3.1 功、热和内能的改变（学案） 高二物理人教版（2019）选择性必修第三册

第三章 热力学定律
第1节 功、热和内能的改变
学习目标
1.知道绝热过程的含义。
2.能从热力学的角度认识内能的概念。
3.理解做功与内能改变之间的关系。
4.知道热传递过程中，物体吸收(放出)热量，温度升高(降低)，内能改变。
5.了解热量的概念，知道热量的单位是焦耳。
重点难点
重点
1.做功与内能改变关系的探究。
2.吸收(放出)热量与内能改变关系的探究。
3.内能概念的建立。
难点
1.内能概念的建立。
2.绝热过程中功与内能的关系。
自主探究
1.系统只由于外界对它做功而与外界交换 ，它不从外界吸热，也不向外界 ，这样的过程叫作绝热过程。
2.焦耳的实验：重物下落时带动叶片旋转，通过搅拌对绝热容器内的液体做功，使液体升温；电流通过浸在液体中的电阻丝，由电流的热效应给液体加热，使绝热容器内的液体温度升高。
结论：只要重力所做的功相同，容器内水温上升的数值都是相同的，即系统状态的变化
是 的；对同一系统，在绝热过程中只要所做的电功 ，系统温度上升的数值就相同，即系统的状态变化相同。
3.对于绝热系统，从状态1到状态2，做功的值是相同的，与具体做功的过程、方式 ；任何一个热力学系统都必定存在一个只依赖于系统自身的物理量，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所做的功相联系。我们把这个物理量称为系统的 。
4.当系统从状态1经过绝热过程达到状态2时，内能的增加量AU=U：-U，就等于外界对系统所做的功W，即AU=W。即做功可以改变系统的内能， 是系统内能转化的量度。外界对系统做功，系统的 ；系统对外界做功，系统的 。
5.热量总是从 物体向 物体传递，热量是在单纯的传热过程中系统
变化的量度。
6.做功和热传递都能引起系统 的改变。做功是内能与其他形式能的 ；热传递只是不同物体(或一个物体的不同部分）之间内能的 。
答案
1.能量；放热 2.相同；相同 3.无关；内能 4.做功；内能增加；内能减少
5.高温；低温；内能 6.内能；转化；转移
预习检测
1.判断正误。
(1)内能多的物体含有的热量多。 （ ）
(2)热量一定从内能多的物体传递给内能少的物体。 （ ）
(3)做功和热传递都可改变物体的内能，在效果上是等效的。 （ ）
(4)在绝热过程中，外界对系统做的功小于系统内能的增加量。 （ ）
(5)热传递只能发生在两个物体间，同一物体不能发生热传递。 （ ）
2.下列各种方法都能使物体的内能发生改变。 （ ）
a.电炉通电后发热
b.一杯开水放在桌面上冷却
c.阳光照射下冰块熔化
d.锯木头时，锯片发烫
e.人坐在火炉旁取暖
f.用打气筒给自行车打气后，打气筒变热
其中，属于做功使物体内能改变的是 ，属于热传递使物体内能改变的是 。
答案
1.(1)× (2)× (3)√ (4)× (5)× 2.adf； bce
探究思考
【探究一】对功和内能的理解
1.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，就有多少其他形式的能转化为内能，物体的内能就增加多少。
2.功与内能的区别
(1)功是过程量，内能是状态量。
(2）在绝热过程中，做功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，只有内能变化越大时，相应做功才越多。
【探究二】对热和内能的理解
1.在单纯的传热过程中，系统从外界吸收多少热量，系统的内能就增加多少；系统向外界放出多少热量，系统的内能就减少多少。即ΔU=U2-U1=Q。
2.热传递改变物体内能的过程是不同物体之间(或同一物体的不同部分之间)内能转移的过程。
【探究三】内能和相关概念的辨析
1.内能与热量
内能是状态量，可以说系统具有多少内能而不能说传递多少内能；热量是过程量，不能说系统具有多少热量，只能说传递了多少热量。
2.热量与温度
热量是系统内能变化的量度，而温度是系统内部大量分子做无规则运动的激烈程度的标志。虽然热传递的前提是两个系统之间要有温度差，但是传递的是热量，不是温度。
3.热量与功
热量和功都是系统内能变化的量度，都是过程量。一定量的热量与一定量的功相当，功是能量变化的量度，但它们之间有着本质的区别。
知识梳理
随堂训练
1.如图所示，在紫铜管内滴入乙醚，盖紧管塞。用手拉住绳子两端迅速往复拉动，管塞会被冲开。管塞被冲开前( )
A.外界对管内气体做功，气体内能增大 B.管内气体对外界做功，气体内能减小
C.管内气体内能不变，压强变大 D.管内气体内能增大，压强变大
2.绝热过程中，外界压缩气体做功20 J，下列说法中正确的是( )
A.气体内能一定增加20 J B.气体内能增加必定小于20 J
C.气体内能增加可能小于20 J D.气体内能可能不变
3.关于一定量的气体，下列叙述正确的是( )
A.气体吸收的热量可以完全转化为功 B.气体体积增大时，其内能一定减少
C.气体从外界吸收热量，其内能一定增加 D.外界对气体做功，气体内能可能减少
4.下列说法正确的是( )
A.做功和热传递对改变物体的内能是等效的
B.热量只能从高温物体传递给低温物体
C.布朗运动不是分子的运动，但能反映分子的无规则运动
D.已知气体的摩尔体积和阿伏加德罗常数，可求得气体分子的大小
答案以及解析
1.答案：D
解析：外力克服绳与紫铜管间的摩擦做功，使管壁内能增大，温度升高。通过热传递，乙醚的内能增大，温度升高，直至汽化，管塞被冲开。管塞被冲开前管内气体内能增大，压强变大，选项D正确。
2.答案：A
解析：绝热过程中，做功的过程是能量转化的过程，做了多少功，就有多少内能发生变化，故A正确。
3.答案：AD
解析：根据热力学第一定律，做功和热传递都可以改变内能，所以含有“一定”的B和C错误，而D正确；理想气体的等温变化是一个内能不变的过程，当体积增大对外做功时同时必须从外界吸热等大的热量，故A正确.
4.答案：AC
解析：A．改变物体内能有两种方式：一是做功，二是热传递，二者在改变物体的内能是等效的，故A正确；
B．热量能够自发地从高温物体传递给低温物体，在外界影响下，热量也可能从低温物体传递给高温物体，如电冰箱致致冷时可以把热量从低温物体传递给高温物体，故B错误；
C．布朗运动指的是固体小颗粒在周围分子撞击下，受力不平衡，做无规则运动，这反映了撞击它的那些分子运动是无规则的，故C正确；
D．气体分子间距较大，已知气体的摩尔体积和阿伏加德罗常数，摩尔体积除以阿伏加德罗常数可求得一个气体分子占有的空间，它比气体分子要大得多，故D错误。
故选AC。
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