第3章 第1节 功、热和内能的改变（Word教参）-【学霸笔记·同步精讲】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册（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，通过绝热过程定义内能，系统阐述做功（ΔU=W）和传热（ΔU=Q）改变内能的规律，明确两者对改变内能等效及本质区别（转化与转移）。 资料设计融合实验探究（如压缩乙醚燃烧、气球膨胀）培养科学探究能力，对比表格构建能量观念，判断题与例题强化科学思维，课中辅助实验教学提升效果，课后练习题助力学生查漏补缺。

第1节　功、热和内能的改变 　 1．可以从热力学角度认识内能的概念。了解焦耳的两个实验。 2．知道做功与内能改变的数量关系，知道传热的热量与内能变化的关系。 3．知道做功和传热是改变内能的两种方式，且对改变系统内能是等效的。 一、焦耳的实验 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)重物下落带动叶片搅拌容器中的水，引起水温上升。 (2)电流通过浸在液体中的电阻丝，由电流的热效应给液体加热，使液体温度上升。 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。 4．内能：任何一个热力学系统必定存在一个只依赖于系统自身状态的物理量，这个物理量在两个状态间的差别与外界在绝热过程中对系统所做的功相联系。鉴于功是能量变化的量度，所以这个物理量必定是系统的一种能量，我们把它称为系统的内能。 二、功与内能的改变 1．功与内能的改变 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时，内能的变化量 ΔU＝U2－U1，等于外界对系统所做的功W，即ΔU＝W。 2．理解 (1)ΔU＝W的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。 三、热与内能的改变 1．传热 (1)条件：物体的温度不同。 (2)定义：两个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，热从高温物体传到了低温物体。 2．热和内能的改变 (1)热量是在单纯的传热过程中系统内能变化的量度。 (2)表达式：ΔU＝Q。 (3)传热和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做功是内能与其他形式的能发生转化；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。 判断下列说法是否正确。 (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。　(　　) (5)热量一定从内能多的物体传递给内能少的物体。(　　) (6)传热只能发生在两个物体间，同一物体不能发生传热。　(　　) 答案：(1)×　(2)√　(3)×　(4)√　(5)×　(6)× 知识点一　做功与内能的变化 　 1．如图所示，在有机玻璃筒底放少量浸有乙醚的棉花，迅速压下活塞，观察棉花的变化。 (1)你能看到什么现象？实验现象说明了什么问题？ (2)图中用力按压活塞时为什么一定要迅速？ 2．在焦耳的许多实验中，有两个最具有代表性。一个实验是让重物下落带动叶片搅拌容器中的水，引起水温上升；另一个实验是通过电流的热效应给水加热，使水温度上升。焦耳的这两个实验说明了什么问题？ [提示]　1.(1)可以看到棉花燃烧。实验现象说明压缩空气做功，使空气的内能增大，达到乙醚的燃点后引起棉花燃烧。 (2)迅速按压活塞是为了减少传热，创造一个绝热条件。 2．做功和传热对改变物体的内能是等效的。 1．内能与内能变化 (1)物体的内能是指物体内所有分子热运动的动能和分子间的势能之和。 (2)当物体温度变化时，分子平均动能变化；物体体积变化时，分子势能发生变化，即物体的内能是由它的状态决定的，且物体的内能变化只由初、末状态决定，与中间过程及方式无关。 2．做功与内能变化的关系 (1)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。 (2)在绝热过程中，外界对物体做多少功，就有多少其他形式的能转化为内能，物体的内能就增加多少。 3．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，做功一定能引起内能的变化。 (3)物体的内能大，并不意味着做功多。在绝热过程中，只有内能变化较大时，才对应着做功较多。 　(1)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外放热，以及向外放热的多少。 (2)在绝热过程中，系统内能的增加量等于外界对系统所做的功。 　把浸有乙醚的一小块棉花放在厚玻璃筒内底部，当迅速向下压活塞时，能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 [解析]　当迅速用力压活塞时，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。当空气温度达到乙醚的着火点时，筒内棉花就会燃烧起来。 [答案]　A 　如图所示，一定质量的理想气体密封在绝热(即与外界不发生热交换)容器中，容器内装有一个可以活动的绝热活塞。现对活塞施以一个竖直向下的压力F，使活塞缓慢向下移动一段距离后，气体的体积减小。若忽略活塞与容器壁间的摩擦，则被密封的气体(　　) A．温度升高，压强增大，内能减少 B．温度降低，压强增大，内能减少 C．温度升高，压强增大，内能增加 D．温度降低，压强减小，内能增加 [解析]　压力F通过活塞对密闭的理想气体做正功，容器及活塞绝热，则Q＝0，由功和内能的关系知理想气体内能增加，温度T升高，再根据＝C可知，体积V减小，则压强p增大，C正确。 [答案]　C 知识点二　热量和内能的变化 　 某同学做了一个小实验：先把空的锥形瓶放入冰箱冷冻，一小时后取出锥形瓶，并迅速把一个气球紧密地套在瓶颈上，然后将锥形瓶放进盛满热水的水槽里，气球逐渐膨胀起来。 (1)锥形瓶内气体的内能增加了还是减少了？ (2)请解释气球膨胀的原因。 [提示]　(1)增加了。 (2)由于热水的温度较高，将锥形瓶放进盛满热水的水槽里，锥形瓶内气体吸收了热水的热量，内能增加，温度升高，体积增大，所以气球逐渐膨胀起来。 1．传热 (1)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，叫作传热。 (2)传热的三种方式：热传导、热对流和热辐射。 2．传热的实质 传热实质上传递的是能量，结果是改变了系统的内能。传递能量的多少用热量来量度。 3．热量与内能的改变 (1)在单纯传热中，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)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放＝－ΔU。 4．传热的方向性 热量会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，不会自发地从低温物体传递到高温物体或从物体的低温部分传递到高温部分。 5．改变内能的两种方式 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 物体吸收热量，内能增加；物体放出热量，内能减少 续　表 项目 做功 传热 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的不同部分之间内能的转移 相互 联系 做一定量的功和传递相同量的热量在改变内能的效果上是相同的 角度1　传热 　下列生活实例中通过传热改变物体内能的是(　　) A．野外生存中利用钻木取火 B．暖手宝可以使手变得暖和 C．搓搓手可以让手变得暖和 D．铁钉被锤子敲打后会升温 [解析]　野外生存中利用钻木取火是做功改变内能，A错误；暖手宝可以使手变得暖和是传热改变内能，B正确；搓搓手可以让手变得暖和是做功改变内能，C错误；铁钉被锤子敲打后会升温是做功改变内能，D错误。 [答案]　B 　图为利用钨锅炼铁的场景。若铁的质量大于钨锅的质量，起始时铁的温度比钨锅的温度低，当它们接触在一起时，忽略它们和外界交换的能量，下列说法正确的是(　　) A．达到热平衡时，钨锅的温度比铁的低 B．传热的过程中，铁从钨锅吸收热量 C．达到热平衡时，钨锅内能的减少量小于铁内能的增加量 D．