物体 解析：选D　物体的内能由温度、体积及物质的量决定，不是只由温度来决定，故选项A、B错误；在传热过程中，热从温度高的物体传给温度低的物体，温度高的物体内能不一定大，故选项C错误，D正确。 2．关于温度、热量、功和内能，以下说法正确的是(　　) A．同一物体温度高时，含有的热量多 B．物体的内能越大，含有的热量就越多，温度也越高 C．外界对系统做功W，内能必定增加 D．发生热传递的条件是两物体之间存在温度差 解析：选D　热量是物体间进行热传递时内能变化的量度，不能说物体含有多少热量，故A错误；物体的内能越大，温度不一定越高，故B错误；由于做功和热传递都可引起物体内能的变化，只根据做功无法准确判断物体内能的变化，故C错误；物体间发生热传递的条件是存在温度差，故D正确。 3. 如图所示，A、B是两个完全相同的球，分别浸没在水和水银的同一深度处，A、B两球用同一种材料制成，当温度稍微升高时，球的体积会明显变大。如果开始水和水银的温度相同，且两液体温度同时缓慢升高到同一值，两球膨胀后，体积相等，则(　　) A．A球吸收的热量较多 B．B球吸收的热量较多 C．两球吸收的热量一样多 D．无法确定 解析：选B　A、B两球升高同样的温度，体积又相同，则二者内能的变化相同，而B球是处在水银中的，B球膨胀时受到的压力大，对外做功多，因此B球吸收热量较多一些，故B正确。 一、理想气体的内能及内能变化(科学思维) 容器里有一定质量的理想气体，在保持体积不变时使其升温，气体的内能怎样改变？在保持温度不变时，把气体压缩，气体的内能改变吗？为什么？ 提示：一定质量的理想气体，不考虑分子势能，其内能只与温度有关，故温度升高时，其内能增大，温度不变时，气体的内能也不变。 二、典题好题发掘，练典题做一当十 [多选]用密封性好、充满气体的塑料袋包裹易碎品，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(　　) 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 [解析]　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。 [答案]　AC [课时跟踪训练] A级—双基达标 1．[多选]下列实例中通过做功改变物体的内能的是(　　) A．古人钻木取火 B．用火炉把水烧开 C．用打气筒打气，筒壁变热 D．瓶内的高压气体将瓶塞冲开，瓶内气体的温度降低 解析：选ACD　钻木取火，属于能量的转化；用打气筒打气，筒壁变热；瓶内的高压气体将瓶塞冲开，气体对外做功，瓶内气体的温度降低，故选项A、C、D正确；用火炉烧水改变内能属于热传递，选项B错误。 2．以下所述现象中，属于通过热传递改变了物体内能的是(　　) A．将一段铁丝反复弯折，弯折处会发热 B．放在空气中的一杯热水会冷却 C．在转动的砂轮上磨车刀，车刀发热 D．电流通过电阻丝 解析：选B　反复弯折铁丝是用力对物体做功，在转动的砂轮上磨车刀是摩擦力对车刀做功，电流通过电阻丝并做功，所以三者都是通过做功改变物体内能的；热水放在空气中，通过热辐射以及对流等方式向外传递了热，而使自身的内能减少，温度下降，它是通过热传递方式改变内能的，故B选项正确。 3.景颇族的祖先发明的点火器如图所示，用牛角做套筒，木质推杆前端粘着艾绒，猛推推杆，可点燃艾绒。在筒内封闭的气体被推杆压缩过程中(　　) A．气体温度升高，压强不变 B．气体温度升高，压强变大 C．气体对外界做正功，气体内能增加 D．外界对气体做正功，气体内能减少 解析：选B　封闭的气体被推杆压缩过程中，对气体做功，内能增加，温度升高，可点燃艾绒，并且气体体积减小，压强增大，综上知B正确。 4．在一锅正在沸腾的水中，一个小气泡由底层缓慢地升到液面，上升过程中气泡的压强不断减小，则气泡在上浮过程中(　　) A．内能增大　　　　　　　　 B．内能减小 C．外界对气泡做功 D．吸热 解析：选D　气泡缓慢上升的过程中，外部的压强逐渐减小，由于外部恒温(100 ℃)，根据pV＝CT，所以体积增大，气泡膨胀对外做功，温度不变，则内能不变，故选项A、B错误；气泡内能不变，同时对外做功，所以必须从外界吸热，故选项C错误，选项D正确。 