高二物理選修3功和內(nèi)能、熱和內(nèi)能

1、高二物理選修3-3功和內(nèi)能、熱和內(nèi)能【知識要點(diǎn)】.絕熱過程：物質(zhì)系統(tǒng)與外界沒有熱量交換的情況下進(jìn)行的物理過程。即系統(tǒng)不從外界吸收熱量，也不向外界放出熱量。.功是系統(tǒng)內(nèi)能轉(zhuǎn)化的量度：外界對系統(tǒng)做功，系統(tǒng)的內(nèi)能增加。在絕熱過程中，內(nèi)能的增量就等于外界對系統(tǒng)做的功，即 AU=U2-Ui=Wo系統(tǒng)對外界做功，系統(tǒng)的內(nèi)能減少。在絕熱過程中，系統(tǒng)對外界做多少功，內(nèi)能就減少多少,即 w=- a U。.熱傳遞：熱量從高溫物體傳遞到低溫物體，或從物體的高溫部分傳遞到低溫部分，叫做熱傳遞。熱傳遞的三種方式：熱傳導(dǎo)、熱對流和熱輻射。.傳遞的熱量與內(nèi)能改變的關(guān)系在單純熱傳遞中，系統(tǒng)從外界吸收多少熱量，系統(tǒng)的內(nèi)能就增加

2、多少。即AU= Q吸在單純熱傳遞中，系統(tǒng)向外界放出多少熱量，系統(tǒng)的內(nèi)能就減少多少。即Q放=-AU.改變系統(tǒng)內(nèi)能的兩種方式：做功和熱傳遞。做功和熱傳遞都能改變系統(tǒng)的內(nèi)能，這兩種方式是等效的，都能引起系統(tǒng)內(nèi)能的改變， 但是它們還是有重要區(qū)別的。做功是系統(tǒng)內(nèi)能與其它形式的能之間發(fā)生轉(zhuǎn)化，而熱傳遞只是不同物體（或物體不同部分）之間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移?！镜湫屠}】例1.下列關(guān)于內(nèi)能的說法中，正確的是A.物體的溫度越高，所有的分子動(dòng)能都增大B.物體速度增大，則 分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能 增大，內(nèi)能也增大C.對物體做功或向物體傳熱，都可能改變物體的內(nèi)能D.系統(tǒng)在絕熱過程中內(nèi)能由 Ui變化為U2,外界對系統(tǒng)做的功為 U2

3、-U1例2.下列說法中正確的是A.物體甲自發(fā)傳遞熱量給物體乙，說明甲物體的內(nèi)能一定比乙物體的內(nèi)能大B.溫度相等的兩個(gè)物體接觸，它們各自的內(nèi)能不變且內(nèi)能也相等C.冰熔化成水，水汽化成水蒸氣，若物態(tài)變化時(shí)溫度不變，則內(nèi)能也增加D.物體內(nèi)能增加，一定是外力對物體做了功；外力對物體做功時(shí)，物體的內(nèi)能不一定增加例3.如果氣體膨脹與外界沒有熱交換，這樣的膨脹叫做絕熱膨脹.分別討論氣體在真空中和在大氣中做絕熱膨脹時(shí)是否做功.如果做功，所需的能量從何而來？例4.如圖所示，一個(gè)半徑為R= 0.3m的半球狀容器，一小鐵塊由邊緣的A點(diǎn)從靜止開始沿內(nèi)壁下滑，當(dāng)滑到容器底部B點(diǎn)時(shí),容器內(nèi)壁所受壓力為小鐵塊自重的1.25

4、倍，在它下滑的過程中內(nèi)能增量的80%被鐵塊吸收，那么鐵塊溫度升高多少攝氏度？鐵的 比熱是 462J/（kg - C ） g 取 10m/s2.【當(dāng)堂反饋】1 .下列說法中正確的是（）A.溫度低的物體內(nèi)能小B.溫度低的物體分子運(yùn)動(dòng)的平均速率小C.做加速運(yùn)動(dòng)的物體，由于速度越來越大，因此物體分子的平均動(dòng)能越來越大D.外界對物體做功時(shí)，物體的內(nèi)能不一定增加.有人設(shè)想在夏天用電冰箱來降低房間的溫度。他設(shè)想的辦法是：關(guān)好房間的門窗然后打開冰箱的所有門，讓冰箱運(yùn)轉(zhuǎn)。如果不考慮室內(nèi)外熱量的傳遞，則開機(jī)后，室內(nèi)的溫度（）A.逐漸有所升高B.保持不變C.開機(jī)時(shí)降低，停機(jī)時(shí)又升高D.開機(jī)時(shí)升高，停機(jī)時(shí)降低.下面關(guān)

