3.1 功、热和内能的改变（高效培优讲义）物理人教版选择性必修第三册

1.功、热和内能的改变 【题型导航】 【重难题型讲解】 1 题型1 焦耳的实验 1 题型2 功与内能的改变 4 题型3 热与内能的改变 7 【能力培优练】 10 【重难题型讲解】 题型1 焦耳的实验 1、绝热过程：系统只由于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）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。 4、内能：任何一个热力学系统都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。 【探究归纳】焦耳通过重物下落带动叶片搅拌绝热容器中的水，将机械能转化为内能，定量证明了做功与热量的等效关系，为热力学第一定律奠定了实验基础。 【典例1-1】下列有关焦耳及焦耳实验的说法中正确的有（　　） 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．焦耳实验中用到的容器可以用普通玻璃杯代替 C．焦耳实验中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 【答案】D 【详解】A．焦耳是英国物理学家，故A错误； BC．实验的研究对象是容器及其中的水组成的绝热系统，普通玻璃杯达不到绝热要求，故BC错误； D．要使水及容器升高相同的温度即内能增加相同，则做功必须相同，故D正确。 故选D。 【典例1-2】（多选）某同学做了如下实验：先把空烧瓶放入冰箱冷冻，取出后迅速用一个气球紧套在烧瓶颈上，再将烧瓶放进盛满热水的烧杯里，气球膨胀起来，如图所示，与烧瓶放进热水前相比，放进热水后密闭气体的（　　） A．内能减小 B．分子平均动能增大 C．分子对烧瓶底的平均作用力变大 D．体积是所有气体分子的体积之和 【答案】BC 【详解】A．由于热水的温度较高，将烧瓶放进盛满热水的烧杯里，烧瓶和气球内气体吸收热量，温度升高，内能增大，故A错误； B．由于温度升高，所以分子的平均动能增大，故B正确； C．由于外界压强不变，气球膨胀，内部气体对气球膜的压力增大，内部气体压强增大，分子对烧瓶底的平均作用力增大，故C正确； D．气体分子体积很小，对应的气体体积大于所有分子体积之和，故D错误。 故选BC。 跟踪训练1关于内能，以下说法正确的是（　　） A．做功和热传递在改变物体内能的效果上是等效的 B．只要物体的温度不变，它的内能就不变 C．每个分子的内能等于这个分子的势能和动能的总和 D．焦耳通过大量实验提出了热和能的当量关系 【答案】A 【详解】A．做功和热传递在改变物体内能的实质不同，但效果上是等效的，故A正确； B．内能是物体内所有分子的动能和分子势能的总和，宏观上取决于温度和体积，物体温度不变，但体积变化导致分子势能发生变化，那么物体的内能就要变化，故B错误； C．内能是一个宏观量，是物体内所有分子的动能和分子势能的总和，故C错误； D．焦耳通过大量实验提出了热和功的当量关系，故D错误。 故选A。 跟踪训练2（多选）如图为焦耳实验装置示意图，用绝热性能良好的材料制作容器，重物下落时带动叶片转动，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．该装置可测定做功和内能变化的关系 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 【详解】A．该实验测定做功和内能变化的关系，故A正确； C．该实验是绝热过程，没有热传递，水内能的改变是由于做功，故C正确； BD．做功表示能量的转化，而热量表示热传递中内能的转移，二者有区别，故选项BD错误。 故选AC。 跟踪训练3焦耳的实验 （1）绝热过程：系统不从外界___________，也不向外界___________的过程。 （2）代表性实验 ①重物下落时带动叶片转动，搅拌容器中的水，水由于摩擦而温度___________ ②通过电流的___________给液体加热。 （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___________两个状态决定，不依赖于做功的具体过程和方式。 （4）内能：只依赖于热力学系统___________的物理量。 【答案】 吸热 放热 升高 热效应 始末 自身状态 【详解】[1][2]绝热过程指系统既不从外界吸热也不向外界放热的过程。 [3]重物下落过程中，搅拌容器中的水，水由于摩擦温度会升高，机械能转化为内能。 [4]电流的热效应会给液体加热，电能转化为内能。 [5]当隔绝外界热量变化的过程时，外界对系统做的功仅由过程的始末两个状态决定，不依赖于做功的形式及其具体过程。 [6]内能是指只依赖于热力学系统自身状态的物理量。 