《2017-2018学年高中物理 第十章 热力学定律 10.1 功和内能 10.2 热和内能 新人教版选修3-3》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2017-2018学年高中物理 第十章 热力学定律 10.1 功和内能 10.2 热和内能 新人教版选修3-3（28页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、章 热力学定律 1 功和内能 2 热和内能 读一读思一思辨一辨议一议 一、焦耳实验 阅读教材第50页“焦耳的实验”部分,知道什么是绝热过程,了解 焦耳实验的代表性实验及实验结论。 1.实验条件 绝热过程:系统只通过对外界做功或外界对它做功而与外界交换 能量,它不从外界吸热,也不向外界放热。 2.代表性实验 (1)让重物下落带动叶片搅拌容器中的水,引起水温上升。 (2)通过电流的热效应给水加热。 3.实验结论 在各种不同的绝热过程中,如果使系统从状态1变为状态2,所需 外界做功的数量是相同的,即要使系统状态通过绝热过程发生变化 ,做功的数量只由过程始末两个状态1、2决定,而与做功的方式无 关。
2、读一读思一思辨一辨议一议 二、功和内能 阅读教材第51页“内能”部分,知道什么是内能,了解绝热过程中 做功与内能变化的关系。 1.什么是系统的内能? 答案:任何一个热力学系统都必定存在一个只依赖于系统自身状 态的物理量,这个物理量在两个状态间的差别与外界在绝热过程中 对系统做的功相联系,是系统的一种能量,我们把它称为系统的内 能。 2.绝热过程中做功与系统内能变化的关系是怎样的? 答案:当系统从某一状态经过绝热过程达到另一状态时,内能的 增加量U就等于外界对系统所做的功W,即U=W。 读一读思一思辨一辨议一议 三、热和内能 阅读教材第52页第一、二、三自然段,知道什么是热传递,了解 热量的含义
3、,体会热量和内能有什么关系。 1.什么叫热传递? 答案:热量从高温物体传到低温物体的过程。 2.实现热传递的条件是什么? 答案:两物体间存在着温度差。 3.热传递与系统内能变化的关系是怎样的? 答案:系统在单纯的传热过程中内能的增量U等于外界向系统 传递的热量Q,即U=Q。 读一读思一思辨一辨议一议 4.试简述对热量的理解。 答案:是用来衡量热传递过程中内能变化多少的一个物理量,是 一个过程量,不能说物体具有多少热量,只能说物体吸收或放出了 多少热量。 四、热和功的比较 阅读教材第52页第四自然段,知道内能改变的两种方式,识别做 功和热传递都是什么能量之间的转化。 1.改变系统内能的方式有哪些
4、? 答案:做功和热传递。 2.做功和热传递在改变物体内能方面实质相同吗? 答案:不相同。做功时内能与其他形式的能发生转化;而热传递 只是不同物体间内能的转移。 读一读思一思辨一辨议一议 1.思考辨析。 (1)在绝热过程中,系统对外界做的功等于系统内能的增加量。( ) 解析:在绝热过程中,外界对系统做的功等于系统内能的增加量; 系统对外界做的功等于系统内能的减少量。 答案: (2)功和内能都是能量转化的量度。( ) 解析:功是能量转化的量度,内能不是能量转化的量度。 答案: 读一读思一思辨一辨议一议 (3)温度高的物体含有的热量多。( ) 解析:热量是个过程量,只有当两物体发生热传递时,热量才从
5、一 个物体转移到另一个物体。 答案: (4)热量一定从内能多的物体传递给内能少的物体。( ) 解析:热传递的条件是两物体存在温度差,热量是从温度高的物 体传递给温度低的物体。 答案: 读一读思一思辨一辨议一议 2.探究讨论。 (1)教材第50页演示实验图10.1-1反映了怎样的能量转化过程? 答案:做功可以改变物体的内能,本实验就是通过外力做功,机械 能转化为内能。筒底物品内能增加,温度达到着火点而燃烧。 (2)当我们双手靠近火源时,立即就会感受到手变热了;冬天,当天 气冷时,我们搓搓手就会感到手暖一些。这些各是利用什么方式改 变内能的? 答案:靠近火源是利用热传递让手变热;搓搓手是利用做功让
