2022年高中物理同步講義(選修性必修3)第10講-功、熱和內(nèi)能的改變(原卷版)

第10講功、熱和內(nèi)能的改變目標(biāo)導(dǎo)航目標(biāo)導(dǎo)航課程標(biāo)準(zhǔn)課標(biāo)解讀1.知道熱力學(xué)第一定律。2.通過有關(guān)史實(shí)，了解熱力學(xué)第一定律和能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)過程，體會科學(xué)探索中的挫折和失敗對科學(xué)發(fā)現(xiàn)的意義。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。知識精講知識精講知識點(diǎn)01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?！炯磳W(xué)即練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？知識點(diǎn)02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。【知識拓展】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。【即學(xué)即練2】氣體在絕熱膨脹時(shí)它的溫度會怎樣變化？氣體在絕熱壓縮時(shí)它的溫度會怎樣變化？為什么會發(fā)生這樣的變化？請分別舉一個(gè)絕熱膨脹和絕熱壓縮時(shí)溫度變化的實(shí)例。知識點(diǎn)03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?！局R拓展】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．熱傳遞與物體的內(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。【即學(xué)即練3】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？能力拓展能力拓展考法01功與內(nèi)能的改變【典例1】關(guān)于晶體和非晶體及分子勢能，以下說法錯誤的是（）A．氣體對外做功，其內(nèi)能可能增加B．燒熱的針尖接觸涂有蜂蠟薄層的云母片背面，熔化的蜂蠟呈橢圓形，說明蜂蠟是晶體C．分子勢能可能隨分子間距離的增加而增加D．在合適的條件下，某些晶體可以轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷w，某些非晶體也可以轉(zhuǎn)變?yōu)榫w考法02熱與內(nèi)能的改變【典例2】關(guān)于溫度和內(nèi)能的理解，下列說法中正確的是().A．溫度是分子平均動能的標(biāo)志，物體溫度升高，則物體每一個(gè)分子的動能都增大B．不計(jì)分子之間的分子勢能，質(zhì)量和溫度相同的氫氣和氧氣具有相同的內(nèi)能C．1g100℃水的內(nèi)能小于1g100℃水蒸氣的內(nèi)能D．做功和熱傳遞對改變物體內(nèi)能是等效的，也就是說做功和熱傳遞的實(shí)質(zhì)是相同的分層提分分層提分題組A基礎(chǔ)過關(guān)練1．下列例子中通過熱傳遞改變物體內(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2．關(guān)于做功、傳熱與內(nèi)能變化的說法，正確的是（）A．不通過做功的過程，物體的內(nèi)能也可以改變B．不對物體做功，物體的內(nèi)能會保持不變C．外力對物體做2J的功，物體就一定增加2J的內(nèi)能D．物體吸收熱量，內(nèi)能一定增加3．關(guān)于傳熱，下列說法正確的是（）A．傳熱是高溫物體的溫度傳給低溫物體 B．不接觸的物體之間不會發(fā)生傳熱C．比熱容相同的物體之間不會發(fā)生傳熱 D．溫度相同的物體之間不會發(fā)生傳熱4．熱傳遞的實(shí)質(zhì)是（）A．內(nèi)能多的物體把熱量傳遞給內(nèi)能少的物體 B．熱量多的物體把熱量傳遞給熱量少的物體C．高溫物體把熱量傳遞給低溫物體 D．質(zhì)量大的物體把熱量傳遞給質(zhì)量小的物體5．下列說法正確的是（）A．只有通過做功，才能改變物體的內(nèi)能B．氣體被壓縮時(shí)，外界對氣體做功，氣體內(nèi)能減少C．物體的溫度越高，分子熱運(yùn)動的平均動能越大D．物體分子熱運(yùn)動的動能的總和，就是物體的內(nèi)能6．關(guān)于物體的內(nèi)能，下列說法中正確的是（）.A．不同物體，溫度相等，內(nèi)能也相等B．要使氣體分子的平均動能增大，外界必須向氣體傳熱C．做功和熱傳遞過程都能改變物體的內(nèi)能，但兩種過程的本質(zhì)不同D．