题型2 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。 ★特别提醒 在热力学系统的绝热过程中，外界对系统所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。 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、做功与内能变化的关系：只有物体对外界做功时，内能减小；只有外界对物体做功时，内能增大．既：做功使其它形式能和内能相互转化。 （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，外界对物体做功，则W>0；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;物体对外界做功，则W<0；物体对外界做多少功，就有多少内能转化为其他形式的能，物体的内能就减少多少。 【探究归纳】对系统做功可以改变系统的内能，做功是内能与其他形式能相互转化的过程。 【典例2-1】关于内能，有以下四个观点，你认为正确的是（　　） ①热机在做功冲程中内能转化为机械能 ②物体温度越低，内能越小，所以的物体没有内能 ③两物体相互接触时，热量总是从内能大的物体转移到内能小的物体 ④改变物体内能的方法有很多，但本质上只有做功和热传递两种方式 A．①② B．②③ C．①④ D．③④ 【答案】C 【详解】①热机在做功冲程中，高温高压的燃气推动活塞做功，将内能转化为机械能，故①正确； ②内能是物体内所有分子热运动的动能和分子势能的总和，任何温度的物体都有内能，0℃的物体仍有内能，故②错误； ③热量传递的方向由温度差决定，总是从高温物体传递到低温物体，而非内能大的物体传递到内能小的物体，故③错误； ④改变内能的方式本质只有做功和热传递，其他方法（如摩擦生热）属于做功的范畴，故④正确。 故选C。 【典例2-2】（多选）如图所示，水平面上有一个导热汽缸，用一定质量的活塞密封一定质量的理想气体，不计活塞与气缸的摩擦，当环境温度缓慢升高时，下列说法正确的是（　　） A．气缸内的气体压强增大 B．理想气体对外做功 C．理想气体的内能减小 D．气缸壁上单位面积单位时间撞击的分子数减少 【答案】BD 【详解】A．环境温度缓慢升高且不计活塞与气缸的摩擦，对活塞受力分析可知，气体压强不变，故A错误； B．压强不变，温度升高，体积增加，气体对外做功，故B正确； C．一定质量的理想气体的内能只跟温度有关，温度升高，内能增加，故C错误； D．温度升高，气体分子的平均动能增加，每个分子撞击器壁的平均力增大，而压强不变，根据压强的微观解释可知单位面积单位时间撞击器壁的分子数减少，故D正确。 故选BD。 跟踪训练1如图所示的实验装置中，把浸有乙醚的一小块棉花放在厚玻璃筒内底部，当很快向下压活塞时，由于被压缩的气体骤然变热，温度升高达到乙醚的燃点，使浸有乙醚的棉花燃烧起来，此实验的目的是要说明对物体（　　） A．做功可以增加物体的热量 B．做功可以改变物体的内能 C．做功一定会升高物体的温度 D．做功一定可以使物态发生变化 【答案】B 【详解】当用力压活塞时，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，当达到乙醚着火点时，筒内棉花就会燃烧起来，此实验说明了：外界对物体做功，物体的内能增加。 故选B。 跟踪训练2（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 【答案】ACD 【详解】A．改变内能的方式有两种：做功和热传递。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；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； B．冬天暖气为房间供暖，是通过热传递的方式来改变物体内能的，故B错误； C．点燃的爆竹在空中爆炸，是化学能转化为了内能，能量的形式发生了变化，属做功改变物体的内能，故C正确； D．车轮与地面摩擦生热，是机械能转化为内能，属做功改变物体的内能，故D正确。 故选ACD。 跟踪训练3一定质量的理想气体，从初始状态经状态、、再回到状态，其体积与温度的关系如图所示。图中、和为已知量，从状态到，外界对气体______（填“做正功”、“做负功”或“不做功”）；从状态到的过程中，气体______（填“吸热”或“放热”）；气体在状态时的体积______。 【答案】 不做功 放热 【详解】[1]从状态A到B，气体体积不变，外界对气体不做功； [2]从B到C的过程中，温度不变，则气体的内能不变，体积减小，外界对气体做正功，根据热力学第一定律可知气体放热； [3]从状态D到A，气体经历的是等压过程，根据 解得 题型3 热与内能的改变 1、热传递 （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，热量从高温物体传到了低温物体。 