人教版(新教材)高中物理選擇性必修3學(xué)案1：3 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PAGE1-第三章熱力學(xué)定律3.1功、熱和內(nèi)能的改變學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解焦耳的兩個實(shí)驗(yàn)。掌握從熱力學(xué)角度認(rèn)識內(nèi)能的概念。2.知道做功與內(nèi)能改變的關(guān)系，知道傳遞的熱量與內(nèi)能變化的關(guān)系。3.知道做功和傳熱是改變內(nèi)能的兩種方式，且對改變系統(tǒng)內(nèi)能是等效的。4.明確內(nèi)能、功、熱量、溫度四個物理量的區(qū)別和聯(lián)系。一、焦耳的實(shí)驗(yàn)如圖：問題：如何求得該裝置機(jī)械能的減少量?1.絕熱過程：系統(tǒng)不從外界，也不向外界。2.代表性實(shí)驗(yàn)：(1)重物下落帶動葉片攪拌容器中的水，引起水溫。(2)通過電流的給水加熱。3.實(shí)驗(yàn)結(jié)論：要使系統(tǒng)狀態(tài)通過絕熱過程發(fā)生變化，做功的數(shù)量只由過程始末兩個決定，而與無關(guān)。二、功和內(nèi)能的改變1.內(nèi)能：依賴于一個熱力學(xué)系統(tǒng)的物理量，是熱力學(xué)系統(tǒng)的一種能量。2.絕熱過程中做功與內(nèi)能變化的關(guān)系：。三、熱和內(nèi)能的改變1.傳熱：熱量總是從物體向物體傳遞。2.熱量和內(nèi)能：(1)關(guān)系描述：熱量是在單純的傳熱過程中系統(tǒng)的量度。(2)公式表達(dá)：。知識點(diǎn)1做功與內(nèi)能變化的關(guān)系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。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)在絕熱過程中，做功一定能引起內(nèi)能的變化。(3)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，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，系統(tǒng)內(nèi)能的增加量等于外界對系統(tǒng)所做的功?！妓伎肌び懻?〗幼兒園里一般都有滑梯，小朋友沿滑梯下滑時屁股通常會感到發(fā)熱，這是為什么?〖例1〗擁有私家車的人們越來越多，說明人們生活水平不斷提高。某汽車的發(fā)動機(jī)汽缸內(nèi)裝有汽油與空氣的混合氣體，如圖所示，要使該混合氣體達(dá)到其燃點(diǎn)，則 ()A.迅速向外拉活塞 B.迅速向里推活塞C.緩慢向里推活塞 D.緩慢向外拉活塞〖例2〗下列過程中，主要通過做功方式改變物體內(nèi)能的是()A.濕衣服中的水蒸發(fā) B.水中的冰熔化C.池水在陽光的照射下溫度升高 D.錘子敲擊釘子后釘子變熱〖規(guī)律方法〗分析絕熱過程的方法(1)在絕熱的情況下，若外界對系統(tǒng)做正功，系統(tǒng)內(nèi)能增加，ΔU為正值；若系統(tǒng)對外界做正功，系統(tǒng)內(nèi)能減少，ΔU為負(fù)值。此過程做功的多少為內(nèi)能轉(zhuǎn)化的量度。(2)在絕熱過程中，內(nèi)能和其他形式的能一樣也是狀態(tài)量，氣體的初、末狀態(tài)確定了，即在初、末狀態(tài)的內(nèi)能也相應(yīng)地確定了，內(nèi)能的變化ΔU也確定了。而功是能量轉(zhuǎn)化的量度，所以ΔU=W，即W為恒量，這也是判斷絕熱過程的一種方法?！几M(jìn)練習(xí)〗1.冬天站在室外時，人們習(xí)慣地搓著雙手以取暖，這個過程中()A.人站著不動就沒有做功B.即使雙手光滑也能搓手取暖C.人體內(nèi)的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為雙手的機(jī)械能D.雙手的內(nèi)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能2.在下面幾幅圖中，有關(guān)功與內(nèi)能的說法中正確的是()A.圖1中迅速下壓活塞，棉花會燃燒起來，說明熱傳遞可以使物體的溫度升高B.圖2中重物下落帶動葉片轉(zhuǎn)動，由于葉片向水傳遞熱量而使水的溫度升高C.圖3中降落的重物使發(fā)電機(jī)發(fā)電，電流對水做功使水的溫度升高D.做功和熱傳遞都可以使物體的內(nèi)能增加3.如圖所示，一個質(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0.1m2，處于靜止?fàn)顟B(tài)時被封閉氣體的高度為50cm，現(xiàn)在活塞上方加一15kg的物體，待穩(wěn)定后，被封閉氣體的高度變?yōu)?0cm。求在這一過程中氣體的內(nèi)能增加了多少?