6、手 变热。 读一读思一思辨一辨议一议 (3)两个热力学系统达到热平衡后还发生热传递吗?它们的内能 相等吗? 答案:它们达到热平衡时温度相同,不再发生热传递,其分子的平 均动能相等,但无法判断内能是否相等。 (4)锯木头时,锯子发热现象中能量是如何转化的? 锯木头时锯子发热 答案:通过做功过程使机械能转化为内能。 探究一探究二 问题导引 如图所示,大口玻璃瓶内有一些水,水的上方有水蒸气,向瓶内打 气,在瓶塞跳出的过程中,会观察到什么现象?这个过程是外界对系 统做功还是系统对外界做功?该过程系统的内能如何变化? 要点提示当瓶塞跳出时,我们会发现瓶内的瓶口处有“白雾”产生 。我们所选的研究对象是瓶内
7、水面上方的水蒸气,在瓶塞跳出的过 程中,是系统膨胀对外界做功,在这个过程中系统的内能减少,温度 降低。瓶内和瓶口处的“白雾”实际上是瓶内的水蒸气遇冷液化形 成的小液滴。 探究一探究二 名师精讲 1.内能与内能的变化 (1)物体的内能是指物体内所有分子的动能和势能之和。因此,物 体的内能是一个状态量。 (2)当物体温度变化时,分子的平均动能变化;物体的体积变化时, 分子势能发生变化,因此物体的内能变化只由初末状态决定,与中 间过程及方式无关。 2.做功与内能变化的关系 (1)做功改变物体内能的过程是其他形式的能(如机械能)与内能 相互转化的过程。 (2)在绝热过程中,外界对物体做多少功,就有多少
8、其他形式的能 转化为内能,物体的内能就增加多少,即U=W。 探究一探究二 3.功和内能的区别 (1)功是能量转化的量度,是过程量,而内能是状态量。 (2)做功过程中,能量一定会发生转化,而内能不一定变化,只有在 绝热过程中,做功才一定能引起内能的变化。 (3)物体的内能大,并不意味着做功多。在绝热过程中,只有内能 变化较大时,才对应着做功较多。 4.判断绝热过程中内能变化的方法 判断气体绝热过程的内能变化一般情况下只需看气体体积变化 就可决定: 若体积增大,气体对外界做功,W0,内能增加。 温馨提示气体自由膨胀时,气体与外界相互不做功,因此这种情 况下气体体积增大没有外界阻力,也就不需要对外界
9、做功。 探究一探究二 典例剖析 【例题1】 导学号60854083 如图所示,一定质量的理想气体密封在绝热(即与外界不发生热 交换)容器中,容器内装有一可以活动的绝热活塞。今对活塞施以 一竖直向下的压力F,使活塞缓慢向下移动一段距离后,气体的体积 减小。若忽略活塞与容器壁间的摩擦,则被密封的气体( ) A.温度升高,压强增大,内能减少 B.温度降低,压强增大,内能减少 C.温度升高,压强增大,内能增加 D.温度降低,压强减小,内能增加 探究一探究二 【思考问题】 (1)“绝热容器”是什么意思? 提示系统既不向外界传热,又不从外界吸热。 (2)活塞缓慢向下移动一段距离时做功情况怎样? 提示外界对
10、理想气体做了功。 解析:由F对密闭的理想气体做正功,容器及活塞绝热,知Q=0,由 功和内能的关系知理想气体内能增大,温度T升高,再根据 ,体 积V减小,压强p增大,故选C。 答案:C 探究一探究二 归纳总结 分析绝热过程的方法 (1)在绝热的情况下,若外界对系统做正功,系统内能增加;若系统 对外界做正功,系统内能减少,此过程做功的多少为转化为内能多 少的量度。 (2)在绝热过程中,内能和其他形式的能一样也是状态量,气体的 初、末状态确定了,即在初、末状态的内能也相应地确定了,内能 的变化U也确定了,而功是能量转化的量度,所以U=W,即W也确 定了,这也是判断绝热过程的一种方法。 探究一探究二
11、变式训练1一定质量的理想气体经历一缓慢的绝热膨胀过程。设 气体分子间的势能可忽略,则在此过程中( ) A.外界对气体做功,气体分子的平均动能增大 B.外界对气体做功,气体分子的平均动能减小 C.气体对外界做功,气体分子的平均动能增大 D.气体对外界做功,气体分子的平均动能减小 解析:绝热膨胀过程是指气体膨胀过程未发生热传递,膨胀过程 气体体积增大,外界对气体做的功W0,由U=U2-U1=W可知,气体 内能减少。由于气体分子间的势能忽略,故气体分子的平均动能减 小。故选项D正确。 答案:D 探究一探究二 问题导引 到了冬天人们会采取很多方式取暖。电暖器就是很常见的一种 取暖工具,电暖器是采用哪种