2、热传递的方式：热传导、热对流和热辐射。 （1）热传导：通过物质分子、原子或电子的相互碰撞，将热量从物体温度较高的部分传递到温度较低部分，或从温度较高的物体传递到与之接触的温度较低的物体的过程。 特点：发生在固体、液体、气体中，但在固体中表现最明显（如金属导热性较好）。传递过程中物质本身不发生宏观位移，仅靠粒子的热振动传递能量。 （2）热对流：流体（液体或气体）中，由于温度不同的各部分之间发生相对位移，从而将热量从高温处传递到低温处的过程。 特点：仅发生在流体中，依赖流体的宏观运动（如流动、循环）。可分为自然对流和强制对流： （3）热辐射：物体以电磁波（主要是红外线）的形式向外传递热量的过程，无需介质，可以在真空中进行。 特点：任何温度高于绝对零度（-273.15℃）的物体都会向外辐射热量，温度越高，辐射能力越强。热辐射能直接穿过真空或透明介质，且传递过程中能量以光的速度传播。 一句话总结区别 传导：物体不动，热量 “钻” 过去。 对流：流体动起来，热量 “搬” 过去。 辐射：不借东西，热量 “射” 过去。 3、热和内能 （1）热量：它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）热传递与做功在改变系统内能上的异同 ①做功和热传递都能引起系统内能的改变。 ②做功时是内能与其他形式能的转化；热传递只是不同物体(或一个物体的不同部分)之间内能的转移。 ★特别提醒 （1）我们不能说物体具有多少热量，只能说某一过程中物体吸收或放出了多少热量。 （2）做功和热传递在改变物体内能的效果上是等效的，但改变物理过程（本质）是不同的。 4、热与内能的改变 （1）当系统从状态1经过单纯的传热达到状态2时，内能的变化量ΔU=U2－U1等于外界向系统传递的热量Q，即ΔU=Q。 （2）理解：在单纯的传热过程中，系统从外界吸收热量，则Q≥0，系统从外界吸收了多少热量，系统的内能就增加多少，系统向外界放热，则Q≤0，系统向外界放了多少热量，系统的内能就减少多少。 5、做功和传热在改变物体内能上的区别与联系 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 【探究归纳】热传递通过热量转移改变物体内能，仅发生内能的转移而非转化。 【典例3-1】下列现象中，通过传热的方法来改变物体内能的是（　　） A．打开电灯开关，灯丝的温度升高，内能增加 B．太阳能热水器在阳光照射下，水的温度逐渐升高 C．用磨刀石磨刀时，刀片的温度升高，内能增加 D．打击铁钉，铁钉的温度升高，内能增加 【答案】B 【详解】A．打开电灯开关，灯丝的温度升高，是通过电流做功的方法来改变物体内能的，A错误； B．太阳能热水器中水的内能增加是以传热方式进行的，B正确； C．用磨刀石磨刀时，刀片温度升高，是通过摩擦力做功的方法来改变物体内能的，C错误； D．打击铁钉，铁钉温度升高，是通过做功的方法来改变物体内能的，D错误。 故选B。 【典例3-2】（多选）下列关于传热的说法中正确的是（    ） A．热量是从含热量较多的物体传到含热量较少的物体 B．热量是从温度较高的物体传到温度较低的物体 C．热量是从内能较多的物体传到内能较少的物体 D．热量是传热过程中，物体间内能的转移量 【答案】BD 【详解】A．热量不是状态量，不能说含有或者具有多少热量，故A错误； BC．在传热的过程中热量总是由温度高的物体传递给温度低的物体，故B正确，C错误； D．热量是传热过程中物体内能变化的量度，故D正确。 故选BD。 跟踪训练1下列各事例中是通过热传递改变物体内能的是（   ） A．车床上车刀切削工件后发热 B．用肥皂水淋车刀后车刀降温 C．擦火柴时火柴头温度升高 D．搓搓手就会觉得手发热 【答案】B 【详解】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改变内能的，而用肥皂水淋车刀后车刀降温是通过热传递改变物体内能。 故选B。 跟踪训练2（多选）下列说法中正确的是（    ） 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 【答案】AD 【详解】A．做功和传热改变物体内能的本质不同，因为做功的过程一定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物体不同的部分之间传递或转移，A正确； BCD．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，BC错误，D正确。 故选AD。 跟踪训练3热传递 （1）条件：物体的___________不同。 （2）热传递：热量总是从___________物体向___________物体传递。 【答案】 温度 高温 低温 【详解】（1）[1]物体的温度不同就会发生热传递。 （2）[2][3]热量总是从高温物体向低温物体传递。 【能力培优练】 1．下列例子中通过热传递改变物体内能的是（　　） A．用砂轮磨刀具的时候，刀具的温度升高 B．灼热的火炉使周围物体的温度升高 C．手感到冷时，搓搓手就会觉得暖和些 D．擦火柴时，火柴头上的易燃物质燃烧起来 【答案】B 【详解】A．用砂轮磨刀具的时候，刀具的温度升高，是通过做功的方式改变物体内能，故A不符合题意； B．灼热的火炉使周围物体的温度升高，是通过热传递的方式改变物体内能，故B符合题意； C．手感到冷时，搓搓手就会觉得暖和些，是通过做功的方式改变物体内能，故C不符合题意； D．擦火柴时，火柴头上的易燃物质燃烧起来，是通过做功的方式改变物体内能，故D不符合题意。 故选B。 2．下列说法中正确的是（　　） A．布朗运动就是液体分子的无规则运动 B．当分子间距离增大时，分子的引力和斥力都增大 C．一定质量的0℃的冰融化成0℃的水，其内能没有变化 D．物体的温度越高，分子热运动越剧烈，分子的平均动能越大 【答案】D 【详解】A．布朗运动是液体中悬浮微粒的无规则运动，反映的是液体分子的无规则运动，A错误； B．当分子间距离增大时，分子间的引力和斥力均减小，B错误； C．0℃的并融化为0℃的水要吸热，内能增加，C错误； D．温度是分子平均动能的标志，物体的温度越高，分子热运动越剧烈，分子的平均动能越大，D正确。 故选D。 3．关于香槟瓶被打开的瞬间瓶口附近突然出现一团“白雾”的现象，下列说法正确的是（   ） A．这是瓶内香槟的扩散现象 B．瓶内气体温度升高，蒸发加剧形成的蒸汽 C．瓶内气体对外做功，内能减小，水蒸气凝结为小水珠 D．瓶内气体对外做功等于从周围环境吸收的热量 【答案】C 【详解】A．“白雾”是水蒸气凝结形成的小液滴，为液化现象，并非分子扩散现象（扩散指物质自发从高浓度向低浓度迁移），故A错误； B．瓶内气体在膨胀过程中对外做功，温度降低，而非升高，故蒸发加剧的说法不符合事实，故B错误； C．瓶内高压气体迅速膨胀对外做功，内能减小，温度降低，导致瓶口附近水蒸气凝结成小水珠，形成“白雾”，故C正确； D．此过程为快速膨胀，近似绝热（Q ≈ 0），根据热力学第一定律ΔU = Q－W，内能减小（ΔU < 0），对外做功（W > 0），故W ≠ Q，故D错误。 故选C。 4．如图所示是古人锻造铁器的过程，关于改变物体内能的方式，下列说法正确的是（　　） A．加热和锻打属于传热，淬火属于做功 B．加热属于传热，锻打和淬火属于做功 C．加热和淬火属于传热，锻打属于做功 D．加热和淬火属于做功，锻打属于传热 【答案】C 【详解】用铁锤锻打铁器，铁器会发热，属于做功改变物体内能；用火对铁器加热，铁器从火中吸收热量，把铁器放在水中淬火，铁器向水中放热，所以加热和淬火属于传热改变物体内能。 故选C。 5．下列关于功、内能、热量的描述正确的是（　　） A．机械能为零的物体，内能也一定为零 B．热量总是从内能大的物体向内能小的物体传递 C．做功和热传递都能改变物体的内能 D．物体的内能增大，温度一定升高 【答案】C 【详解】A．机械能是物体的动能和势能之和与宏观运动、位置相关；内能是物体内部分子热运动的动能和分子势能之和与微观分子运动相关。机械能为零时，分子仍在永不停息地做无规则热运动，内能不可能为零，A错误； B．热量传递方向由温度差决定，而非内能大小。例如高温小物体可能传热给低温大物体，后者内能更大，B错误； C．做功（如摩擦生热）和热传递（如加热）均可改变内能，二者等效，C正确； D．内能增大时，温度可能不变，例如冰吸热融化，内能增加，变为冰水混合物，但温度仍保持为，温度没有升高，D错误。 故选C。 6．关于分子动理论和物体的内能，下列说法中正确的是（   ） A．液体分子的无规则运动称为布朗运动 B．温度是物体分子热运动平均动能的标志 C．物体从外界吸收热量，其内能一定增加 D．改变物体内能的方式有做功和热传递，它们的本质是相同的 【答案】B 【详解】A．布朗运动是悬浮在液体中的固体小颗粒受到液体分子无规则的撞击而产生的无规则运动，反映了液体分子无规则运动，A错误； B．温度是物体分子热运动平均动能的标志，B正确； C．改变内能的方式有做功和热传递，所以从外界吸收能量，没有说明是否还对外做功，内能不一定增加，C错误； D．两种方式在改变内能的效果上是相同的，但本质不同，做功是通过能量间的转化来实现内能的变化，热传递是通过能量的转移实现内能变化，D错误。 故选B。 7．某大型客机在空中飞行时，机外温度为-23℃，气压为。引气系统每秒从机外吸入7.5m³空气，注入压强为0.8p0，温度为27℃的客舱中。将空气视为理想气体，T=t+273K，则（　　） A．空气进入客舱后内能变小 B．