2024-2025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)能學(xué)案新人教版選修3-3

PAGE1-第1節(jié)功和內(nèi)能第2節(jié)熱和內(nèi)能1.了解焦耳的兩個試驗(yàn)原理，知道做功和熱傳遞的實(shí)質(zhì)．2.知道做功和熱傳遞是變更內(nèi)能的兩種方式，理解做功和熱傳遞對變更系統(tǒng)內(nèi)能是等效的，明確兩種方式的區(qū)分．3.明確內(nèi)能、功、熱量、溫度四個物理量的區(qū)分和聯(lián)系．4.通過焦耳試驗(yàn)的探究，培育科學(xué)探究精神．一、焦耳的試驗(yàn)1．絕熱過程：系統(tǒng)只由于外界對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．焦耳的代表性試驗(yàn)(1)重物下落帶動葉片攪拌容器中的水，引起水溫上升．(2)通過電流的熱效應(yīng)給水加熱．3．試驗(yàn)結(jié)論：要使系統(tǒng)狀態(tài)通過絕熱過程發(fā)生變更，做功的數(shù)量只由過程始末兩個狀態(tài)確定而與做功的方式無關(guān)．1．(1)某一系統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)絕熱過程時，只要初末狀態(tài)相同，則做功數(shù)量也肯定相同．()(2)在絕熱過程中，做功方式不同會干脆影響系統(tǒng)狀態(tài)變更的最終結(jié)果．()提示：(1)√(2)×二、功和內(nèi)能1．內(nèi)能：依靠于一個熱力學(xué)系統(tǒng)自身狀態(tài)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)能變更的關(guān)系：ΔU＝W．2．(1)轉(zhuǎn)動的葉片不斷攪動水，水溫上升．()(2)在絕熱過程中，外界對氣體做功，氣體內(nèi)能增加．()(3)在絕熱過程中，氣體對外界做功，氣體內(nèi)能削減．()提示：(1)√(2)√(3)√三、熱和內(nèi)能1．熱傳遞：熱量總是從高溫物體向低溫物體傳遞．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內(nèi)能變更的量度．(2)公式表達(dá)：ΔU＝Q．3．(1)做功和熱傳遞都可以變更物體的內(nèi)能，從效果上是等效的．()(2)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．()(3)熱傳遞只能發(fā)生在兩個物體間，同一物體不能發(fā)生熱傳遞．()(4)功和內(nèi)能都是能量轉(zhuǎn)化的量度．()提示：(1)√(2)×(3)×(4)×做功和內(nèi)能變更的關(guān)系1．做功與內(nèi)能變更的關(guān)系(1)做功變更物體內(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)分(1)功是過程量，內(nèi)能是狀態(tài)量．(2)在絕熱過程中，做功肯定能引起內(nèi)能的變更．(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)能變更越大時，相應(yīng)地做功才越多．(1)外界對某一系統(tǒng)做功時系統(tǒng)的內(nèi)能不肯定增加，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．景頗族的祖先獨(dú)創(chuàng)的點(diǎn)火器如圖所示，用牛角做套筒，木制推桿前端粘著艾絨，猛推推桿，艾絨即可點(diǎn)燃．對筒內(nèi)封閉的氣體，在此壓縮過程中()A．氣體溫度上升，壓強(qiáng)不變B．氣體溫度上升，壓強(qiáng)變大C．氣體對外界做正功，氣體的內(nèi)能增加D．外界對氣體做正功，氣體的內(nèi)能削減[解題探究](1)猛推推桿，外界對氣體做______功，“猛推”示意該過程可看做______過程．(2)氣體溫度與內(nèi)能大小的關(guān)系為________．[解析]對封閉氣體，猛推推桿壓縮的過程中，時間極短，傳熱不計(jì)，故該過程中外界對氣體做正功，使其內(nèi)能增加，選項(xiàng)C、D均錯誤．