人教版(新教材)高中物理選擇性必修3學(xué)案：1 功、熱和內(nèi)能的改變

人教版(新教材)高中物理選擇性必修第三冊PAGEPAGE11功、熱和內(nèi)能的改變〖學(xué)習(xí)目標(biāo)〗1.了解焦耳的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的原理，知道做功和傳熱的實(shí)質(zhì).2.知道做功和傳熱是改變內(nèi)能的兩種方式，理解做功和傳熱對改變系統(tǒng)內(nèi)能是等效的，明確兩種方式的區(qū)別.3.明確內(nèi)能、功、熱量、溫度四個(gè)物理量的區(qū)別和聯(lián)系．一、焦耳的實(shí)驗(yàn)1．絕熱過程：系統(tǒng)不從外界吸熱，也不向外界放熱的過程．2．代表性實(shí)驗(yàn)(1)重物下落時(shí)帶動葉片轉(zhuǎn)動，攪拌容器中的水，水由于摩擦而溫度上升．(2)通過電流的熱效應(yīng)給液體加熱．3．實(shí)驗(yàn)結(jié)論：在熱力學(xué)系統(tǒng)的絕熱過程中，外界對系統(tǒng)做的功僅由過程的始末兩個(gè)狀態(tài)決定，不依賴于做功的具體過程和方式．4．內(nèi)能：只依賴于熱力學(xué)系統(tǒng)自身狀態(tài)的物理量．二、功與內(nèi)能的改變1．功與內(nèi)能的改變在熱力學(xué)系統(tǒng)的絕熱過程中，當(dāng)系統(tǒng)從狀態(tài)1經(jīng)過絕熱過程達(dá)到狀態(tài)2時(shí)，內(nèi)能的變化量ΔU＝U2－U1，等于外界對系統(tǒng)所做的功W，即ΔU＝W.2．理解(1)ΔU＝W的適用條件是絕熱過程．(2)在絕熱過程中：外界對系統(tǒng)做功，系統(tǒng)的內(nèi)能增加；系統(tǒng)對外做功，系統(tǒng)的內(nèi)能減少．三、熱與內(nèi)能的改變1．傳熱(1)條件：物體的溫度不同．(2)傳熱：熱從高溫物體傳到了低溫物體．2．熱和內(nèi)能(1)熱量：在單純的傳熱過程中系統(tǒng)內(nèi)能變化的量度．(2)熱與內(nèi)能的改變當(dāng)系統(tǒng)從狀態(tài)1經(jīng)過單純的傳熱達(dá)到狀態(tài)2時(shí)，內(nèi)能的變化量ΔU＝U2－U1等于外界向系統(tǒng)傳遞的熱量Q，即ΔU＝Q.(3)傳熱與做功在改變系統(tǒng)內(nèi)能上的異同．①做功和傳熱都能引起系統(tǒng)內(nèi)能的改變．②做功時(shí)，內(nèi)能與其他形式的能發(fā)生轉(zhuǎn)化；傳熱只是不同物體(或一個(gè)物體的不同部分)之間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移．1．判斷下列說法的正誤．(1)熱量一定從內(nèi)能多的物體傳遞給內(nèi)能少的物體．(×)(2)做功和傳熱都可改變物體的內(nèi)能，從效果上是等效的．(√)(3)在絕熱過程中，外界對系統(tǒng)做的功小于系統(tǒng)內(nèi)能的增加量．(×)(4)傳熱只能發(fā)生在兩個(gè)物體間，同一物體不能發(fā)生傳熱．(×)2．各種方法使物體的內(nèi)能發(fā)生改變：a.電爐通電后發(fā)熱；b.一杯開水放在桌面上冷卻；c.陽光照射下冰塊融化；d.鋸木頭時(shí)，鋸片發(fā)燙；e.人坐在火爐旁取暖；f.用打氣筒給自行車輪胎打氣后，打氣筒變熱．其中屬于做功使物體內(nèi)能改變的是________；屬于傳熱使物體內(nèi)能改變的是________．〖答案〗adfbce一、功與內(nèi)能的改變導(dǎo)學(xué)探究(1)在焦耳的許多實(shí)驗(yàn)中，有兩個(gè)最具有代表性：一個(gè)實(shí)驗(yàn)是重物下落時(shí)帶動葉片轉(zhuǎn)動，攪拌容器中的水，水由于摩擦而溫度上升；另一個(gè)實(shí)驗(yàn)是通過電流的熱效應(yīng)給液體加熱．