空气进入客舱后内能不变 C．为维持客舱内气体状态稳定，每秒应排出的客舱内空气的体积为 D．为维持客舱内气体状态稳定，每秒应排出的客舱内空气的体积为 【答案】D 【详解】AB．理想气体内能由温度决定，空气进入客舱前温度 进入客舱后温度 温度升高，内能增大，A错误，B错误； CD．为维持客舱状态稳定，每秒注入的空气质量等于每秒排出的空气质量，即物质的量相等。由理想气体状态方程，在质量不变时为定值，则 代入数据解得 C错误，D正确； 故选D。 8．两物体接触后发生了热传递，说法正确的是（　　） A．内能大的物体向内能小的物体传递热量 B．密度大的物体向密度小的物体传递热量 C．含热量多的物体向含热量少的物体传递 D．分子平均动能大的物体向分子平均动能小的物体传递 【答案】D 【详解】热传递时是热量从温度高的物体传向温度低的物体，而温度是平均动能大小的标志，温度越高，分子平均动能越大。因此两物体接触后发生了热传递时，是分子平均动能大的物体向分子平均动能小的物体传递。选项D正确，ABC错误。 故选D。 9．关于物体的内能，下列说法中正确的是（　　） A．一切物体都具有内能 B．物体的内能增加，温度不一定升高 C．0℃时物体没有内能 D．物体内能增加，一定吸收了热量 【答案】AB 【详解】AC．一切物体都由分子组成，分子间有作用力，分子在做永不停息的无规则运动，所以一切物体的分子都具有分子动能，而物体的内能包括分子动能和分子势能，所以一切物体都具有内能，A正确，C错误； B．物体的内能增加，温度不一定升高，如晶体熔化时吸收热量，内能增加，温度不变，B正确； D．改变物体的内能有两种方式：做功和热传递，物体内能增加，可能是吸收了热量，也可能是外界对物体做了功，D错误。 故选AB。 10．下列关于系统的内能的说法正确的是（　　） A．系统的内能是由系统的状态决定的 B．分子动理论中引入的系统内能和热力学中引入的系统内能是一致的 C．做功可以改变系统的内能，但单纯地对系统传热不能改变系统的内能 D．气体在大气中做绝热膨胀时做了功，但气体的内能不变 【答案】AB 【详解】A．系统的内能是一个只依赖于系统自身状态的物理量，由系统的状态决定，A正确； B．因为内能是由系统的状态决定的，所以分子动理论中引入的内能和热力学中引入的内能是一致的，B正确； C．做功和传热都可以改变系统的内能，C错误； D．气体做绝热膨胀时对外界做了功，且与外界没有热交换，所以系统的内能要减少，故D错误。 故选AB。 11．夏季，长春市的天气温差比较大，充足气的车胎经过正午阳光的暴晒容易爆胎。若车胎内的气体可视为理想气体，爆胎前车胎内气体体积及质量均不变，爆胎过程时间极短。关于车胎内的气体，下列说法正确的是（　　） A．爆胎前随着气温的升高，车胎内气体压强增大 B．爆胎前随着气温的升高，车胎内气体吸收热量，内能增大 C．爆胎过程中，车胎内气体对外做功，内能减小 D．爆胎过程中，车胎内气体分子平均动能不变 【答案】ABC 【详解】AB．爆胎前气体体积不变，温度升高时，车胎内气体吸收热量，压强增大，内能增大，故AB正确； CD．爆胎过程时间极短，气体来不及与外界热交换，其体积膨胀对外做功，则气体内能减小，温度降低，气体分子平均动能减小，故C正确，D错误。 故选ABC。 12．将一端封闭的玻璃管迅速插入水银槽中某一深度，玻璃管内气体可看作理想气体，外界大气压和温度均保持不变。下列说法中正确的是（　　） A．插入过程中玻璃管中单位体积中气体分子的个数增加 B．插入过程中玻璃管中每个气体分子热运动的动能都增加 C．插入过程中玻璃管内气体的内能增大 D．插入后的一段时间内气体从外界吸收热量 【答案】AC 【详解】A．将玻璃管迅速插入水银槽的过程中，气体体积减小，外界对玻璃管内的气体做功，而玻璃管来不及放热，所以玻璃管内封闭气体内能增加，气体温度升高，此后一段时间玻璃管内气体向外散热，封闭气体最终与外界大气温度相同，因为封闭气体的体积减小，所以单位体积内气体分子的个数增加，故A正确； BC．插入过程中封闭气体的内能增大，温度升高，封闭气体的内能增大，封闭气体的平均动能增大，但不一定每个气体分子热运动的动能都增大，故B错误，C正确； D．插入结束后的一段时间内封闭气体的温度降低，内能减小，即 同时气体体积略微减小，外界继续对封闭气体做正功，即 根据热力学第一定律 可知封闭气体向外散热，故D错误。 故选AC。 13．如图所示，A、B两装置均由一支一端封闭、一端开口且带有玻璃泡的管状容器和水银槽组成，除玻璃泡在管上的位置不同外，其他条件都相同。将两管抽成真空后，开口向下竖直插入水银槽中（插入过程没有空气进入管内），水银柱上升至图示位置停止。假设这一过程水银与外界没有热交换，则下列说法正确的是（　　） A．A中水银的内能增量大于B中水银的内能增量 B．A管内水银的重力势能大于B管的 C．B中水银的内能增量大于A中水银的内能增量 D．