因氣體的內(nèi)能是全部分子動能與分子勢能之和，而氣體的分子間距很大，分子力可以忽視，故分子勢能不計(jì)，所以分子的平均動能增加，溫度上升，再由氣體狀態(tài)方程eq\f(pV,T)＝C可知，氣體的壓強(qiáng)變大，故選項(xiàng)A錯誤，選項(xiàng)B正確．[答案]Beq\a\vs4\al()(1)依據(jù)氣體體積變更推斷做功狀況：氣體膨脹，氣體對外界做功；氣體壓縮，外界對氣體做功，但氣體向真空自由膨脹時不做功．(2)通過“快速”“緩慢”等關(guān)鍵性字眼建立物理模型．“快速”是指來不及熱交換，可以認(rèn)為是“絕熱過程”；“緩慢”是指這一過程中能夠進(jìn)行熱交換．1.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)高壓空氣快速向外溢出，待筒內(nèi)、外壓強(qiáng)相等時，馬上關(guān)閉開關(guān)．在外界保持恒溫的條件下，經(jīng)過一段較長的時間后，再次打開開關(guān)，這時出現(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)、外有空氣交換，處于動態(tài)平衡，筒內(nèi)空氣質(zhì)量不變D．筒內(nèi)、外無空氣交換解析：選B．因高壓空氣急劇外溢時，氣體來不及充分與外界發(fā)生熱交換，可近似看成絕熱膨脹過程，氣體對外做功，內(nèi)能減小，所以關(guān)閉開關(guān)時，筒內(nèi)氣體溫度較外界偏低，再經(jīng)過較長時間后，筒內(nèi)、外氣體溫度相同．對筒內(nèi)剩余氣體分析，屬于等容升溫過程，壓強(qiáng)要增大，大于外界氣壓，所以再打開開關(guān)時，筒內(nèi)氣體要流向筒外，B對.熱傳遞和內(nèi)能變更的關(guān)系1．在單純傳熱中，系統(tǒng)從外界汲取多少熱量，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)能就削減多少．即ΔU＝U2－U1＝Q.2．傳熱變更物體內(nèi)能的過程是物體間內(nèi)能轉(zhuǎn)移的過程．(多選)在外界不做功的狀況下，物體的內(nèi)能增加了50J，下列說法中正確的是()A．肯定是物體放出了50J的熱量B．肯定是物體汲取了50J的熱量C．肯定是物體分子動能增加了50JD．物體的分子平均動能可能不變[解析]在外界不做功的狀況下，內(nèi)能的變更等于傳遞的熱量，內(nèi)能增加，肯定是汲取了相等能量的熱量，故A錯誤、B正確．物體內(nèi)能包括全部分子的動能和勢能，內(nèi)能由分子數(shù)、分子平均動能、分子勢能共同確定，所以內(nèi)能增加了50J并不肯定是分子動能增加了50J．物體的分子平均動能有可能不變，這時汲取的50J熱量全部用來增加分子勢能．故選B、D．[答案]BDeq\a\vs4\al()內(nèi)能的變更與熱量的聯(lián)系：在單純的熱傳遞過程中，系統(tǒng)內(nèi)能的增加量等于外界向系統(tǒng)傳遞的熱量．2.以下所述現(xiàn)象中屬于通過傳熱變更物體內(nèi)能的是()A．將一段鐵絲反復(fù)彎折，彎折處會發(fā)熱B．放在空氣中的一杯熱水會冷卻C．在轉(zhuǎn)動的砂輪上磨車刀，車刀發(fā)熱D．電流通過電阻絲解析：選B．不論物體是發(fā)熱還是冷卻，物體的溫度都發(fā)生了變更，都是內(nèi)能的變更．彎折鐵絲是對鐵絲做功，在轉(zhuǎn)動的砂輪上磨車刀是摩擦力對車刀做功，電流通過電阻絲是電流做功，所以A、C、D都是通過做功來變更物體的內(nèi)能．熱水放在空氣中，通過熱輻射以及熱對流等方式向外傳遞了熱量，使自身的內(nèi)能削減，溫度降低，它是通過傳熱方式變更物體內(nèi)能的，所以選項(xiàng)B正確．做功與熱傳遞的區(qū)分與聯(lián)系比較項(xiàng)做功傳熱內(nèi)能變更外界對物體做功，物體的內(nèi)能增加；物體對外界做功，物體的內(nèi)能削減物體汲取熱量，內(nèi)能增加；物體放出熱量，內(nèi)能削減物理實(shí)質(zhì)其他形式的能與內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)化．