焦耳的這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)說明了什么問題？(2)如圖1，在有機(jī)玻璃筒底放少量的硝化棉(燃點(diǎn)較低)，迅速壓下活塞，觀察硝化棉的變化．圖1①你能看到什么現(xiàn)象？實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象說明了什么？②圖中用力按壓活塞時(shí)為什么一定要迅速？〖答案〗(1)絕熱過程中，外界對系統(tǒng)做的功僅由過程的始末狀態(tài)決定，與做功的具體過程和方式無關(guān)．(2)①可以看到硝化棉燃燒．實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象說明壓縮空氣做功，使空氣內(nèi)能增大，達(dá)到硝化棉的燃點(diǎn)后引起硝化棉燃燒．②迅速按下活塞是為了減少傳熱，盡量創(chuàng)造一個(gè)絕熱條件．知識深化1．做功與內(nèi)能變化的關(guān)系(1)做功改變物體內(nèi)能的過程是其他形式的能(如機(jī)械能)與內(nèi)能相互轉(zhuǎn)化的過程．(2)在絕熱過程中，外界對物體做功，則W>0，外界對物體做多少功，就有多少其他形式的能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，物體的內(nèi)能就增加多少；物體對外界做功，則W<0.物體對外界做多少功，就有多少內(nèi)能轉(zhuǎn)化為其他形式的能，物體的內(nèi)能就減少多少．2．功與內(nèi)能的區(qū)別(1)功是過程量，內(nèi)能是狀態(tài)量．(2)物體的內(nèi)能大，并不意味著做功多．在絕熱過程中，只有內(nèi)能變化越大時(shí)，相應(yīng)地做功才越多．特別提醒(1)外界對某一系統(tǒng)做功時(shí)系統(tǒng)的內(nèi)能不一定增加，還要看該系統(tǒng)有沒有向外放熱，以及向外放熱的多少．(2)在絕熱過程中，做功一定能引起內(nèi)能的變化．在絕熱過程中，系統(tǒng)內(nèi)能的增加量等于外界對系統(tǒng)所做的功．如圖2所示，一定質(zhì)量的理想氣體密封在絕熱(即與外界不發(fā)生熱交換)容器中，容器內(nèi)裝有一可以活動的絕熱活塞．今對活塞施加一豎直向下的壓力F，使活塞緩慢向下移動一段距離后，氣體的體積減?。艉雎曰钊c容器壁間的摩擦力，則被密封的氣體()圖2A．溫度升高，壓強(qiáng)增大，內(nèi)能減少B．溫度降低，壓強(qiáng)增大，內(nèi)能減少C．溫度升高，壓強(qiáng)增大，內(nèi)能增加D．溫度降低，壓強(qiáng)減小，內(nèi)能增加〖答案〗C〖解析〗向下壓活塞，活塞對氣體做功，氣體的內(nèi)能增加，溫度升高，氣體的體積減小，可得出氣體的壓強(qiáng)增大，故選項(xiàng)C正確．二、熱與內(nèi)能的改變導(dǎo)學(xué)探究(1)用鐵錘反復(fù)敲擊鐵棒，鐵棒的溫度會升高，把鐵棒放在炭火上燒，鐵棒的溫度也會升高，這說明了什么問題？(2)如圖3所示是傳熱的三種方式——傳導(dǎo)、對流和輻射．圖3①這三種方式在傳遞能量時(shí)有什么共同點(diǎn)？②傳熱和做功都可以改變物體的內(nèi)能，這兩種方式在改變物體內(nèi)能時(shí)本質(zhì)上又有什么不同？〖答案〗(1)說明做功和傳熱都能改變物體的內(nèi)能．(2)①三種方式都是熱量從一個(gè)物體傳遞到另一個(gè)物體．