5.如图所示，绝热容器中间用隔板隔开，左侧装有气体，右侧为真空。现将隔板抽掉，使左侧气体自由膨胀直至达到平衡，则在此过程中(不计气体的分子势能)(　　) A．气体对外界做功，温度降低，内能减少 B．气体对外界做功，温度不变，内能不变 C．气体不做功，温度不变，内能不变 D．气体不做功，温度不变，内能减少 解析：选C　抽掉隔板后，气体膨胀，体积增大，但由于右侧为真空，所以气体自由膨胀不做功，因而内能不变，温度不变，故C选项正确。 6．[多选]一铜块和一铁块，质量相等，铜块的温度T1比铁块的温度T2高，当它们接触在一起时，如果不和外界交换能量，则(　　) 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内能的增加量 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铁块内能的增加量 C．达到热平衡时，铜块的温度T＝ D．达到热平衡时，两者的温度相等 解析：选AD　一个系统在热交换的过程中，如果不与外界发生热交换，温度高的物体放出的热量等于温度低的物体吸收的热量，直到温度相等，不再发生热交换为止，而热量是传热过程中内能的变化量，所以选项A和D都正确，选项B错误。根据热平衡方程：c铜m(T1－T)＝c铁m(T－T2)，解得T＝，由此可知选项C错误。 7．小红和小明打乒乓球不小心把乒乓球踩扁了，小明认真观察后发现表面没有开裂，于是把踩扁的乒乓球放在热水里泡一下，基本恢复了原状。乒乓球内的气体可视为理想气体，对于乒乓球恢复原状的过程，下列描述中正确的是(　　) A．内能变大，乒乓球内气体对外做正功的同时吸热 B．内能变大，乒乓球内气体对外做正功的同时放热 C．内能变大，乒乓球内气体对外做负功的同时吸热 D．内能变小，乒乓球内气体对外做负功的同时放热 解析：选A　乒乓球内的气体受热膨胀，故对外做功，气体温度升高，故内能增加，所以吸收热，故选项A正确，选项B、C、D错误。 8．物体的内能增加了20 J，下列说法中正确的是(　　) A．一定是外界对物体做了20 J的功 B．一定是物体吸收了20 J的热量 C．一定是物体分子动能增加了20 J D．物体分子的平均动能可能不变 解析：选D　做功和热传递都可以改变物体内能，物体内能改变20 J，其方式是不确定的，因此A、B错误；物体内能包括所有分子的平均动能和分子势能，内能由分子数、分子平均动能、分子势能三者决定，故C错误，D正确。 9．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] 解析：根据机械能守恒定律知，水流到达瀑布底时的动能Ek＝mv2＋mgh， 水吸收的热量Q与温度变化Δt满足关系Q＝cmΔt， 由题意知，有10%的动能转化为水的内能，所以有 ×10%＝cmΔt， 代入数据得Δt＝2.4×10－3℃。 答案：2.4×10－3℃ B级—选考提能 10.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E甲、E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．E甲不变，E乙减小 B．E甲不变，E乙增大 C．E甲增大，E乙不变 D．E甲增大，E乙减小 解析：选D　对甲室内的理想气体，在拉杆缓慢向左拉的过程中，活塞左移，压缩气体，外界对甲气室内气体做功，其内能应增大；对乙气室内的气体，活塞左移，气体膨胀，气体对外界做功，内能应减小，故D正确。 11．[多选]采用绝热(即不与外界交换热)的方式使一定量的气体由初态A变化至末态B，对于不同的绝热方式，下面说法正确的是(　　) A．对气体所做的功不同 B．对气体所做的功相同 C．气体对外所做的功相同 D．气体内能的变化是相同的 解析：选BCD　对于一定量的气体，不管采用任何一种绝热方式由状态A变化到状态B，都是绝热过程。在这一过程中，气体在初状态A有一确定的内能UA，在末状态B有另一确定的内能UB，由绝热过程中ΔU＝UB－UA＝W知，W为恒量，所以A错误，B、C、D选项正确。 12．