2017-2018學(xué)年高中物理 第十章 熱力學(xué)定律 第1節(jié) 功和內(nèi)能 第2節(jié) 熱和內(nèi)能教學(xué)案 選修-

1、學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精第1、2節(jié) 功和內(nèi)能_熱和內(nèi)能1。絕熱過(guò)程：系統(tǒng)只由于外界對(duì)它做功而與外界交換能量，它不從外界吸熱,也不向外界放熱，這樣的過(guò)程叫做絕熱過(guò)程。2絕熱過(guò)程中系統(tǒng)內(nèi)能的增加量等于外界對(duì)系統(tǒng)所做的功，即uw。3熱傳遞:熱量從物體的高溫部分傳遞到低溫部分,或從高溫物體傳遞給低溫物體的物理過(guò)程。4系統(tǒng)在單純的傳熱過(guò)程中，內(nèi)能的增量u等于外界向系統(tǒng)傳遞的熱量q，即uq。5做功和熱傳遞是改變內(nèi)能的兩種方式且具有等效性，但二者實(shí)質(zhì)不同.一、焦耳的實(shí)驗(yàn)1絕熱過(guò)程系統(tǒng)只通過(guò)對(duì)外界做功或外界對(duì)它做功而與外界交換能量，它不從外界吸熱,也不向外界放熱.2代表實(shí)驗(yàn)（1）重物下落帶動(dòng)葉片攪拌容器中的

2、水，引起水溫度上升.(2）通過(guò)電流的熱效應(yīng)給水加熱。3實(shí)驗(yàn)結(jié)論要使系統(tǒng)狀態(tài)通過(guò)絕熱過(guò)程發(fā)生變化，做功的數(shù)量只由過(guò)程始末兩個(gè)狀態(tài)決定，而與做功的方式無(wú)關(guān).二、功和內(nèi)能1內(nèi)能的概念（1)內(nèi)能是描述熱力學(xué)系統(tǒng)自身狀態(tài)的物理量。(2）在絕熱過(guò)程中做功可以改變熱力學(xué)系統(tǒng)所處的狀態(tài)。2絕熱過(guò)程中內(nèi)能的變化(1)表達(dá)式:uw。（2)外界對(duì)系統(tǒng)做功，w為正；系統(tǒng)對(duì)外界做功，w為負(fù)。三、熱和內(nèi)能1熱傳遞（1)條件：物體的溫度不同.(2)過(guò)程：溫度不同的物體發(fā)生熱傳遞，溫度高的物體要降溫，溫度低的物體要升溫，熱量從高溫物體傳到低溫物體。（3)熱傳遞的三種方式：熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流、熱輻射.2熱和內(nèi)能（1)單純地對(duì)系統(tǒng)傳

3、熱也能改變系統(tǒng)的熱力學(xué)狀態(tài)，即熱傳遞能改變物體的內(nèi)能。（2）熱量：在單純的傳熱過(guò)程中系統(tǒng)內(nèi)能變化的量度。（3）單純的傳熱過(guò)程中內(nèi)能的變化。公式：uq.物體吸熱，q為正；物體放熱，q為負(fù)。1自主思考-判一判（1)溫度高的物體含有的熱量多.()（2）內(nèi)能多的物體含有的熱量多。（)(3)熱量一定從內(nèi)能多的物體傳遞給內(nèi)能少的物體。()(4)做功和熱傳遞都可改變物體的內(nèi)能，從效果上是等效的。(）（5)在絕熱過(guò)程中，外界對(duì)系統(tǒng)做的功小于系統(tǒng)內(nèi)能的增加量。()(6)熱傳遞只能發(fā)生在兩個(gè)物體間，同一物體不能發(fā)生熱傳遞。（)2合作探究-議一議（1）焦耳的熱功當(dāng)量實(shí)驗(yàn)和電流熱效應(yīng)給水加熱的實(shí)驗(yàn)中做功的方式相同嗎？

4、你能得出什么結(jié)論?提示：不同.在各種不同的絕熱過(guò)程中，系統(tǒng)狀態(tài)的改變與做功方式無(wú)關(guān)，僅與做功多少有關(guān).(2)用錘子反復(fù)敲打一塊鐵,鐵塊會(huì)發(fā)生怎樣的變化？為什么？提示：鐵塊的溫度升高，同時(shí)會(huì)發(fā)生形變，在敲打鐵塊的過(guò)程中，錘頭對(duì)鐵塊做功，使鐵塊的內(nèi)能增加，溫度升高.鐵塊由于受到力的作用，會(huì)發(fā)生形變。(3)熱傳遞是熱量從內(nèi)能多的物體傳遞給內(nèi)能少的物體嗎?提示：不是。熱傳遞是熱量從高溫物體傳向低溫物體，并非從內(nèi)能多的物體傳向內(nèi)能少的物體.功和內(nèi)能的關(guān)系1內(nèi)能與內(nèi)能變化(1）物體的內(nèi)能是指物體內(nèi)所有分子的動(dòng)能和勢(shì)能之和。因此,物體的內(nèi)能是一個(gè)狀態(tài)量。(2）當(dāng)物體溫度變化時(shí),分子平均動(dòng)能變化；物體體積變化