5、于機(jī)械能和內(nèi)能的說法正確的是（）A.機(jī)械能大的物體，內(nèi)能一定也大B.物體做加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，速度越大，物體內(nèi)部分子平均動(dòng)能一定增大C.物體降溫時(shí)，其機(jī)械能一定減少D.摩擦生熱是機(jī)械能向內(nèi)能的轉(zhuǎn)化4.如圖所示，U型管左管口套有一小氣球，管內(nèi)裝有水銀，當(dāng)在右管內(nèi)再注入一些水銀時(shí)， 氣球?qū)⒐牡酶?假設(shè)封閉氣體與外界絕熱，則在注入水銀時(shí)，封閉氣體的體積、壓強(qiáng)、內(nèi)能 將怎樣變化？2作業(yè)本：.下列哪個(gè)實(shí)例說明做功改變了系統(tǒng)的內(nèi)能A.用熱水袋取暖B.用雙手摩擦給手取暖C.把手放在火爐旁取暖D.用嘴對手呵氣給手取暖.下列現(xiàn)象中，哪些是通過熱傳遞的方式改變物體內(nèi)能的（）A.打開電燈開關(guān)，燈絲的溫度升高，內(nèi)能增加B.

6、夏天喝冰鎮(zhèn)汽水來解暑C.冬天搓搓手，會感覺到手變得暖和起來D.太陽能熱水器在陽光照射下，水的溫度逐漸升高.做功和熱傳遞是等效的，這里指的是（）A.它們能使物體改變相同的溫度B.它們能使物體增加相同的熱量C.它們能使物體改變相同的內(nèi)能D.它們本質(zhì)上是相同的.下列關(guān)于熱量的說法，正確的是（）A.溫度高的物體含有的熱量多B.內(nèi)能多的物體含有的熱量多C.熱量、功和內(nèi)能的單位相同D.熱量和功都是過程量，而內(nèi)能是一個(gè)狀態(tài)量，光滑活塞C（質(zhì)量為m）與容器用良好的隔熱材.如圖所示柱形容器內(nèi)封有一定質(zhì)量的空氣料制成另有質(zhì)量為M的物體從活塞上方的 A點(diǎn)自由下落到活塞上，并隨活塞一起到達(dá)最低點(diǎn)B而靜止在這一過程中，

7、空氣內(nèi)能的改變量 E,外界對空氣所做的功與物體及活塞的重力勢能的變化關(guān)系是（）Mgh +mgAh=A E+WAE=W, W=Mgh+mgAhAE=W, WMgh+mgAhAEW, W=Mgh+mgAh.對于熱量、功、內(nèi)能三個(gè)量，下列說法中正確的是（A.熱量、功、內(nèi)能三個(gè)量的物理意義是等同的B.熱量和功二者可作為物體內(nèi)能的量度C.熱量、功和內(nèi)能的國際單位都相同D.熱量和功是由過程決定的，而內(nèi)能是由物體的狀態(tài)決定的.如圖所示，用絕熱活塞把絕熱容器隔成容積相等的兩部分，先把活塞鎖住，將質(zhì)量和溫度都相同的理想氣體氧氣和氫氣分別充入容器的兩部分中，然后提起銷子率S,使活塞無摩擦地滑 TOC o 1-5

8、h z 動(dòng)，當(dāng)活塞再次靜止時(shí)（）A.氧氣的溫度升高.氧氣分子間的平均距離減小H2O2C.氫氣的內(nèi)能減小D.氫氣分子的平均速率增大8. 一物體先后經(jīng)幾個(gè)不同的物理過程，其溫度均從t 1升高到t2,則在這些過程中（）A物體一定從外界吸收熱量B.物體與外界交換的熱量都相等 C.外界對物體所做的功均相等 D.物體內(nèi)所有分子動(dòng)能的平均值之增量都相等 9 .如圖所示，A、B是兩個(gè)完全相同的容器，A容器內(nèi)白水深3h,B容器內(nèi)水深h, A、B內(nèi)各裝有一個(gè)可自由移動(dòng)的輕活塞，活塞下 面是水，為上面上大氣，大氣壓恒定，A、B的底部由帶有閥門 K的細(xì)短管道相連，整個(gè)裝置絕熱。水的密度為p ,活塞橫截面積為S,大氣壓