當(dāng)機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能時，必需通過物體的宏觀運(yùn)動才能實(shí)現(xiàn)不同物體間或同一物體的不同部分之間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移．物體間發(fā)生傳熱的必要條件是存在溫度差相互聯(lián)系做肯定量的功或傳遞肯定量的熱量在變更內(nèi)能的效果上是相同的(多選)下列說法中正確的是()A．做功和傳熱是變更物體內(nèi)能的兩種本質(zhì)不同的物理過程，做功是其他形式的能和內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)化，傳熱是物體內(nèi)能的轉(zhuǎn)移B．外界對物體做功，物體的內(nèi)能肯定增大C．物體向外界放熱，物體的內(nèi)能肯定增大D．物體內(nèi)能發(fā)生了變更，可能是做功引起的，也可能是傳熱引起的，還可能是兩者共同引起的[解析]做功和傳熱變更物體內(nèi)能的本質(zhì)不同，因?yàn)樽龉Φ倪^程肯定是不同形式的能相互轉(zhuǎn)化的過程，而傳熱是同種形式的能量(內(nèi)能)在不同的物體之間或物體不同的部分之間傳遞或轉(zhuǎn)移，故選項(xiàng)A正確．物體內(nèi)能的變更取決于做功和傳熱兩種途徑，單就一個方面的變更不足以斷定其內(nèi)能的變更狀況，故選項(xiàng)B、C錯誤，D正確．[答案]AD3.下列關(guān)于做功和傳熱的說法中正確的是()A．做功和傳熱的實(shí)質(zhì)是相同的B．做功和傳熱在變更物體內(nèi)能上是等效的C．做功和傳熱是對同一過程中的兩種說法D．做功和傳熱是不行能同時發(fā)生的解析：選B．做功和傳熱在變更物體內(nèi)能上是等效的，但本質(zhì)不同．做功是將其他形式的能量轉(zhuǎn)化為內(nèi)能或?qū)?nèi)能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量，傳熱是內(nèi)能的轉(zhuǎn)移，且做功和傳熱可以同時進(jìn)行，故B選項(xiàng)正確.溫度、熱量和內(nèi)能的區(qū)分與聯(lián)系比較項(xiàng)區(qū)分聯(lián)系熱量和內(nèi)能內(nèi)能是狀態(tài)量，熱量是過程量，熱量的概念在涉及能量傳遞時才有意義．熱量對應(yīng)物體狀態(tài)變更的一個過程，而內(nèi)能對應(yīng)一個狀態(tài)在單純傳熱的過程中，物體汲取熱量，內(nèi)能增加，物體放出熱量，內(nèi)能減小，熱量是內(nèi)能變更的量度熱量和溫度熱量是系統(tǒng)內(nèi)能變更的量度，而溫度是系統(tǒng)內(nèi)部大量分子做無規(guī)則熱運(yùn)動的猛烈程度的標(biāo)記．雖然傳熱的前提是兩個系統(tǒng)之間要有溫度差，但是傳遞的是熱量，不是溫度傳熱過程中放出的熱量多少與溫度差有肯定的關(guān)系內(nèi)能和溫度從宏觀看，溫度表示的是物體的冷熱程度；從微觀看，溫度反映了分子熱運(yùn)動的猛烈程度，是分子平均動能的標(biāo)記．只上升物體的溫度，其內(nèi)能肯定增加兩者相比，溫度高的物體內(nèi)能不肯定大；反過來內(nèi)能大的物體，溫度也不肯定高關(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，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．發(fā)生熱傳遞的條件是兩物體之間存在溫度差[解析]熱量是物體間進(jìn)行熱傳遞時內(nèi)能的轉(zhuǎn)移，不能說物體含有多少熱量，故A錯；物體的吸熱或放熱對應(yīng)物體的內(nèi)能變更，并不對應(yīng)物體內(nèi)能的大小，故B錯；由于做功和熱傳遞都可引起物體內(nèi)能的變更，只依據(jù)做功無法精確推斷物體內(nèi)能的變更，故C錯；物體間發(fā)生熱傳遞的條件是存在溫度差，故D對．[答案]Deq\a\vs4\al()物理量之間進(jìn)行比較時，關(guān)鍵是弄清物理量的概念及其意義，特殊是簡單混淆的一些概念，它們肯定有不同之處，如內(nèi)能、功和熱量的區(qū)分關(guān)鍵之處是狀態(tài)量與過