5、時(shí),分子勢(shì)能發(fā)生變化。因此，物體的內(nèi)能變化只由初、末狀態(tài)決定，與中間過(guò)程及方式無(wú)關(guān)。2做功與內(nèi)能變化的關(guān)系（1）做功改變物體內(nèi)能的過(guò)程是其他形式的能(如機(jī)械能)與內(nèi)能相互轉(zhuǎn)化的過(guò)程.（2）在絕熱過(guò)程中，外界對(duì)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。3功和內(nèi)能的區(qū)別(1)功是過(guò)程量，內(nèi)能是狀態(tài)量。(2)在絕熱過(guò)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(guò)程中，只有內(nèi)能變化越大時(shí)，相應(yīng)地做功才越多。1（多選)在下述各種現(xiàn)象中,由做功引起系統(tǒng)溫度變化的是()a在陽(yáng)光照射下,水的溫度升高b用鐵錘不斷錘打鉛塊，鉛塊溫度會(huì)升高c在爐火上燒水，水

6、的溫度升高d電視機(jī)工作一段時(shí)間，其內(nèi)部元件溫度升高解析：選bd陽(yáng)光照射下水溫升高是熱輻射使水的溫度升高，在爐火上燒水是熱傳導(dǎo)和對(duì)流使水的溫度升高，用鐵錘錘打鉛塊的過(guò)程，是做功的過(guò)程，鉛塊溫度升高，是由于外界做功引起的。電視機(jī)工作時(shí)，電流通過(guò)各元件，電流做功使其溫度升高.可見(jiàn)b、d是由做功引起溫度變化的。2采用絕熱的方式使一定量的氣體由初狀態(tài)a變化至末狀態(tài)b。對(duì)于不同的絕熱方式，下列說(shuō)法正確的是（）a對(duì)氣體所做的功不同b對(duì)氣體所做的功相同c對(duì)氣體不做功，因?yàn)闆](méi)有能量的傳遞d以上三種說(shuō)法都不對(duì)解析：選b對(duì)于一定質(zhì)量的氣體，不管采用任何一種絕熱方式由狀態(tài)a變化到狀態(tài)b，都是絕熱過(guò)程。在這一過(guò)程中，氣

7、體在初狀態(tài)a有一確定的內(nèi)能ua，在狀態(tài)b有另一確定的內(nèi)能ub，由絕熱過(guò)程中uubuaw知,w為恒量，所以b正確。3。 (多選）如圖10。1。1為焦耳實(shí)驗(yàn)裝置圖，用絕熱性能良好的材料將容器包好，重物下落帶動(dòng)葉片攪拌容器里的水，引起水溫升高。關(guān)于這個(gè)實(shí)驗(yàn)，下列說(shuō)法正確的是()圖10.1。1a這個(gè)裝置可測(cè)定熱功當(dāng)量b做功增加了水的熱量c做功增加了水的內(nèi)能d功和熱量是完全等價(jià)的，無(wú)區(qū)別解析：選ac將做功過(guò)程和吸熱過(guò)程在同等條件下比較，可測(cè)出熱功當(dāng)量,故a正確;做功增加了水的內(nèi)能,熱量只是熱傳遞過(guò)程中內(nèi)能改變的量度，故b錯(cuò)誤，c正確;做功和傳熱產(chǎn)生的效果相同，但功和熱量是不同的概念，d錯(cuò)誤。做功、熱傳遞

8、與內(nèi)能的關(guān)系1熱量與功：熱量和功都是系統(tǒng)內(nèi)能變化的量度，都是過(guò)程量，一定量的熱量與一定量的功相當(dāng)，熱量可以通過(guò)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為功,功也可以通過(guò)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為熱量,但它們之間有著本質(zhì)的區(qū)別。2改變內(nèi)能的兩種方式的比較：做功熱傳遞內(nèi)能變化外界對(duì)物體做功,物體的內(nèi)能增加；物體對(duì)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1以下所述現(xiàn)象中,屬于通過(guò)熱傳遞改變了物體內(nèi)能的是(）a將一段鐵絲反復(fù)彎折,彎折處會(huì)發(fā)熱b放在空氣中的一杯熱水會(huì)冷卻c在轉(zhuǎn)動(dòng)的