暖瓶中有0.5 kg、25 ℃的水，一人想用上下摇晃的方法使冷水变为开水，设每摇晃一次水的落差为15 cm，每分钟摇晃30次，不计所有热散失，他约需多长时间才可以把水“摇开”？[c水＝4.2×103 J/(kg·℃)，g取10 m/s2] 解析：设“摇开”水需t min，水升温ΔT，由W＝ΔU得 30mg·Δh·t＝c水mΔT， t＝＝ min＝7×103 min，即“摇开”水需7×103 min。 答案：7×103 min 7 / 7 学科网（北京）股份有限公司 $人教版物理选择性必修第三册 第三章 热力学定律 第1节 功、热和内能的改变 　 1.了解焦耳的两个实验原理，知道绝热过程的定义。 　 2.知道做功和传热是改变物体内能的两种方式，知道它们的区别。 3．明确内能、功、热量的区别和联系。 1．填一填 (1)绝热过程 系统只通过对外界做功或外界对它做功而与外界交换能量，它不从外界 ，也不向外界 。 (2)代表实验 ①重物下落带动叶片搅拌容器中的水，引起 。 ②让下降的重物带动发电机发电，通过电流的 给水加热。 (3)实验结论 要使系统状态通过绝热过程发生变化，做功的数量只由过程始末两个状态决定，而与 。 2．判一判 (1)绝热过程就是系统与外界不发生热量传递的过程。( ) (2)某一系统在经历绝热过程时，只要初状态相同，末状态也相同，则做功数量一定相同。( ) (3)在绝热过程中，不同的做功方式会直接影响系统状态变化的最终结果。( ) 3．想一想 如何求得该装置机械能的减少量？ 1．填一填 (1)绝热过程中内能的变化量：等于外界对系统所做的功，即：ΔU＝W。 (2)在绝热过程中，外界对系统做功，系统的内能 ，系统对外做功，系统的内能 。 (3)如果一个热学过程的状态变化发生得极快、经历的时间很短，系统与外界来不及交换 ，这样的过程可以看成绝热过程。 2．判一判 (1)转动的叶片不断搅动水，水温升高。( ) (2)在绝热过程中，外界对气体做功，气体内能增加。( ) (3)在绝热过程中，气体对外界做功，气体内能减少。( ) 3．想一想 用锤子反复敲打一铁块，铁块会发生怎样的变化？为什么？ 1．填一填 (1)热传递 ①条件：物体的 不同。 ②过程：温度不同的物体相互接触时，温度高的物体要降温，温度低的物体要升温， 从高温物体传到低温物体。 (2)热和内能的改变 ①单纯地对系统传热也能改变系统的 ，即热传递能改变物体的 。 ②热量：在单纯的传热过程中系统 的量度。 ③单纯的传热过程中内能的变化ΔU＝Q。 (3)改变内能的方式 ①两种方式：做功和传热。 ②两种方式的区别 做功时，内能与其他形式的能(如内能与机械能、内能与电能等)发生 ；传热只是不同物体(或一个物体的不同部分)之间内能的 。 2．判一判 (1)在绝热过程中，外界对系统做的功小于系统内能的增加量。( ) (2)热传递只能发生在两个物体间，同一物体不能发生热传递。( ) (3)功和内能都是能量转化的量度。( ) 3．选一选 关于热传递，下列说法正确的是(　　) A．热传递的实质是温度的传递 B．物体间存在温度差，才能发生热传递 C．热传递可以在任何情况下进行 D．物体内能发生改变，一定是吸收或放出了热 做功与内能变化的关系 [学透用活] 1．功和内能的区别 (1)功是过程量，内能是状态量。 (2)在绝热过程中，做功一定能引起系统内能的变化。 (3)系统的内能大，并不意味着做功多。在绝热过程中，只有内能变化越大时，对应着做功越多。 2．功和内能的关系 (1)做功可以改变系统的内能，功是系统内能转化的量度。在国际单位制中，内能和功的单位都是焦耳。 (2)绝热过程中功和内能变化的关系 当系统从某一状态经过绝热过程达到另一状态时，内能的改变量ΔU就等于外界对系统所做的功W，即ΔU＝U2－U1＝W。 即在绝热过程中，外界对系统做功，系统的内能增加，外界对系统做多少功，系统的内能就增加多少；系统对外界做功，系统的内能减少，系统对外界做多少功，系统的内能就减少多少。 3．做功改变系统内能的实质 做功改变系统内能的过程是将其他形式的能(如机械能)与内能相互转化的过程，做功使系统内能发生变化时，内能改变的多少用做功的数值来度量。 　　　 如图所示，一个质量为20 kg的绝热汽缸竖直放置，绝热活塞的质量为5 kg，横截面积为0.1 m2，处于静止状态时被封闭气体的高度为50 cm。