A和B中水银体积保持不变，故内能增量相同 【答案】BC 【详解】两种情况下大气压对水银槽内的水银做相同的功，因为玻璃管内吸进的水银一样多，所以水银槽内的液面下降相同的高度，外界大气压力对水银做功，使水银进入试管内，大气压力对水银做的功一部分增加了管内水银的重力势能，另一部分增加了水银的内能；由于A管中的水银重心高，故A管中水银的重力势能增量大，则A管中水银内能的增量小，即B中水银的内能增量大于A中水银的内能增量。 故选BC。 14．各种方法使物体的内能发生改变：a.电炉通电后发热；b.一杯开水放在桌面上冷却；c.阳光照射下冰块融化；d.锯木头时，锯片发烫；e.人坐在火炉旁取暖；f.用打气筒给自行车轮胎打气后，打气筒变热．其中属于做功使物体内能改变的是________；属于热传递使物体内能改变的是________． 【答案】adf bce / 学科网（北京）股份有限公司 $ 1.功、热和内能的改变 【题型导航】 【重难题型讲解】 1 题型1 焦耳的实验 1 题型2 功与内能的改变 3 题型3 热与内能的改变 5 【能力培优练】 7 【重难题型讲解】 题型1 焦耳的实验 1、绝热过程：系统只由于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）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。 4、内能：任何一个热力学系统都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。 【探究归纳】焦耳通过重物下落带动叶片搅拌绝热容器中的水，将机械能转化为内能，定量证明了做功与热量的等效关系，为热力学第一定律奠定了实验基础。 【典例1-1】下列有关焦耳及焦耳实验的说法中正确的有（　　） 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．焦耳实验中用到的容器可以用普通玻璃杯代替 C．焦耳实验中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 【典例1-2】（多选）某同学做了如下实验：先把空烧瓶放入冰箱冷冻，取出后迅速用一个气球紧套在烧瓶颈上，再将烧瓶放进盛满热水的烧杯里，气球膨胀起来，如图所示，与烧瓶放进热水前相比，放进热水后密闭气体的（　　） A．内能减小 B．分子平均动能增大 C．分子对烧瓶底的平均作用力变大 D．体积是所有气体分子的体积之和 跟踪训练1关于内能，以下说法正确的是（　　） A．做功和热传递在改变物体内能的效果上是等效的 B．只要物体的温度不变，它的内能就不变 C．每个分子的内能等于这个分子的势能和动能的总和 D．焦耳通过大量实验提出了热和能的当量关系 跟踪训练2（多选）如图为焦耳实验装置示意图，用绝热性能良好的材料制作容器，重物下落时带动叶片转动，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．该装置可测定做功和内能变化的关系 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 跟踪训练3焦耳的实验 （1）绝热过程：系统不从外界___________，也不向外界___________的过程。 （2）代表性实验 ①重物下落时带动叶片转动，搅拌容器中的水，水由于摩擦而温度___________ ②通过电流的___________给液体加热。 （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___________两个状态决定，不依赖于做功的具体过程和方式。 （4）内能：只依赖于热力学系统___________的物理量。 题型2 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。 ★特别提醒 在热力学系统的绝热过程中，外界对系统所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。 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、做功与内能变化的关系：只有物体对外界做功时，内能减小；只有外界对物体做功时，内能增大．既：做功使其它形式能和内能相互转化。 （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，外界对物体做功，则W>0；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;物体对外界做功，则W<0；物体对外界做多少功，就有多少内能转化为其他形式的能，物体的内能就减少多少。 【探究归纳】对系统做功可以改变系统的内能，做功是内能与其他形式能相互转化的过程。 