②傳熱是內(nèi)能在物體間(或一個(gè)物體的不同部分之間)轉(zhuǎn)移，做功是其他形式的能和內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)化．知識深化1．在單純傳熱的過程中，系統(tǒng)從外界吸收多少熱量，系統(tǒng)的內(nèi)能就增加多少；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ΔU＝U2－U1＝Q.2．傳熱改變物體內(nèi)能的過程是不同物體之間(或同一物體不同部分之間)內(nèi)能的轉(zhuǎn)移．3．傳熱與物體的內(nèi)能的多少無關(guān)，只與兩個(gè)物體(或一個(gè)物體的兩部分)的溫度差有關(guān)，熱量總是從高溫物體自發(fā)地傳遞到低溫物體．(多選)一銅塊和一鐵塊，質(zhì)量相等，銅塊的溫度T1比鐵塊的溫度T2高，當(dāng)它們接觸在一起時(shí)，如果不和外界交換能量，則()A．從兩者開始接觸到熱平衡的整個(gè)過程中，銅塊內(nèi)能的減少量等于鐵塊內(nèi)能的增加量B．在兩者達(dá)到熱平衡以前的任意一段時(shí)間內(nèi)，銅塊內(nèi)能的減少量不等于鐵塊內(nèi)能的增加量C．在兩者達(dá)到熱平衡以前的任意一段時(shí)間內(nèi)，銅塊內(nèi)能的減少量都等于鐵塊內(nèi)能的增加量D．達(dá)到熱平衡時(shí)，銅塊的溫度比鐵塊的低〖答案〗AC〖解析〗熱平衡的條件是溫度相等，傳熱的方向是從溫度高的物體傳向溫度低的物體；因不和外界交換能量，則在傳熱過程中高溫物體放出的熱量等于低溫物體吸收的熱量，故A、C正確，B、D錯(cuò)誤．在以下事例中，通過傳熱的方式來改變物體內(nèi)能的是()A．兩小球碰撞后粘合起來，同時(shí)溫度升高B．冬天暖氣為房間供暖C．點(diǎn)燃的爆竹在空中爆炸D．汽車的車輪與地面相互摩擦發(fā)熱〖答案〗B〖解析〗改變內(nèi)能的方式有兩種：做功和傳熱，傳熱指內(nèi)能的轉(zhuǎn)移，而不是其他形式的能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，兩小球碰撞后粘在一起，溫度升高，是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，故A錯(cuò)誤；冬天暖氣為房間供暖，是通過傳熱的方式來改變物體內(nèi)能的，故B正確；點(diǎn)燃的爆竹在空中爆炸，是化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，故C錯(cuò)誤；車輪與地面摩擦生熱，是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，故D錯(cuò)誤．三、內(nèi)能和相關(guān)概念的辨析1．熱量和內(nèi)能(1)內(nèi)能是由系統(tǒng)的狀態(tài)決定的，狀態(tài)確定，系統(tǒng)的內(nèi)能也隨之確定．要使系統(tǒng)的內(nèi)能發(fā)生變化，可以通過傳熱和做功兩種方式來完成．(2)熱量是傳熱過程中的特征物理量，熱量只是反映物體在狀態(tài)變化過程中所轉(zhuǎn)移的能量，是用來衡量物體內(nèi)能變化的，有過程，才有變化，離開過程，毫無意義．(3)對某一狀態(tài)而言，只有“內(nèi)能”，不存在“熱量”和“功”．不能說一個(gè)系統(tǒng)中含有多少熱量．2．熱量與溫度：熱量是系統(tǒng)的內(nèi)能變化的量度，而溫度是系統(tǒng)內(nèi)大量分子做無規(guī)則運(yùn)動劇烈程度的標(biāo)志．傳熱的前提條件是兩個(gè)系統(tǒng)之間要有溫度差，傳遞的是熱量而不是溫度．3．