现在活塞上方加一15 kg的物体，待稳定后，被封闭气体的高度变为40cm。求在这一过程中气体的内能增加了多少？(p0＝1.01×105 Pa，g取10 m/s2) [对点练清] 1．下列有关焦耳及焦耳实验的说法中正确的是(　　) A．焦耳是法国物理学家，他的主要贡献是焦耳定律及热功当量 B．焦耳实验用到的容器可以用普通玻璃杯代替 C．焦耳实验的研究对象是容器中的水 D．焦耳实验中要使容器及其中的水升高相同的温度，实验中悬挂重物的质量、下落的高度可以不相同，但做功必须相同 2.拥有私家车的人们越来越多，说明人们生活水平不断提高。某汽车的发动机汽缸内装有汽油与空气的混合气体，如图所示，要使该混合气体达到其燃点，则(　　) A．迅速向外拉活塞　　　　　 B．迅速向里推活塞 C．缓慢向里推活塞 D．缓慢向外拉活塞 3．(2024·河北高考)(多选)如图，水平放置的密闭绝热汽缸被导热活塞分成左右两部分，左侧封闭一定质量的理想气体，右侧为真空，活塞与汽缸右壁中央用一根轻质弹簧水平连接。汽缸内壁光滑且水平长度大于弹簧自然长度，弹簧的形变始终在弹性限度内且体积忽略不计。活塞初始时静止在汽缸正中间，后因活塞密封不严发生缓慢移动，活塞重新静止后(　　) A．弹簧恢复至自然长度 B．活塞两侧气体质量相等 C．与初始时相比，汽缸内气体的内能增加 D．与初始时相比，活塞左侧单位体积内气体分子数减少 功、内能、热量和温度的区别与联系 [学透用活] 1．内能与温度 从宏观上看，温度表示的是物体的冷热程度；从微观上看，温度反映了分子热运动的剧烈程度，是分子平均动能的标志。物体的温度升高，其内能一定增加。但向物体传递热量，物体的内能却不一定增加(可能同时对外做功)。 2．热量和内能 (1)内能是由系统的状态决定的，状态确定，系统的内能也随之确定。要使系统的内能发生变化，可以通过热传递和做功两种方式来完成。 (2)热量是热传递过程中的特征物理量，热量只是反映物体在状态变化过程中所转移的能量，是用来衡量物体内能变化的，有过程，才有变化，离开过程，毫无意义。 (3)对某一状态而言，只有“内能”，根本不存在“热量”和“功”。不能说一个系统中含有多少热量。 3．热量与温度 热量是系统内能变化的量度，而温度是系统内大量分子做无规则运动剧烈程度的标志。 热传递的前提条件是两个系统之间要有温度差，传递的是热量而不是温度。 4．热量与功 热量和功都是系统内能变化的量度，都是过程量，一定量的热量与一定量的功相当，热量可以通过系统转化为功，功也可以通过系统转化为热量，但它们之间有着本质的区别。 5．改变内能的两种方式的比较 比较项目 做　功 传　热 内能变化 外界对物体做功，物体的内能增加；物体对外界做功，物体的内能减少 物体吸收热，内能增加；物体放出热，内能减少 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相同的 　　　关于热量、功和内能三个物理量，下列说法中正确的是(　　) A．热量、功和内能三者的物理意义相同，只是说法不同 B．热量、功都可以作为物体内能变化的量度 C．热量、功和内能的单位不同 D．功由过程决定，而热量和内能由物体的状态决定 [对点练清] 1．关于物体的内能和热量，下列说法中正确的有(　　) A．热水的内能比冷水的内能多 B．温度高的物体其热量必定多，内能必定大 C．在传热中，放出热的物体的内能一定大于吸收热的物体的内能 D．热总是自发地从温度高的物体传给温度低的物体 2．关于温度、热量、功和内能，以下说法正确的是(　　) A．同一物体温度高时，含有的热量多 B．物体的内能越大，含有的热量就越多，温度也越高 C．外界对系统做功W，内能必定增加 D．发生热传递的条件是两物体之间存在温度差 3. 如图所示，A、B是两个完全相同的球，分别浸没在水和水银的同一深度处，A、B两球用同一种材料制成，当温度稍微升高时，球的体积会明显变大。如果开始水和水银的温度相同，且两液体温度同时缓慢升高到同一值，两球膨胀后，体积相等，则(　　) A．A球吸收的热量较多 B．B球吸收的热量较多 C．两球吸收的热量一样多 D．无法确定 一、理想气体的内能及内能变化(科学思维) 容器里有一定质量的理想气体，在保持体积不变时使其升温，气体的内能怎样改变？