第3章 第1节-第2节 第1课时 功、热量与内能（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（鲁科版）

本讲义聚焦热力学第一定律与能量守恒定律核心知识点，系统梳理功和内能、热和内能的关系，进而构建热力学第一定律（ΔU=W+Q），延伸至第一类永动机不可能制成的原因，最终拓展到能量守恒定律及其应用，形成从具体到普遍的知识支架。 通过“压缩乙醚棉花燃烧”等实验探究、做功与热传递对比表格等设计，培养学生科学探究能力与科学思维，强化能量观念。课中助力教师引导学生直观理解概念，课后通过判断题、例题帮助学生巩固知识，查漏补缺。

第1节　热力学第一定律 第2节　能量的转化与守恒 1．知道热力学第一定律，会利用热力学第一定律进行分析和计算。　2.了解热力学第一定律的发现过程。　3.知道第一类永动机及其不可能制成的原因。　4.理解能量守恒定律，能用能量守恒的观点解释自然现象。　5.体会能量守恒定律是最基本最普遍的自然规律之一。 一、功、热量与内能 1．功和内能的关系：如果一个物体既不吸热也不放热，当外界对它做功时，物体内能增加，且增加量等于外界做的功；当物体对外界做功时，物体内能减少，且减少量等于物体做的功。 2．热和内能的关系：如果一个物体既不对外界做功，外界也不对它做功，那么当物体从外界吸热时，物体内能增加，其增加量等于吸收的热量；当物体向外放热时，物体内能减少，其减少量等于放出的热量。 3．热力学第一定律：如果物体与外界之间同时存在做功和热传递的过程，那么物体内能的改变量ΔU等于外界对物体所做的功W与物体从外界吸收的热量Q之和，ΔU＝W＋Q。 二、第一类永动机 1．第一类永动机：历史上，有人幻想设计一种不消耗任何能量而能永远对外做功的机器，这类机器通常称为第一类永动机。 2．第一类永动机是不可能实现的。 三、能量守恒定律的发现 1．迈尔的发现：从理论上具体论证了机械能、内能、化学能、电磁能可以相互转化，提出了物理、化学过程中能量守恒的思想。 2．焦耳的研究：通过实验得出了焦耳定律，给出了电能向内能转化的定量关系，为发现普遍的能量守恒定律打下基础。 3．亥姆霍兹的贡献：系统地阐述了能量守恒原理，从理论上把力学中的能量守恒原理推广到热、光、电、磁、化学反应等过程，揭示了它们之间的统一性，将能量守恒原理与永动机不可能实现联系起来。 四、能量守恒定律及其应用 1．能量守恒定律 能量既不会消失，也不会创生，它只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到其他物体，而能量的总值保持不变。 2．能量守恒定律的意义 (1)各种形式的能可以转化。 (2)各种物理现象可以用能量守恒定律联系在一起。 (3)热力学第一定律就是能量守恒定律在热现象领域内的具体体现。 判断下列说法是否正确。 (1)某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加。(　　) (2)能量既可以转移又可以转化，故能的总量是可以变化的。(　　) (3)违背能量守恒定律的过程是不可能发生的。(　　) (4)ΔU＝W＋Q，该式表示的是功、热量跟内能改变之间的定量关系，在物理学中叫作热力学第一定律。(　　) (5)永动机不能制成，因为它违背了能的转化和守恒定律。(　　) 提示：(1)√　(2)×　(3)√　(4)√　(5)√ 第1课时　功、热量与内能 知识点一　做功与内能的变化 1.如图，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。焦耳的这两个实验各是什么形式的能转化为系统的内能？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热传递，创造一个绝热条件。 2．题图1中，物体下落，减少的重力势能转化为水的内能；题图2中，重物带动发电机工作，将机械能转化为电能，发电机工作，将电能转化为液体的内能。做功和热传递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)转化为内能的过程。 (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，容器内装有一可以活动的绝热活塞。今对活塞施以一竖直向下的压力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]　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，体积V减小，压强p增大，故选C。 [答案]　C 知识点二　做功、热量和内能 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．热传递 (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的过程，叫作热传递。 (2)热传递的三种方式：热传导、热对流和热辐射。 2．热传递的实质 热传递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)在单纯的热传递中，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)在单纯的热传递中，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．改变内能的两种方式 比较项目 做功 热传递 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 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　热传递 　下列生活实例中通过热传递改变物体内能的是(　　) 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热传递改变内能，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．热传递的过程中，铁块从钨锅吸收热量 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，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；热传递的过程中，铁块从钨锅吸收热量，故B正确；热传递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、热传递和内能变化的关系 　(多选)下列说法正确的是(　　) A．做功和热传递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，热传递是物体内能的转移 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，也可能是热传递引起的，还可能是两者共同引起的 [解析]　做功和热传递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，而热传递是同种形式的能量(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热传递两种途径，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 　(2025·河北卷，T2)某同学将一充气皮球遗忘在操场上，找到时发现因太阳曝晒皮球温度升高，体积变大。在此过程中若皮球未漏气，则皮球内封闭气体(　　) A．对外做功 B．向外界传递热量 C．分子的数密度增大 D．每个分子的速率都增大 [解析]　皮球体积变大，气体膨胀，对外界做功，故A正确；太阳暴晒使气体温度升高，是外界对气体传热(气体吸热)，而非气体向外界传递热量，故B错误；皮球未漏气，分子总数不变，体积变大，分子的数密度减小，故C错误；温度升高，分子平均动能增大，但并非每个分子速率都增大，只是“平均”情况，故D错误。 [答案]　A 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．两小球碰撞后黏合起来，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：做功和热传递。做功的实质是能量转化的过程，做功的过程中能量的形式发生改变；热传递是内能的转移，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，是通过热传递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热传递改变物体内能，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热传递改变物体内能，D错误。 3．(热传递与内能的变化)下列情况中通过热传递改变物体内能的是(　　) A．在火炉上烧开一壶水 B．柴油机的压缩冲程 C．用锯子锯木头，锯条会发热 D．用砂轮磨刀，刀具会变热 解析：选A。在火炉上烧开一壶水，火的内能传递给水，属于热传递改变物体的内能，故A正确；柴油机的压缩冲程，是做功改变气缸内气体的内能，故B错误；锯木头时摩擦生热，锯条发烫，属于做功改变物体的内能，故C错误；用砂轮磨刀，刀具会变热，属于摩擦生热，将机械能转化为内能，是通过做功的方式使刀具的内能增加，故D错误。 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 $