12、方式供暖的?能不能说电暖器具有多 少热量? 要点提示热传递。不能。 名师精讲 温度、内能和热量的区别与联系 探究一探究二 探究一探究二 典例剖析 【例题2】 A、B两物体之间接触,但没有发生热传递,则( ) A.两物体所含有的热量相等 B.两物体的内能相等 C.两物体的温度相同 D.两物体的内能不一定相等 【思考问题】 (1)热传递发生的条件是什么? 提示物体之间存在着温度差,高温物体放出热量,低温物体吸收 热量,若两物体温度相同,它们之间便不会发生热传递。 (2)物体的温度相等时,内能相等吗? 提示不一定相等。 探究一探究二 解析:处于热平衡的两物体温度相等,不发生热传递。物体的内 能取决于
13、物体的物质的量、温度和体积,温度相等,内能不一定相 等,所以选项C、D正确。 答案:CD 归纳总结 热传递的过程分析 热量是热传递过程中物体内能变化的量度,在只有热传递的过程 中,没有做功,物体吸收多少热量,它的内能就增加多少;反之,物体的 内能减少多少,物体就放出多少热量。 探究一探究二 变式训练2对于热量、功、内能三个物理量,下列说法中正确的 是( ) A.热量、功、内能三者的物理意义等同 B.热量、功都可以作为物体内能的量度 C.热量、功、内能的单位不相同 D.热量和功是由过程决定的,而内能是由物体状态决定的 探究一探究二 解析:物体的内能是指物体所有分子动能和势能的总和,而要改 变物体
14、的内能可以通过做功和热传递两种途径,这三者的物理意义 不同,选项A不正确。热量是表示在热传递过程中,物体内能变化的 多少,而功是用做功方式来改变物体内能时内能变化的多少,它们 都是物体内能变化的量度,而不是内能的量度,故选项B不正确。热 量、功、内能三者的单位是一样的,都是焦耳,选项C不正确。热量 和功是在物体进行内能的转移或转化过程中的量度,而物体的内能 是由物体本身所处的状态,即是由温度、体积所决定的,故选项D正 确。 答案:D 12345 1.(做功对内能的影响)在一个绝热汽缸里,若因气体膨胀,活塞把重 物逐渐举高,则在这个过程中,汽缸中的气体(可视为理想气体)( ) A.温度升高B.温
15、度降低 C.内能增加D.内能减少 解析:汽缸绝热,封闭气体膨胀对活塞做功,气体的内能减少。理想 气体的内能只与气体的温度有关,可知气体内能减少,温度降低,故B 、D两项正确。 答案:BD 12345 2.(对热传递的理解)关于热传递,下列说法正确的是( ) A.热传递是高温物体的温度传给低温物体 B.并不接触的物体之间不会发生热传递 C.比热容相同的物体之间不会发生热传递 D.温度相同的物体之间不会发生热传递 解析:热传递实质是内能从高温物体转移到低温物体,传递的不是 温度,传递的是热量,A项错误;不接触的物体之间可以通过热辐射 的方式进行热传递,B项错误;热量总是从温度高的物体传递给温度 低
16、的物体,和物体的比热容没有关系,C项错误;温度相同的物体之 间不存在温度差,不会发生热传递,D项正确。 答案:D 12345 3.(温度、热量、内能的意义)关于温度、热量、内能,以下说法正 确的是( ) A.一个铁块的温度升高,其内能增大 B.物体吸收热量,其温度一定升高 C.温度高的物体比温度低的物体含有的热量多 D.温度总是从物体热的部分传递至冷的部分 解析:选项B中,物体吸收热量,温度不一定就升高,例如晶体熔化、 液体沸腾这些过程。选项C中热量是在热传递过程中传递能量的 多少,是过程量,因此不能说物体含有热量。选项D中,在热传递的 过程中,传递的是能量,不是温度,温度变化是能量变化的表象。 答案:A 12345 4.(做功与内能的关系)在绝热过程中,外界压缩气体做功20 J,下列 说法正确的是( ) A.气体内能一定增加20 J B.气体内能增加必定小于20