(p0=1.01×105Pa，g取10m/s2)知識點(diǎn)2：功、內(nèi)能、熱量和溫度的區(qū)別與聯(lián)系1.內(nèi)能與溫度：從宏觀上看，溫度表示的是物體的冷熱程度；從微觀上看，溫度反映了分子熱運(yùn)動的劇烈程度，是分子平均動能的標(biāo)志。物體的溫度升高，其內(nèi)能一定增加。但向物體傳遞熱量，物體的內(nèi)能卻不一定增加(可能同時對外做功)。2.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”，根本不存在“熱量”和“功”。不能說一個系統(tǒng)中含有多少熱量。3.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系統(tǒng)之間要有溫度差，傳遞的是熱量而不是溫度。4.熱量與功：熱量和功都是系統(tǒng)內(nèi)能變化的量度，都是過程量，一定量的熱量與一定量的功相當(dāng)，熱量可以通過系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為功，功也可以通過系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為熱量，但它們之間有著本質(zhì)的區(qū)別。5.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)系做一定量的功或傳遞一定量的熱量在改變內(nèi)能的效果上是相同的注意：(1)內(nèi)能與熱量的區(qū)別：內(nèi)能是狀態(tài)量，由系統(tǒng)的狀態(tài)決定；熱量是過程量，由傳熱過程決定。(2)內(nèi)能的改變與熱量的聯(lián)系：在單純的傳熱過程中，系統(tǒng)內(nèi)能的增加量等于外界向系統(tǒng)傳的熱量?！妓伎肌び懻?〗如圖所示是傳熱的三種方式——傳導(dǎo)、對流和輻射，請?jiān)趫D片基礎(chǔ)上思考以下問題：討論：(1)這三種方式在傳遞能量時有什么共同點(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)能時本質(zhì)上又有什么不同?〖例3〗關(guān)于熱量、功和內(nèi)能三個物理量，下列說法中正確的是()A.熱量、功和內(nèi)能三者的物理意義相同，只是說法不同B.熱量、功都可以作為物體內(nèi)能變化的量度C.熱量、功和內(nèi)能的單位不同D.功由過程決定，而熱量和內(nèi)能由物體的狀態(tài)決定〖誤區(qū)警示〗傳熱、做功和內(nèi)能的改變的認(rèn)知誤區(qū)(1)誤認(rèn)為有傳熱或做功時，內(nèi)能一定變化。如果只是做功或只是進(jìn)行熱量傳遞都會改變物體的內(nèi)能，但是如果做功的同時還有熱量的傳遞，則內(nèi)能不一定會發(fā)生變化。(2)對做功與內(nèi)能變化關(guān)系認(rèn)識不清。在判斷內(nèi)能增加或減小時，一定要搞清是對內(nèi)做功還是對外做功，是從外界吸收熱量還是向外界放出熱量?！几M(jìn)練習(xí)〗4.關(guān)于物體內(nèi)能與熱量、做功的關(guān)系，以下說法正確的是()A.物體內(nèi)能的多少可以用物體吸熱或放熱的多少來量度B.內(nèi)能大的物體熱量多C.兩物體發(fā)生傳熱，達(dá)到平衡后，它們的內(nèi)能必定相等D.做功和傳熱對于改變物體內(nèi)能是等效的5.真空中兩物體彼此接觸，但它們之間沒有發(fā)生傳熱，其原因是()A.它們具有相同的內(nèi)能B.它們具有相同的分子平均速率C.它們具有相同的溫度D.它們具有相等的比熱隨堂練習(xí)1.做功和傳熱是等效的，這里指的是()A.它們能使物體改變相同的溫度B.它們能使物體改變相同的內(nèi)能C.它們能使物體增加相同的熱量D.它們本質(zhì)上是相同的2.下列說法正確的是()A.物體放出熱量，其內(nèi)能一定減小B.物體對外做功，其內(nèi)能一定減小C.物體吸收熱量，同時對外做功，其內(nèi)能可能增加D.物體放出熱量，同時對外做功，其內(nèi)能可能不變3.用酒精燈給試管中的水加熱，如圖所示，在軟木塞沖出試管口的過程中，下列說法正確的是 ()A.水蒸氣對軟木塞做功，水蒸氣的內(nèi)能增大B.水蒸氣的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為軟木塞的機(jī)械能C.能量的轉(zhuǎn)化形式與熱機(jī)壓縮沖程能量轉(zhuǎn)化相同D.軟木塞的機(jī)械能守恒4.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，鋸片發(fā)燙；e.人坐在火爐旁取暖；f.用打氣筒給自行車打氣后，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________。