1g0℃的水與1g0℃的冰內(nèi)能相等7．對于熱量、功和內(nèi)能三個(gè)物理量，下列各種說法中正確的是（）A．熱量和功與過程有關(guān)，而內(nèi)能與狀態(tài)有關(guān)B．熱量、功和內(nèi)能的物理意義相同C．熱量和功都可以作為內(nèi)能的量度D．內(nèi)能大的物體具有的熱量多8．如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置中，把浸有乙醚的一小塊棉花放在厚玻璃筒內(nèi)底部，當(dāng)很快向下壓活塞時(shí)，由于被壓縮的氣體驟然變熱，溫度升高達(dá)到乙醚的燃點(diǎn)，使浸有乙醚的棉花燃燒起來，此實(shí)驗(yàn)的目的是要說明對物體（）A．做功可以增加物體的熱量 B．做功可以改變物體的內(nèi)能C．做功一定會升高物體的溫度 D．做功一定可以使物態(tài)發(fā)生變化9．下列說法正確的是（）A．懸浮在空氣中的PM2.5顆粒的運(yùn)動是分子熱運(yùn)動B．一定質(zhì)量的晶體在熔化過程中，其內(nèi)能保持不變，分子勢能增大C．由于液體表面層分子間平均距離大于液體內(nèi)部分子間平均距離，液體表面存在張力D．在溫度不變的條件下，增大飽和汽的體積，最終會減少飽和汽的壓強(qiáng)10．下列四幅圖的有關(guān)說法中，不正確的是（）A．分子間距離為時(shí)，分子勢能最小B．估測油酸分子直徑d時(shí)，可把油酸分子簡化為球形處理C．食鹽晶體中的鈉、氯離子按一定規(guī)律分布，具有空間上的周期性D．猛推活塞，密閉的氣體溫度升高，壓強(qiáng)變大，氣體對外界做正功題組B能力提升練1．有關(guān)熱學(xué)的說法，正確的是（）A．熱量一定是從內(nèi)能大的物體傳遞到內(nèi)能小的物體B．氣體溫度升高，分子的平均動能一定增大C．隨著科技的進(jìn)步，物體的溫度可以降低到D．要使氣體的分子平均動能增大，外界必須向氣體傳熱2．下列關(guān)于內(nèi)能變化的說法中正確的是（）A．電流通過電阻，電阻會發(fā)熱，其內(nèi)能增加是通過熱傳遞方式實(shí)現(xiàn)B．一定量氣體經(jīng)加熱，其內(nèi)能一定增加C．氣體膨脹，它的內(nèi)能一定減少D．橡皮筋被拉長時(shí)，內(nèi)能增加3．在研究氣體性質(zhì)時(shí)，若分子間距離足夠大，可以不計(jì)分子大小和分子間相互作用力，我們把它叫做理想氣體。對于一定質(zhì)量的某種理想氣體，下列說法正確的是（）A．氣體溫度升高，每一個(gè)分子的動能都增大B．氣體溫度升高，氣體分子的平均動能增大C．外界對氣體做功，氣體內(nèi)能一定增大D．氣體對外界放熱，氣體內(nèi)能一定減小4．金屬筒內(nèi)裝有與外界溫度相同的壓縮空氣，打開筒的開關(guān)，筒內(nèi)高壓空氣迅速向外逸出，待筒內(nèi)外壓強(qiáng)相等時(shí)，立即關(guān)閉開關(guān)。在外界保持恒溫的條件下，經(jīng)過一段較長時(shí)間后，再次打開開關(guān)，這時(shí)出現(xiàn)的現(xiàn)象是（）A．筒外空氣流向筒內(nèi)B．筒內(nèi)空氣流向筒外C．筒內(nèi)外有空氣變換，處于動態(tài)平衡，筒內(nèi)空氣質(zhì)量不變D．筒內(nèi)外無空氣交換5．兩物體接觸后發(fā)生了熱傳遞，說法正確的是（）A．內(nèi)能大的物體向內(nèi)能小的物體傳遞熱量B．密度大的物體向密度小的物體傳遞熱量C．含熱量多的物體向含熱量少的物體傳遞D．分子平均動能大的物體向分子平均動能小的物體傳遞6．下列說法中正確的是（）A．物體的分子熱運(yùn)動動能的總和就是物體的內(nèi)能B．對于同一種氣體，溫度越高，分子平均動能越大C．要使氣體的分子平均動能增大，外界必須向氣體傳熱D．一定質(zhì)量的氣體，溫度升高時(shí)，分子間的平均距離一定增大7．某物體的溫度升高了，那么下列說法正確的是（）A．物體內(nèi)所有分子的動能都增大了B．物體內(nèi)分子的平均動能增大了C．物體的分子勢能一定增大了D．物體一定吸收了熱量8．研究氣體的性質(zhì)時(shí)，可以設(shè)想有一種氣體可以不計(jì)分子大小和分子間相互作用力，我們把它叫做理想氣體。對于一定質(zhì)量的某種理想氣體，下列說法正確的是（）A．氣體溫度升高，每一個(gè)分子的動能都增大 B．氣體溫度升高，氣體分子的平均動能增大C．氣體壓強(qiáng)是氣體分子間的斥力產(chǎn)生的 D．氣體對外界做功，氣體內(nèi)能一定減小9．高溫物體甲和低溫物體乙發(fā)生熱傳遞，最后達(dá)到熱平衡，這個(gè)過程的實(shí)質(zhì)是（）A．甲把內(nèi)能傳給乙，最后甲、乙兩者溫度相等B．