达到热平衡时，由于铁的质量大于钨锅的质量，钨锅内能的减少量大于铁内能的增加量 [解析]　达到热平衡时，钨锅的温度和铁的温度相同，故A错误；传热的过程中，铁从钨锅吸收热量，故B正确；传热过程是内能转移的过程，忽略它们和外界交换的能量，达到热平衡时，钨锅内能的减少量等于铁内能的增加量，故C、D错误。 [答案]　B 角度2　做功、热量和内能 　对于热量、功和内能三个物理量，下列说法正确的是(　　) A．热量和功与过程有关，而内能与状态有关 B．热量、功和内能的物理意义相同 C．热量和功都可以作为内能的量度 D．内能大的物体具有的热量多 [解析]　热量和功是过程量，与过程有关，而内能是状态量，与状态有关，故A正确；热量、功和内能是三个不同的物理量，它们的物理意义不同，热量反映了物体内能的变化量多少，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，故B错误；做功与热传递是改变内能的两种方式，都可以作为内能变化的量度，而不是作为内能的量度，故C错误；热量是过程量，不是状态量，不能说内能大的物体具有的热量多，故D错误。 [答案]　A 角度3　做功、传热和内能变化的关系 　(多选)下列说法正确的是(　　) A．做功和传热是改变物体内能的两种本质不同的物理过程，做功是其他形式的能和内能之间的转化，传热是物体内能的转移 B．外界对物体做功，物体的内能一定增大 C．物体向外界放热，物体的内能一定增大 D．物体内能发生了改变，可能是做功引起的，也可能是传热引起的，还可能是两者共同引起的 [解析]　做功和传热改变物体内能的本质不同，因为做功的过程是不同形式的能相互转化的过程，而传热是同种形式的能量(内能)在不同的物体之间或一个物体不同的部分之间传递或转移，A正确；物体内能的变化取决于做功和传热两种途径，单就一个方面的改变不足以断定其内能的变化情况，B、C错误，D正确。 [答案]　AD 1．(做功与内能的变化)(多选)在以下事例中，通过做功的方式来改变物体内能的是(　　) A．两小球碰撞后粘合起来，同时温度升高 B．冬天，暖气为房间供暖 C．点燃的爆竹在空中爆炸 D．汽车的车轮与地面相互摩擦发热 解析：选ACD。改变内能的方式有两种：做功和传热。做功的实质是能量的转化过程，做功的过程中能量的形式发生改变；传热是内能的转移，能量的形式不发生变化。两小球碰撞后粘在一起，温度升高，是机械能转化为内能，是利用做功的方式改变物体的内能，故A正确；暖气为房间供暖，是通过传热的方式来改变物体的内能，故B错误；点燃的爆竹在空中爆炸，是化学能转化为内能，属于做功改变物体的内能，故C正确；车轮与地面摩擦生热，是机械能转化为内能，属于做功改变物体的内能，故D正确。 2．(做功与内能的变化)(多选)下列改变物体内能的方法，属于做功方式的是(　　) A．冷物体接触热物体后变热 B．锯木头时，锯条发热 C．电流通过电炉丝，电炉丝发热 D．物体在火炉旁被烤热 解析：选BC。冷物体接触热物体后变热是通过传热改变物体内能，A错误；锯木头时，锯条克服摩擦力做功，锯条发热，B正确；电流通过电炉丝时，电流做功，电炉丝发热，C正确；物体在火炉旁被烤热是通过传热改变物体内能，D错误。 3．(传热与内能的变化)下列例子中通过热传递改变物体内能的是　(　　) A．感到手冷时，搓搓手就会觉得暖和些 B．擦火柴时，火柴头上的红磷温度升高到红磷的燃点，火柴燃烧起来 C．物体在阳光照射下温度升高 D．反复弯折一根铁丝，弯折的部分温度升高 解析：选C。物体在阳光照射下温度升高是通过热传递的方式来改变物体内能，搓手取暖、擦火柴以及反复弯折铁丝均是通过做功改变物体内能。 4．(做功、热量和内能)(多选)关于物体的内能，下列说法正确的是(　　) A．夏天从室内冰箱里取一杯水去晒太阳，一段时间后，水的温度升高，这是通过热传递的方式改变物体的内能 B．热传递可以改变物体的内能 C．做功可以改变物体的内能 D．一块0 ℃的冰熔化成0 ℃的水，内能减小 解析：选ABC。晒太阳使温度较低的水升温，是通过热传递的方式改变物体的内能，故A正确；物体吸收热量，内能增大，放出热量，内能减小，所以热传递可以改变物体的内能，故B正确；物体对外做功，物体的内能减小，外界对物体做功，物体的内能增大，所以做功可以改变物体的内能，故C正确；冰熔化成水，吸收热量，内能增大，故D错误。 学科网（北京）股份有限公司 $