▁▃▅▇█參*考*答*案█▇▅▃▁一、〖提*示〗：機(jī)械能的減少由水的質(zhì)量和升高的溫度以及水的比熱容求得。1.吸熱、放熱2.(1)上升(2)熱效應(yīng)3.狀態(tài)、做功的方式二、1.自身狀態(tài)2.ΔU=W。三、1.高溫、低溫2.(1)統(tǒng)內(nèi)能變化(2)ΔU=Q?！妓伎肌び懻?〗〖提*示〗：小朋友沿滑梯下滑時克服摩擦力做功，內(nèi)能增加?！祭?〗〖解析〗選B。氣體壓縮時外界對氣體做功內(nèi)能增大，氣體膨脹時氣體對外做功內(nèi)能減少。將裝有汽油與空氣的混合氣體的汽缸中的活塞迅速向里推，該汽缸內(nèi)混合氣體來不及與外界發(fā)生熱交換，可以看作絕熱過程，同時由于外界通過活塞對該氣體做功，使該混合氣體的內(nèi)能增加，溫度升高，從而達(dá)到汽油燃點(diǎn)，故B對?！祭?〗〖解析〗選D。濕衣服中的水蒸發(fā)是因?yàn)閭鳠?，故A錯誤；水中的冰熔化是因?yàn)閭鳠?，故B錯誤；池水在陽光的照射下溫度升高是熱傳遞，故C錯誤；錘子敲擊釘子后釘子變熱是因?yàn)殄N子對釘子做功轉(zhuǎn)化為熱量，故D正確?！几M(jìn)練習(xí)〗1.〖解析〗選C。搓著雙手以取暖，是通過克服摩擦力做功發(fā)熱取暖的，是人體內(nèi)的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為雙手的機(jī)械能，再通過克服摩擦力做功轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，若雙手光滑，就無法克服摩擦力做功，無法取暖，故A、B、D錯誤，C正確。2.〖解析〗選D。圖1中通過壓縮活塞對空氣做功，氣體內(nèi)能增加，溫度升高，達(dá)到棉花著火點(diǎn)，使棉花燃燒，并非是熱傳遞使溫度升高，故A錯誤；圖2中重物下落帶動葉片轉(zhuǎn)動，由葉片對水做功而使水的溫度升高，故B錯誤；圖3中降落的重物使發(fā)電機(jī)發(fā)電，電流對電阻做功使電阻發(fā)熱，然后電阻把熱量傳遞給水，使水的溫度升高，故C錯誤；做功和熱傳遞都可以使物體的內(nèi)能增加，故D正確。3.1030J〖解析〗由于汽缸及活塞均絕熱，故外界對氣體所做的功全部轉(zhuǎn)化為氣體的內(nèi)能，即ΔU=W外=(m活塞+m物體)gΔh+p0SΔh=(5+15)×10×0.1J+1.01×105×0.1×0.1J=1030J?！妓伎肌び懻?〗(1)〖提*示〗：熱量從高溫處向低溫處傳遞。(2)〖提*示〗：傳熱改變內(nèi)能是能量的轉(zhuǎn)移過程，做功改變內(nèi)能是能量的轉(zhuǎn)化過程?！祭?〗〖解析〗選B。熱量、功和內(nèi)能是三個不同的物理量，它們的物理意義不同，故A錯誤；功與熱量都是能量轉(zhuǎn)化的量度，熱量和功都可以作為物體內(nèi)能變化的量度，故B正確；熱量、功和內(nèi)能的單位相同，都是焦耳，故C錯誤；功和熱量由過程決定，內(nèi)能由物體的狀態(tài)決定，故D錯誤?！几M(jìn)練習(xí)〗4.〖解析〗選D。物體的內(nèi)能的變化可以用物體吸熱或放熱的多少來量度，故A錯誤。熱量是傳熱的能量多少的量度，不是內(nèi)能的量度，故B錯誤。物體發(fā)生傳熱，達(dá)到平衡后，溫度相等，而不是內(nèi)能相等，內(nèi)能除了與溫度有關(guān)，還與物質(zhì)的量有關(guān)，故C錯誤。做功和傳熱對于改變物體內(nèi)能是等效的，故D正確。5.〖解析〗選C。因?yàn)榘l(fā)生傳熱的條件是有溫度差，如果兩物體沒發(fā)生傳熱，肯定是具有相同的溫度。故選C。隨堂練習(xí)1.〖解析〗選B。做的功與傳遞的熱量相等時，物體內(nèi)能的改變是相等的，由于不同的物體的比熱不同，質(zhì)量也可能不同，溫度的改變不一定相同，故A錯誤。改變物體內(nèi)能的方法有兩種：做功和傳熱。兩種方法對改變物體的內(nèi)能來說是等效的，即做的功與傳遞的熱量相等時，物體內(nèi)能的改變是相等的，故B正確。做的功與傳遞的熱量相等時，物體內(nèi)能的改變是相等的，不能說一定增加相等的熱量，故C錯誤。做功是把其他形式的能量轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而傳熱是物體之間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移，二者本質(zhì)不同，故D錯誤。2.〖解析〗選C。改變內(nèi)能有兩種方式——做功和傳熱，物體放出熱量，內(nèi)能不一定減少，物體對外做功，內(nèi)能也不一定減少，選項(xiàng)A、B錯誤；物體吸收熱量大于對外做功，內(nèi)能可能增加，選項(xiàng)C正確；物體放出熱量，同時對外做功，其內(nèi)能一定減少，選項(xiàng)D錯誤。3.〖解析〗選B。水蒸氣對軟木塞做功，水蒸氣內(nèi)能減小，溫度降低，故A錯誤；軟木塞沖出的過程中是水蒸氣的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為