9、砂輪上磨車(chē)刀,車(chē)刀發(fā)熱d電流通過(guò)電阻絲解析:選b不論物體是發(fā)熱還是冷卻，物體的溫度都發(fā)生了變化，都是內(nèi)能的改變。彎折鐵絲是用力對(duì)物體做功，在轉(zhuǎn)動(dòng)的砂輪上磨車(chē)刀是摩擦力對(duì)車(chē)刀做功,電流通過(guò)電阻絲并做功，所以三者都是通過(guò)做功改變物體內(nèi)能的，熱水放在空氣中，通過(guò)熱輻射以及對(duì)流等方式向外傳遞了熱量，而使自身的內(nèi)能減少，溫度下降，它是通過(guò)熱傳遞方式改變內(nèi)能的，所以應(yīng)選b。2(多選)對(duì)于熱量、功、內(nèi)能這三個(gè)量，下列說(shuō)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(guó)際單位都相同d熱量和功是由過(guò)程決定的，而內(nèi)能是由物體的狀態(tài)決定的解析：選cd熱量、

10、功和內(nèi)能的國(guó)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(guò)程量，內(nèi)能是狀態(tài)量;熱量和功二者可作為物體內(nèi)能改變的量度而不是內(nèi)能大小的量度。故c、d正確。3關(guān)于物體的內(nèi)能以及變化,以下說(shuō)法正確的是()a物體的溫度改變時(shí)，其內(nèi)能必定改變b物體對(duì)外做功，其內(nèi)能不一定改變；向物體傳遞熱量，其內(nèi)能也不一定改變c物體對(duì)外做功，其內(nèi)能必定改變，物體向外傳出一定熱量其內(nèi)能必定改變d若物體與外界不發(fā)生熱交換，則物體的內(nèi)能必定不改變解析:選b一定質(zhì)量的物體,其內(nèi)能由溫度和體積共同決定。物體的溫度改變時(shí)，其內(nèi)能不一定改變，所以a錯(cuò)誤；做功和熱傳遞是改變物體內(nèi)能的兩種方式.若物體對(duì)外做功為w,同

11、時(shí)吸收的熱量為q，且若wq,則物體的內(nèi)能減少;若wq，則物體的內(nèi)能不變;若wq，則物體的內(nèi)能增加。所以b正確，c、d錯(cuò)誤。1金屬制成的汽缸中裝有柴油與空氣的混合物，有可能使汽缸中柴油達(dá)到燃點(diǎn)的過(guò)程是（)a迅速向里推活塞b迅速向外拉活塞c緩慢向里推活塞 d緩慢向外拉活塞解析：選a迅速向里推活塞壓縮氣體時(shí)，對(duì)氣體做功,使氣體內(nèi)能急劇增加，氣體來(lái)不及向外傳熱，溫度很快升高，達(dá)到柴油的著火點(diǎn)，使之燃燒起來(lái)。2（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(kāi)始接觸到熱平衡的整個(gè)過(guò)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

12、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達(dá)到熱平衡時(shí)，銅塊的溫度td達(dá)到熱平衡時(shí)，兩者的溫度相等解析:選ad一個(gè)系統(tǒng)在熱交換的過(guò)程中,如果不與外界發(fā)生熱交換，溫度高的物體放出的熱量等于溫度低的物體吸收的熱量,直到溫度相等，不再發(fā)生熱交換為止，而熱量是傳熱過(guò)程中內(nèi)能的變化量,所以選項(xiàng)a和d都正確，選項(xiàng)b錯(cuò)誤.根據(jù)熱平衡方程：c銅m(t1t）c鐵m(tt2)，解得t，由此可知選項(xiàng)c錯(cuò)誤.3(多選)對(duì)于熱量、功和內(nèi)能三者的下列說(shuō)法中正確的是(）a三者單位相同，物理意義相同b熱量和功是內(nèi)能的量度c熱量和功由過(guò)程決定，而內(nèi)能由物體狀態(tài)決定d系統(tǒng)內(nèi)能增加了100 j，可能