甲把內(nèi)能傳給乙，最后甲、乙兩者內(nèi)能相等C．甲把溫度傳給乙，最后甲、乙兩者溫度相等D．甲把溫度傳給乙，最后甲、乙兩者內(nèi)能相等10．如圖所示，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（）A．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題組C培優(yōu)拔尖練1．如圖所示，A、B兩裝置均由一支一端封閉、一端開口且?guī)в胁Ａ莸墓軤钊萜骱退y槽組成，除玻璃泡在管上的位置不同外，其他條件都相同。將兩管抽成真空后，開口向下豎直插入水銀槽中（插入過程沒有空氣進(jìn)入管內(nèi)），水銀柱上升至圖示位置停止。假設(shè)這一過程水銀與外界沒有熱交換，則下列說法正確的是（）A．A中水銀的內(nèi)能增量大于B中水銀的內(nèi)能增量B．A管內(nèi)水銀的重力勢能大于B管的C．B中水銀的內(nèi)能增量大于A中水銀的內(nèi)能增量D．A和B中水銀體積保持不變，故內(nèi)能增量相同2．下列說法正確的是（）A．鐵塊熔化成鐵水的過程中，溫度不變，內(nèi)能增大B．物體運(yùn)動的速度增大，則物體中分子熱運(yùn)動的平均動能增大，物體的內(nèi)能增大C．A、B兩物體接觸時(shí)有熱量從物體A傳到物體B，這說明物體A的內(nèi)能大于物體B的內(nèi)能D．A、B兩物體的溫度相同時(shí)，A、B兩物體的內(nèi)能可能不同，分子的平均速率也可能不同3．汽車消耗的主要燃料是柴油和汽油．柴油機(jī)是靠壓縮汽缸內(nèi)的空氣點(diǎn)火的；而汽油機(jī)做功沖程開始時(shí)，汽缸中的汽油﹣空氣混合氣是靠火花塞點(diǎn)燃的．但是汽車蓄電池的電壓只有12V，不能在火花塞中產(chǎn)生火花，因此，要使用如圖所示的點(diǎn)火裝置，此裝置的核心是一個(gè)變壓器，該變壓器初級線圈通過開關(guān)連到蓄電池上，次級線圈接到火花塞的兩端，開關(guān)由機(jī)械控制，做功沖程開始時(shí)，開關(guān)由閉合變?yōu)閿嚅_，從而在次級線圈中產(chǎn)生10000V以上的電壓，這樣就能在火花塞中產(chǎn)生火花了．下列說法正確的是（）A．柴油機(jī)的壓縮點(diǎn)火過程是通過做功使空氣的內(nèi)能增大的B．汽油機(jī)點(diǎn)火裝置的開關(guān)若始終閉合，次級線圈的兩端也會有高壓C．接該變壓器的初級線圈的電源必須是交流電源，否則就不能在次級產(chǎn)生高壓D．汽油機(jī)的點(diǎn)火裝置中變壓器的次級線圈匝數(shù)必須遠(yuǎn)大于初級線圈的匝數(shù)4．下述各種改變物體內(nèi)能的方法，屬于做功方式的是（）A．冷物體接觸熱物體后變熱B．鋸木頭時(shí)，鋸條發(fā)熱C．電流通過電爐絲，電爐絲發(fā)熱D．物體在火爐旁被烤熱E.熱物體在通風(fēng)的地方?jīng)龅每?．質(zhì)量為2kg的水在太陽光的照射下，溫度升高5℃，水吸收的熱量為______J。這是通過______的方法改變了水的內(nèi)能。［J/（kg·℃）］6．氣體溫度計(jì)結(jié)構(gòu)如圖所示．玻璃測溫泡A內(nèi)充有理想氣體,通過細(xì)玻璃管B和水銀壓強(qiáng)計(jì)相連．開始時(shí)A處于冰水混合物中,左管C中水銀面在O點(diǎn)處,右管D中水銀面高出O點(diǎn)h1=14cm,后將A放入待測恒溫槽中,上下移動D,使C中水銀面仍在O點(diǎn)處,測得D中水銀面高出O點(diǎn)h2=44cm。(已知外界大氣壓為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓,標(biāo)準(zhǔn)大氣壓相當(dāng)于76cm高水銀柱產(chǎn)生的壓強(qiáng))(1)求恒溫槽的溫度_______；(2)此過程A內(nèi)氣體內(nèi)能____(選填“增大”或“減小”),氣體不對外做功,氣體將____(選填“吸熱”或“放熱”)。7．能量轉(zhuǎn)化和守恒是自然界中一條普遍規(guī)律．請結(jié)合相關(guān)知識完成下列問題：（1）機(jī)械運(yùn)動中的能量轉(zhuǎn)化和守恒．如圖所示，以光滑斜面固定在水平面上，斜面傾角為θ，長度為L．一質(zhì)量為m的小物塊由靜止開始，由斜面頂端滑到底端，求此過程中重力做的功，并說明能量轉(zhuǎn)化情況．（2）電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化和守恒．如圖所示，在垂直于紙面向里的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，兩根光滑平行金屬軌道，MN、PQ固定在豎直平面