在保持温度不变时，把气体压缩，气体的内能改变吗？为什么？ 二、典题好题发掘，练典题做一当十 [多选]用密封性好、充满气体的塑料袋包裹易碎品，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(　　) 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 [课时跟踪训练] A级—双基达标 1．[多选]下列实例中通过做功改变物体的内能的是(　　) A．古人钻木取火 B．用火炉把水烧开 C．用打气筒打气，筒壁变热 D．瓶内的高压气体将瓶塞冲开，瓶内气体的温度降低 2．以下所述现象中，属于通过热传递改变了物体内能的是(　　) A．将一段铁丝反复弯折，弯折处会发热 B．放在空气中的一杯热水会冷却 C．在转动的砂轮上磨车刀，车刀发热 D．电流通过电阻丝 3.景颇族的祖先发明的点火器如图所示，用牛角做套筒，木质推杆前端粘着艾绒，猛推推杆，可点燃艾绒。在筒内封闭的气体被推杆压缩过程中(　　) A．气体温度升高，压强不变 B．气体温度升高，压强变大 C．气体对外界做正功，气体内能增加 D．外界对气体做正功，气体内能减少 4．在一锅正在沸腾的水中，一个小气泡由底层缓慢地升到液面，上升过程中气泡的压强不断减小，则气泡在上浮过程中(　　) A．内能增大　　　　　　　　 B．内能减小 C．外界对气泡做功 D．吸热 5.如图所示，绝热容器中间用隔板隔开，左侧装有气体，右侧为真空。现将隔板抽掉，使左侧气体自由膨胀直至达到平衡，则在此过程中(不计气体的分子势能)(　　) A．气体对外界做功，温度降低，内能减少 B．气体对外界做功，温度不变，内能不变 C．气体不做功，温度不变，内能不变 D．气体不做功，温度不变，内能减少 6．[多选]一铜块和一铁块，质量相等，铜块的温度T1比铁块的温度T2高，当它们接触在一起时，如果不和外界交换能量，则(　　) 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内能的增加量 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铁块内能的增加量 C．达到热平衡时，铜块的温度T＝ D．达到热平衡时，两者的温度相等 7．小红和小明打乒乓球不小心把乒乓球踩扁了，小明认真观察后发现表面没有开裂，于是把踩扁的乒乓球放在热水里泡一下，基本恢复了原状。乒乓球内的气体可视为理想气体，对于乒乓球恢复原状的过程，下列描述中正确的是(　　) A．内能变大，乒乓球内气体对外做正功的同时吸热 B．内能变大，乒乓球内气体对外做正功的同时放热 C．内能变大，乒乓球内气体对外做负功的同时吸热 D．内能变小，乒乓球内气体对外做负功的同时放热 8．物体的内能增加了20 J，下列说法中正确的是(　　) A．一定是外界对物体做了20 J的功 B．一定是物体吸收了20 J的热量 C．一定是物体分子动能增加了20 J D．物体分子的平均动能可能不变 9．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] B级—选考提能 10.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E甲、E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．E甲不变，E乙减小 B．E甲不变，E乙增大 C．E甲增大，E乙不变 D．E甲增大，E乙减小 11．[多选]采用绝热(即不与外界交换热)的方式使一定量的气体由初态A变化至末态B，对于不同的绝热方式，下面说法正确的是(　　) A．对气体所做的功不同 B．对气体所做的功相同 C．气体对外所做的功相同 D．气体内能的变化是相同的 12．暖瓶中有0.5 kg、25 ℃的水，一人想用上下摇晃的方法使冷水变为开水，设每摇晃一次水的落差为15 cm，每分钟摇晃30次，不计所有热散失，他约需多长时间才可以把水“摇开”？[c水＝4.2×103 J/(kg·℃)，g取10 m/s2] 7 / 7 学科网（北京）股份有限公司 $