9、強(qiáng)為p0。打開閥門，使 A中的水逐漸向B中流，最后達(dá) 到平衡。在這個(gè)過程中，大氣壓力對水 （回答：是否做 功，做正功還是負(fù)功），水的重力做功 ,水的內(nèi)能變化 了。1 0 .質(zhì)量 M=200g的木塊，靜止在光滑水平面上，質(zhì)量m=20g的鉛彈（鉛的比熱容c=126J/（kg ：C）以水平速度 v0=500m/s射入木塊，當(dāng)它射出木塊時(shí)速度變?yōu)関t=300m/s.。木塊的速度20m/s。若這一過程中損失的機(jī)械能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，其中42%被子彈吸收而使其升溫，對鉛彈穿過木塊過程，求：(1)子彈克服摩擦力做的功。(3)產(chǎn)生的總熱量。(2)摩擦力對木塊做的功。(4)子彈升高的溫度。1 1 .有一個(gè)10m高

10、的瀑布，水流在瀑布頂端時(shí)速度為2m/s ,在瀑布底與巖石的撞擊過程中，有10%的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為水的內(nèi)能，請問水的溫度上升了多少攝氏度？已知水的比熱容為4.2 X103 J/(kg C) , g 取 10m/s 2 .1 2 .在光滑的桌面上放著一個(gè)木塊，鉛彈從水平方向射中木塊，把木塊打落在地面上，落地點(diǎn)與桌邊的水平距離是 0.4m。鉛彈射中木塊后留在木塊中，設(shè)增加的內(nèi)能有45%使鉛彈溫度升高，鉛彈的溫度升高多少攝氏度？已知桌面高為0.8m,木塊的質(zhì)量為 2 kg,鉛彈的質(zhì)量為10g,比熱容為 1.3 M02J/(kg C ),取 g=10m/s2。【典型例題】例1: C、Do第七章中是從分子的能量

11、定義內(nèi)能的，本節(jié)是從做功和物體的能量的增減定義內(nèi)能的，兩處所說的內(nèi)能本質(zhì)是一致的。 即前者從微觀的角度、 后者從宏觀的角度定義內(nèi)能的。 物體中所有分子的動(dòng)能和分子勢能的總和就是物體的內(nèi)能，分子的動(dòng)能只與分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的速率有關(guān)，與物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)的速度無關(guān)。物體分子的平均動(dòng)能和溫度成正比，是對大量分子的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，對個(gè)別分子談溫度無意義。改變物體內(nèi)能的方法有兩種，做功和熱傳遞。 系統(tǒng)在絕熱過程中只有通過做功來改變內(nèi)能。例2: Co兩個(gè)物體之間、同一個(gè)物體的不同部分發(fā)生熱傳遞的條件是存在溫度差。例3:解析：做功的兩個(gè)不可缺少的因素是力和在力的方向上的位 移.第一種情況如圖甲所示，容器是絕熱的（與外界沒

12、有熱交換），活真空B氣體Aabd塞（質(zhì)量不計(jì)）把容器分成兩部分.氣體 A和真空B.現(xiàn)把銷釘 K打開，讓氣體 A自由膨脹，氣體與 a、b、c、d四個(gè)面接觸，其 中，氣體與b、c、d三個(gè)面均存在作用力，但是，容器沒有位移， 故氣體對b、c、d三個(gè)面的作用力不做功.由于氣體與真空之間 沒有作用力，故氣體對 A面也不做功，因此，氣體在真空中絕熱 膨脹時(shí)是不做功的.第二種情況如圖乙所示，氣體 A對a、b、c三個(gè)面的相互作用力 不做功，但氣體對a面的作用力做正功，所以氣體在大氣中做絕熱 膨脹時(shí)要對外做功.由于氣體在絕熱且對外做功的情況下，沒有跟外界發(fā)生能量轉(zhuǎn)移，所以氣體對外做功所需的能量只能來自于氣體 自