13、是外界采用絕熱方式對(duì)系統(tǒng)做功100 j,也可能是外界單純地對(duì)系統(tǒng)傳熱100 j解析：選cd熱量、功和內(nèi)能三者盡管單位相同，但物理意義有本質(zhì)區(qū)別，a錯(cuò).熱量和功由過(guò)程決定，內(nèi)能由物體狀態(tài)決定，熱量和功是內(nèi)能變化的量度，c對(duì)，b錯(cuò)。對(duì)一個(gè)絕熱過(guò)程uw100 j，對(duì)一個(gè)單純熱傳遞過(guò)程uq100 j，d對(duì)。4汽缸中一定質(zhì)量的理想氣體內(nèi)能增加了180 j，下列說(shuō)法中正確的是(）a一定是外界物體做了180 j的功b一定是氣體吸收了180 j的熱量c一定是氣體分子總動(dòng)能增加了180 jd物體分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能可能不變解析:選c做功和熱傳遞都可以改變物體的內(nèi)能，氣體的內(nèi)能改變180 j,其方式是不確定的，因

14、此a、b兩項(xiàng)錯(cuò)誤。而理想氣體的內(nèi)能是所有分子動(dòng)能的總和，總動(dòng)能增加了,分子數(shù)沒(méi)變，平均動(dòng)能一定增加，故d項(xiàng)錯(cuò)誤，c項(xiàng)正確。5.如圖1所示，活塞將汽缸分成甲、乙兩氣室，汽缸、活塞（連同拉桿）是絕熱的，且不漏氣。以e甲、e乙分別表示甲、乙兩氣室中氣體的內(nèi)能，則在將拉桿緩慢向外拉的過(guò)程中（）圖1ae甲不變，e乙減小 be甲不變，e乙增大ce甲增大，e乙不變 de甲增大，e乙減小解析：選d接觸面是絕熱面，拉動(dòng)拉桿,對(duì)乙部分氣體來(lái)講，系統(tǒng)對(duì)外界做功，內(nèi)能減小，溫度降低；對(duì)甲部分氣體來(lái)講,外界對(duì)系統(tǒng)做功,內(nèi)能增加，故d對(duì)。6.如圖2所示，厚壁容器的一端通過(guò)膠塞插進(jìn)一支靈敏溫度計(jì)和一根氣針，另一端有個(gè)用卡子

15、卡住的可移動(dòng)膠塞.用打氣筒通過(guò)氣針慢慢向容器內(nèi)打氣，使容器內(nèi)的壓強(qiáng)增加到一定程度，這時(shí)讀出溫度計(jì)示數(shù)。打開(kāi)卡子,膠塞沖出容器口后()圖2a溫度計(jì)示數(shù)變大，實(shí)驗(yàn)表明氣體對(duì)外界做功,內(nèi)能減少b溫度計(jì)示數(shù)變大，實(shí)驗(yàn)表明外界對(duì)氣體做功，內(nèi)能增加c溫度計(jì)示數(shù)變小，實(shí)驗(yàn)表明氣體對(duì)外界做功，內(nèi)能減少d溫度計(jì)示數(shù)變小,實(shí)驗(yàn)表明外界對(duì)氣體做功,內(nèi)能增加解析：選c膠塞沖出容器口后，氣體膨脹，對(duì)外做功，w0。由于沒(méi)時(shí)間進(jìn)行熱交換，由uw可知內(nèi)能減小.內(nèi)能等于分子動(dòng)能與勢(shì)能之和，由于體積增大，勢(shì)能增大，由此可知分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能減小，所以溫度降低，故c正確。7一底端固定的斜面高0.6 m,傾角是30,質(zhì)量為1 kg

16、的物塊由頂端滑到底端，已知物塊與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.5，如果由摩擦損失的機(jī)械能全部變成了內(nèi)能，求在這一過(guò)程中物塊與斜面組成的系統(tǒng)的內(nèi)能增加量。(g取10 m/s2）解析:物塊沿粗糙斜面下滑的過(guò)程中克服摩擦力做的功wmgscos 30,其中斜面長(zhǎng)s，代入上式得wmghcot 300。51100。6 j5.2 j.系統(tǒng)與外界之間可認(rèn)為沒(méi)有熱交換，物塊與斜面組成的系統(tǒng)的內(nèi)能增加量uw5。2 j。答案：5.2 j8。氣體溫度計(jì)結(jié)構(gòu)如圖3所示。玻璃測(cè)溫泡a內(nèi)充有理想氣體,通過(guò)細(xì)玻璃管b和水銀壓強(qiáng)計(jì)相連。開(kāi)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)h114 cm。后將a放入待測(cè)恒溫槽中，上下移動(dòng)d，使c中水銀面仍在o點(diǎn)處，測(cè)得d中水銀面高出o點(diǎn)h244 cm.（已知外界大氣壓為1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓相當(dāng)于76 cmhg)圖3（1)求恒溫槽的溫度.（2)此過(guò)程a內(nèi)氣體內(nèi)能_（選填“增大或“減小”），氣體不對(duì)外做功,氣體將_(選填“吸熱”或“放熱）。解析：（1）設(shè)恒