改變內(nèi)能的兩種方式的比較比較項(xiàng)目做功傳熱內(nèi)能變化外界對物體做功，物體的內(nèi)能增加；物體對外界做功，物體的內(nèi)能減少物體吸收熱量，內(nèi)能增加；物體放出熱量，內(nèi)能減少物理實(shí)質(zhì)其他形式的能與內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)化不同物體間或同一物體不同部分之間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移相互聯(lián)系做一定量的功和傳遞相同量的熱量在改變內(nèi)能的效果上是相同的關(guān)于溫度、熱量、功和內(nèi)能，以下說法正確的是()A．同一物體溫度高時(shí)，含有的熱量多B．物體的內(nèi)能越大，含有的熱量就越多，溫度也越高C．外界對系統(tǒng)做功W，內(nèi)能必定增加D．兩物體之間發(fā)生傳熱的條件是存在溫度差〖答案〗D〖解析〗熱量是一個(gè)過程量，是物體間進(jìn)行傳熱時(shí)內(nèi)能的轉(zhuǎn)移量，不能說物體含有多少熱量，故A、B錯(cuò)；由于做功和傳熱都可引起系統(tǒng)內(nèi)能的變化，只根據(jù)做功無法準(zhǔn)確判斷系統(tǒng)內(nèi)能的變化，故C錯(cuò)；物體間發(fā)生傳熱的條件是存在溫度差，故D對.1.(功與內(nèi)能的改變)如圖4所示，在大口的玻璃瓶內(nèi)裝一些水，水的上方有水蒸氣．然后用一與打氣筒相連的活塞密閉瓶口，并給瓶內(nèi)打氣，當(dāng)打到某一狀態(tài)時(shí)，瓶塞會跳起來．當(dāng)瓶塞跳起時(shí)，我們會看到瓶內(nèi)出現(xiàn)了“白霧”．對于“白霧”的形成，下列說法正確的是()圖4A．這些“白霧”是當(dāng)瓶塞跳起后外界的水蒸氣在瓶口遇冷形成的小水珠B．這是打氣筒向瓶內(nèi)打進(jìn)去的水蒸氣C．這是瓶內(nèi)的水向外膨脹形成的水霧D．瓶內(nèi)空氣推動瓶塞做功，空氣的內(nèi)能減小，溫度降低，使水蒸氣液化形成小水滴〖答案〗D〖解析〗當(dāng)用打氣筒向瓶內(nèi)打氣時(shí)，外界對系統(tǒng)做功，使系統(tǒng)的內(nèi)能增加，溫度升高，壓強(qiáng)增大，使瓶塞從瓶口中噴出．形成“白霧”的原因是，在塞子突然跳起時(shí)，氣體絕熱膨脹對外做功，內(nèi)能減少，溫度下降，水蒸氣有一部分液化成小水滴，故選項(xiàng)D正確．2．(熱與內(nèi)能的改變)下列例子中通過傳熱改變物體內(nèi)能的是()A．用砂輪磨刀具的時(shí)候，刀具的溫度升高B．灼熱的火爐使周圍物體的溫度升高C．手感到冷時(shí)，搓搓手就會覺得暖和些D．擦火柴時(shí)，火柴頭上的易燃物質(zhì)燃燒起來〖答案〗B3．(溫度、熱量、功和內(nèi)能的關(guān)系)下列說法正確的是()A．熱量和功是由過程決定的，而內(nèi)能是由物體狀態(tài)決定的B．外界對物體做功，物體的內(nèi)能一定增大C．物體吸收熱量，溫度一定升高D．熱量總是由內(nèi)能大的物體流向內(nèi)能小的物體〖答案〗A〖解析〗熱量和功是過程量，內(nèi)能是狀態(tài)量，故A選項(xiàng)正確；引起物體內(nèi)能的變化有做功和傳熱兩種途徑，單就一個(gè)方面不足以斷定其內(nèi)能的變化，故B選項(xiàng)錯(cuò)誤；在晶體熔化和液體沸騰過程中，物體要不斷地吸收熱量，但物體的溫度不變，這時(shí)內(nèi)能的增加主要表現(xiàn)在內(nèi)部分子勢能的增加，故C選項(xiàng)錯(cuò)誤；兩物體之間熱量的流向只與它們的溫度有關(guān)，與它們內(nèi)能的大小無關(guān)，故D選項(xiàng)錯(cuò)誤．4.(功與內(nèi)能的改變)如圖5所示，一個(gè)質(zhì)量為20kg的絕熱汽缸豎直放置，絕熱活塞的質(zhì)量為5kg，面積為0.1m