【典例2-1】关于内能，有以下四个观点，你认为正确的是（　　） ①热机在做功冲程中内能转化为机械能 ②物体温度越低，内能越小，所以的物体没有内能 ③两物体相互接触时，热量总是从内能大的物体转移到内能小的物体 ④改变物体内能的方法有很多，但本质上只有做功和热传递两种方式 A．①② B．②③ C．①④ D．③④ 【典例2-2】（多选）如图所示，水平面上有一个导热汽缸，用一定质量的活塞密封一定质量的理想气体，不计活塞与气缸的摩擦，当环境温度缓慢升高时，下列说法正确的是（　　） A．气缸内的气体压强增大 B．理想气体对外做功 C．理想气体的内能减小 D．气缸壁上单位面积单位时间撞击的分子数减少 跟踪训练1如图所示的实验装置中，把浸有乙醚的一小块棉花放在厚玻璃筒内底部，当很快向下压活塞时，由于被压缩的气体骤然变热，温度升高达到乙醚的燃点，使浸有乙醚的棉花燃烧起来，此实验的目的是要说明对物体（　　） A．做功可以增加物体的热量 B．做功可以改变物体的内能 C．做功一定会升高物体的温度 D．做功一定可以使物态发生变化 跟踪训练2（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 跟踪训练3一定质量的理想气体，从初始状态经状态、、再回到状态，其体积与温度的关系如图所示。图中、和为已知量，从状态到，外界对气体______（填“做正功”、“做负功”或“不做功”）；从状态到的过程中，气体______（填“吸热”或“放热”）；气体在状态时的体积______。 题型3 热与内能的改变 1、热传递 （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，热量从高温物体传到了低温物体。 2、热传递的方式：热传导、热对流和热辐射。 （1）热传导：通过物质分子、原子或电子的相互碰撞，将热量从物体温度较高的部分传递到温度较低部分，或从温度较高的物体传递到与之接触的温度较低的物体的过程。 特点：发生在固体、液体、气体中，但在固体中表现最明显（如金属导热性较好）。传递过程中物质本身不发生宏观位移，仅靠粒子的热振动传递能量。 （2）热对流：流体（液体或气体）中，由于温度不同的各部分之间发生相对位移，从而将热量从高温处传递到低温处的过程。 特点：仅发生在流体中，依赖流体的宏观运动（如流动、循环）。可分为自然对流和强制对流： （3）热辐射：物体以电磁波（主要是红外线）的形式向外传递热量的过程，无需介质，可以在真空中进行。 特点：任何温度高于绝对零度（-273.15℃）的物体都会向外辐射热量，温度越高，辐射能力越强。热辐射能直接穿过真空或透明介质，且传递过程中能量以光的速度传播。 一句话总结区别 传导：物体不动，热量 “钻” 过去。 对流：流体动起来，热量 “搬” 过去。 辐射：不借东西，热量 “射” 过去。 3、热和内能 （1）热量：它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）热传递与做功在改变系统内能上的异同 ①做功和热传递都能引起系统内能的改变。 ②做功时是内能与其他形式能的转化；热传递只是不同物体(或一个物体的不同部分)之间内能的转移。 ★特别提醒 （1）我们不能说物体具有多少热量，只能说某一过程中物体吸收或放出了多少热量。 （2）做功和热传递在改变物体内能的效果上是等效的，但改变物理过程（本质）是不同的。 4、热与内能的改变 （1）当系统从状态1经过单纯的传热达到状态2时，内能的变化量ΔU=U2－U1等于外界向系统传递的热量Q，即ΔU=Q。 （2）理解：在单纯的传热过程中，系统从外界吸收热量，则Q≥0，系统从外界吸收了多少热量，系统的内能就增加多少，系统向外界放热，则Q≤0，系统向外界放了多少热量，系统的内能就减少多少。 5、做功和传热在改变物体内能上的区别与联系 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 【探究归纳】热传递通过热量转移改变物体内能，仅发生内能的转移而非转化。 【典例3-1】下列现象中，通过传热的方法来改变物体内能的是（　　） A．打开电灯开关，灯丝的温度升高，内能增加 B．太阳能热水器在阳光照射下，水的温度逐渐升高 C．用磨刀石磨刀时，刀片的温度升高，内能增加 D．打击铁钉，铁钉的温度升高，内能增加 【典例3-2】（多选）下列关于传热的说法中正确的是（    ） A．热量是从含热量较多的物体传到含热量较少的物体 B．热量是从温度较高的物体传到温度较低的物体 C．热量是从内能较多的物体传到内能较少的物体 D．热量是传热过程中，物体间内能的转移量 跟踪训练1下列各事例中是通过热传递改变物体内能的是（   ） A．车床上车刀切削工件后发热 B．用肥皂水淋车刀后车刀降温 C．擦火柴时火柴头温度升高 D．