13、身的內(nèi)能.2 例4：解析：當(dāng)滑到容器底部 B點(diǎn)時(shí)n - mg = m V R27而 AE機(jī)=mgR mv = mgR8由題意：AE機(jī) M80%=cm& 即 &=工=0.045 22【當(dāng)堂反饋】D.體內(nèi)能的變化與兩個(gè)因素有關(guān)，即做功和熱傳遞兩方面。內(nèi)能是否改變要從這兩方面 綜合考慮。若做功轉(zhuǎn)化為物體的內(nèi)能等于或小于物體放出的熱量，則物體的內(nèi)能不變或減少。 即外界對物體做功時(shí)，物體的內(nèi)能不一定增加，選項(xiàng) D是正確的。Ao關(guān)好房間的門窗，相當(dāng)于構(gòu)建了一絕熱容器，讓冰箱運(yùn)轉(zhuǎn)，電流做功，室內(nèi)的溫度逐 漸有所升高。D.內(nèi)能與機(jī)械能是兩種不同形式的能量，故 A、B、C錯(cuò)誤，而摩擦生熱是機(jī)械能向內(nèi)能 的轉(zhuǎn)化。

14、封閉氣體的體積減小，壓強(qiáng)增大，內(nèi)能增多。作業(yè)本：Bo雙手摩擦做功，使手的內(nèi)能增加，感到暖和；A、C、D都是通過熱傳遞來改變系統(tǒng)的內(nèi)能。B、D. A是電流做功改變內(nèi)能， C是摩擦做功改變內(nèi)能，只有 B、D是通過熱傳遞的方 法改變物體內(nèi)能的。Co做功和熱傳遞是等效的，是指在改變系統(tǒng)內(nèi)能上是等效的。C、D。熱量和功都是過程量，而內(nèi)能是一個(gè)狀態(tài)量，所以不能說溫度高的物體含有的熱量 多，內(nèi)能多的物體含有的熱量多；熱量、功和內(nèi)能的單位相同都是焦耳。B、CC、Do熱量、功和內(nèi)能的國際單位都是焦耳，但熱量、功、內(nèi)能三個(gè)量的物理意義是不同 的，熱量和功是過程量，內(nèi)能是狀態(tài)量；熱量和功二者可作為物體內(nèi)能改變的量度

15、而不是內(nèi)能 大小的量度。A、B、C.氣體的壓強(qiáng)跟分子的平均動(dòng)能有關(guān)，跟分子的密度有關(guān)。氫氣與氧氣的溫度相 同，分子的平均動(dòng)能相同，氫氣的分子密度大于氧氣的分子密度，氫氣的壓強(qiáng)大于氣的壓強(qiáng)， 所以提起銷子后，活塞向右移動(dòng)，外界對氧氣做功，氧氣的內(nèi)能增加，溫度升高，分子間的平 均距離減小；氫氣對外做功，內(nèi)能減小，溫度降低，分子的平均速率減小。D不做功、p g晶 p gsh解析：(1 )子彈克服摩擦力做的功：Wi= lmv02-工 mvt2= 1 X0.02 (5002-3002)J=1600J(2)222摩擦力對木塊做的功：W2= 1 Mv2-0= 1 X0.2a02J=40J (3)這一過程中損失的機(jī)械能 22為:W=Wi-W2=(1600-40)J=1560J.已知損失的機(jī)械能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，則內(nèi)能的增量，即產(chǎn)生的總熱量Q為1560J (4)已知產(chǎn)生的總熱量中有42%被子彈吸收而使其升溫，則子彈升高的溫度為：& =外=42%3 p = 260(。cm126 0.02解析：根據(jù)機(jī)械能守恒定律知，當(dāng)水流到達(dá)瀑布底時(shí)的動(dòng)能水吸收熱量Q與溫度變化 也滿足關(guān)系Q = cmH由題意知，有10%的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為水的內(nèi)能，所以1 0(-掰/ +洲或)x 10% =泌&22 0.8 八，、0.4(s)10代入數(shù)據(jù)得：t=2.4M104 C12.解析：鉛彈