3.1 功、热和内能的改变 课前导学 2024-2025学年人教版（2019）高中物理选择性必修第三册

3.1 功、热和内能的改变
基础知识导学
一、焦耳的实验
1．绝热过程：系统不从外界吸热，也不向外界放热的过程．
2．代表性实验
(1)重物下落时带动叶片转动，搅拌容器中的水，水由于摩擦而温度上升．
(2)通过电流的热效应给液体加热．
3．实验结论：在热力学系统的绝热过程中，外界对系统做的功仅由过程的始末两个状态决定，不依赖于做功的具体过程和方式．
4．内能：只依赖于热力学系统自身状态的物理量．
二、功与内能的改变
1．功与内能的改变
在热力学系统的绝热过程中，当系统从状态1经过绝热过程达到状态2时，内能的变化量ΔU＝U2－U1，等于外界对系统所做的功W，即ΔU＝W.
2．理解
(1)ΔU＝W的适用条件是绝热过程．
(2)在绝热过程中：外界对系统做功，系统的内能增加；系统对外做功，系统的内能减少．
三、热与内能的改变
1．传热
(1)条件：物体的温度不同．
(2)传热：热从高温物体传到了低温物体．
2．热和内能
(1)热量：在单纯的传热过程中系统内能变化的量度．
(2)热与内能的改变
当系统从状态1经过单纯的传热达到状态2时，内能的变化量ΔU＝U2－U1等于外界向系统传递的热量Q，即ΔU＝Q.
(3)传热与做功在改变系统内能上的异同．
①做功和传热都能引起系统内能的改变．
②做功时，内能与其他形式的能发生转化；传热只是不同物体(或一个物体的不同部分)之间内能的转移．
基础小题试练
1.关于物体的内能和分子势能，下列说法中正确的是( )
A.物体的速度增大，则分子的动能增加，内能也一定增加
B.物体温度不变，内能可能变大
C.物体的内能与温度有关，与物体的体积无关
D.把物体举得越高，分子势能越大
2.如图所示，置于水平桌面上的汽缸导热良好，用活塞封闭了一定质量的理想气体，活塞与汽缸壁间无摩擦。现用水平向右的外力F作用在活塞上，使其缓慢向右移动，汽缸始终静止，外界温度保持不变。在活塞被拉出汽缸前的过程中( )
A.气体对外界做功，吸收热量 B.气体温度降低，放出热量
C.气体压强逐渐减小，内能减小 D.气体体积逐渐增大，内能增大
3.如图所示，两个相通的容器间装有阀门K。P中充满气体，卫内为真空，整个系统与外界没有热交换。打开阀门K后，P中的气体进入Q，最终达到平衡，则( )
A.气体体积膨胀，内能增加 B.气体分子势能减小，内能增加
C.气体分子势能增加，压强可能不变 D.Q中气体不可能自发地全部退回P中
4.健身球是一种新兴、有趣的体育健身器材。如图所示，健身者正在挤压健身球，健身球内的气体视为理想气体且在挤压过程中温度不变，下列说法正确的是( )
A.健身球内的气体向外界释放热量
B.健身球内的气体对外界做正功
C.健身球内的气体内能变大
D.健身球内的气体单位时间、单位面积撞击球壁的分子数不变
5.下列说法错误的是( )
A.悬浮在水中的花粉的布朗运动反映了花粉分子的热运动
B.空气的小雨滴呈球形是水的表面张力作用的结果
C.彩色液晶显示器利用了液晶的光学性质具有各向异性的特点
D.对于一定量的气体，如果压强不变，体积增大，那么它一定从外界吸热
答案以及解析
1.答案：B
解析：A.物体的速度增大，是物体的动能增大，增加的是物体的机械能。分子动能的变化只与物体的温度有关，故A错误；B.物体内部所有分子热运动的动能和分子势能的总和叫做物体的内能。分子热运动的平均动能由温度决定，分子势能与物体的体积有关。当发生物态变化时，物体的温度不变，只是分子的平均动能不变，但分子势能可能变大，物体的内能可能增大，故B正确；C.物体的内能由物体的物质的量、温度、物体的体积共同决定，同时会受物态变化的影响，故C错误；D.分子势能与物体的体积有关。把物体举得越高，增加的是物体的重力势能，故D错误。故选B。
2.答案：A
解析：活塞缓慢向右移动，气体体积V变大，故气体对外做功;又汽缸导热良好外界温度T保持不变，因温度是分子平均动能的标志且气体忽略分子势能，故气体温度不变气体内能不变;由理想气体状态方程,知气体压强逐渐减小，由热力学第一定律,知气体吸收热量。故A正确,BCD错误。故选A。
3.答案：D
解析：气体在真空中膨胀，对外不做功，由热力学第一定律，其内能不变，A、B错误;气体的温度不变，体积增大，由理想气体状态方程，可知其压强减小，C错误;由热力学第二定律，Q中的气体不可能自发地全部退回P中，D正确。
4.答案：A
解析：B.健身者正在挤压健身球，即外界对气体做正功，故B错误；
C.健身球内的气体视为理想气体，其内能只有分子动能，则内能由温度决定，而温度不变，则健身球内的气体内能不变，故C错误；
A.因外界对气体做正功
气体内能不变
根据热力学第一定律
可得
即气体向外界释放热量，故A正确；
D.气体的温度不变，即所有分子的平均速率不变，而体积变小，则单位体积的分子数变多，由压强的决定式
可知压强变大，则健身球内的气体单位时间，单位面积撞击球壁的分子数变多，故D错误。
故选A。
5.答案：A
解析：布朗运动是悬浮在水中花粉的无规则运动，由于花粉是由大量花粉分子组成的，所以布朗运动反映了水分子无规则的热运动，故A符合题意；空气的小雨滴呈球形是水的表面张力，使雨滴表面有收缩的趋势的结果，故B不符合题意；液晶像液体一样具有流动性，而其光学性质与某些晶体相似具有各向异性，彩色液晶显示器利用了液晶的光学性质具有各向异性的特点，故C不符合题意；对于一定量的气体，如果压强不变，体积增大，根据理想气体的状态方程可知，气体的温度一定升高，内能一定增大；气体的体积不变，没有外力做功，内能增大，则它一定从外界吸热，故D不符合题意。故选A。