搓搓手就会觉得手发热 跟踪训练2（多选）下列说法中正确的是（    ） 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 跟踪训练3热传递 （1）条件：物体的___________不同。 （2）热传递：热量总是从___________物体向___________物体传递。 【能力培优练】 1．下列例子中通过热传递改变物体内能的是（　　） A．用砂轮磨刀具的时候，刀具的温度升高 B．灼热的火炉使周围物体的温度升高 C．手感到冷时，搓搓手就会觉得暖和些 D．擦火柴时，火柴头上的易燃物质燃烧起来 2．下列说法中正确的是（　　） A．布朗运动就是液体分子的无规则运动 B．当分子间距离增大时，分子的引力和斥力都增大 C．一定质量的0℃的冰融化成0℃的水，其内能没有变化 D．物体的温度越高，分子热运动越剧烈，分子的平均动能越大 3．关于香槟瓶被打开的瞬间瓶口附近突然出现一团“白雾”的现象，下列说法正确的是（   ） A．这是瓶内香槟的扩散现象 B．瓶内气体温度升高，蒸发加剧形成的蒸汽 C．瓶内气体对外做功，内能减小，水蒸气凝结为小水珠 D．瓶内气体对外做功等于从周围环境吸收的热量 4．如图所示是古人锻造铁器的过程，关于改变物体内能的方式，下列说法正确的是（　　） A．加热和锻打属于传热，淬火属于做功 B．加热属于传热，锻打和淬火属于做功 C．加热和淬火属于传热，锻打属于做功 D．加热和淬火属于做功，锻打属于传热 5．下列关于功、内能、热量的描述正确的是（　　） A．机械能为零的物体，内能也一定为零 B．热量总是从内能大的物体向内能小的物体传递 C．做功和热传递都能改变物体的内能 D．物体的内能增大，温度一定升高 6．关于分子动理论和物体的内能，下列说法中正确的是（   ） A．液体分子的无规则运动称为布朗运动 B．温度是物体分子热运动平均动能的标志 C．物体从外界吸收热量，其内能一定增加 D．改变物体内能的方式有做功和热传递，它们的本质是相同的 7．某大型客机在空中飞行时，机外温度为-23℃，气压为。引气系统每秒从机外吸入7.5m³空气，注入压强为0.8p0，温度为27℃的客舱中。将空气视为理想气体，T=t+273K，则（　　） A．空气进入客舱后内能变小 B．空气进入客舱后内能不变 C．为维持客舱内气体状态稳定，每秒应排出的客舱内空气的体积为 D．为维持客舱内气体状态稳定，每秒应排出的客舱内空气的体积为 8．两物体接触后发生了热传递，说法正确的是（　　） A．内能大的物体向内能小的物体传递热量 B．密度大的物体向密度小的物体传递热量 C．含热量多的物体向含热量少的物体传递 D．分子平均动能大的物体向分子平均动能小的物体传递 9．关于物体的内能，下列说法中正确的是（　　） A．一切物体都具有内能 B．物体的内能增加，温度不一定升高 C．0℃时物体没有内能 D．物体内能增加，一定吸收了热量 10．下列关于系统的内能的说法正确的是（　　） A．系统的内能是由系统的状态决定的 B．分子动理论中引入的系统内能和热力学中引入的系统内能是一致的 C．做功可以改变系统的内能，但单纯地对系统传热不能改变系统的内能 D．气体在大气中做绝热膨胀时做了功，但气体的内能不变 11．夏季，长春市的天气温差比较大，充足气的车胎经过正午阳光的暴晒容易爆胎。若车胎内的气体可视为理想气体，爆胎前车胎内气体体积及质量均不变，爆胎过程时间极短。关于车胎内的气体，下列说法正确的是（　　） A．爆胎前随着气温的升高，车胎内气体压强增大 B．爆胎前随着气温的升高，车胎内气体吸收热量，内能增大 C．爆胎过程中，车胎内气体对外做功，内能减小 D．爆胎过程中，车胎内气体分子平均动能不变 12．将一端封闭的玻璃管迅速插入水银槽中某一深度，玻璃管内气体可看作理想气体，外界大气压和温度均保持不变。下列说法中正确的是（　　） A．插入过程中玻璃管中单位体积中气体分子的个数增加 B．插入过程中玻璃管中每个气体分子热运动的动能都增加 C．插入过程中玻璃管内气体的内能增大 D．插入后的一段时间内气体从外界吸收热量 13．如图所示，A、B两装置均由一支一端封闭、一端开口且带有玻璃泡的管状容器和水银槽组成，除玻璃泡在管上的位置不同外，其他条件都相同。将两管抽成真空后，开口向下竖直插入水银槽中（插入过程没有空气进入管内），水银柱上升至图示位置停止。假设这一过程水银与外界没有热交换，则下列说法正确的是（　　） A．A中水银的内能增量大于B中水银的内能增量 B．A管内水银的重力势能大于B管的 C．B中水银的内能增量大于A中水银的内能增量 D．A和B中水银体积保持不变，故内能增量相同 14．各种方法使物体的内能发生改变：a.电炉通电后发热；b.一杯开水放在桌面上冷却；c.阳光照射下冰块融化；d.锯木头时，锯片发烫；e.人坐在火炉旁取暖；f.用打气筒给自行车轮胎打气后，打气筒变热．其中属于做功使物体内能改变的是________；属于热传递使物体内能改变的是________． / 学科网（北京）股份有限公司 $