3-1 内能　功　热量 学案

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"F:\\源文件\\粤教选修3-3\\第三章.tif"
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"F:\\源文件\\粤教选修3-3\\第三章.tif"
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学案1　内能　功　热量
[学习目标定位]1.知道做功和热传递的实质.2.知道做功和热传递是改变内能的两种方式，理解做功和热传递对改变系统内能是等效的，明确两种方式的区别.3.明确内能、功、热量、温度四个物理量的区别和联系．
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"F:\\源文件\\粤教选修3-3\\知识储备区.tif"
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"F:\\源文件\\粤教选修3-3\\知识链接.TIF"
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1．功等于力跟物体在力的方向上通过的位移的乘积．
2．物体中所有分子做热运动的动能和分子势能的总和，叫做物体的内能．
3．物体的内能由物体的温度、体积、物质的量共同决定．
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"F:\\源文件\\粤教选修3-3\\新知呈现.tif"
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"F:\\源文件\\粤教选修3-3\\新知呈现.tif"
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一、做功
气体被压缩时，活塞对气体做功，气体的温度升高，内能增加；气体膨胀对外做功，气体的温度下降，内能减小．
二、热传递
1．热传递：高温物体总是自发地把它的内能传递给低温物体，这种没有做功而使物体内能改变的现象称为热传递．
2．热量：热传递时所转移的内能．
3．在系统与外界互不做功的条件下系统吸收了多少热量，系统的内能就增加多少；系统放出了多少热量，系统的内能就减少多少.
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"F:\\源文件\\粤教选修3-3\\学习探究区.tif"
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一、做功和内能的变化
[问题设计]
如图1，厚壁容器的一端通过胶塞插进一支灵敏温度计和一根气针，另一端有个用卡子卡住的可移动胶塞．用打气筒慢慢向容器内打气，使容器内的压强增大到一定程度，这时读出温度计示数．打开卡子，胶塞冲出容器口后，温度计示数明显降低，这是为什么呢？
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"F:\\源文件\\粤教选修3-3\\D56.TIF"
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图1
答案　气体膨胀对外做功，内能减小，气体的温度降低．
[要点提炼]
1．内能和内能的变化量
(1)内能是一个状态量，指物体内所有分子做热运动的动能和分子势能之和．
(2)内能的变化量只由初、末状态决定，与中间过程及方式无关．绝热过程中，内能在两个状态间的差值等于外界对系统所做的功．
2．功和内能
(1)功是过程量，内能是状态量．
(2)物体的内能大，并不意味着做功多．
(3)在绝热过程中，做功一定引起内能的变化，做功越多，内能变化越大(填“大”或“小”)．
二、热传递和内能的变化
[问题设计]
用铁锤反复敲击铁棒，铁棒的温度会升高，把铁棒放在碳火上烧，铁棒的温度也会升高，这说明了什么问题？
答案　说明做功和热传递都能改变物体的内能．
[要点提炼]
1．热量
热量是单纯的传热过程中系统内能变化的量度．热量像功一样是一个过程量，因此只有在热传递过程中才能谈热量．
2．温度和内能
从宏观看，温度表示的是物体的冷热程度；从微观看，温度反映了分子热运动的激烈程度，是分子平均动能的标志．向物体传递热量，物体的内能不一定增加(可能同时对外做功)．
3．热量和内能变化的关系
在只有热传递的情况下，物体吸收热量，内能增加，物体放出热量，内能减少，并且内能的变化量等于物体吸收或放出的热量，即ΔU＝Q.
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"F:\\源文件\\粤教选修3-3\\典例精析.TIF"
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"F:\\源文件\\粤教选修3-3\\典例精析.TIF"
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一、做功和内能的变化
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MERGEFORMATINET例1INCLUDEPICTURE
"F:\\源文件\\粤教选修3-3\\右括.TIF"
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MERGEFORMATINET　(单选)如图2所示，活塞将气缸分成甲、乙两气室，气缸、活塞(连同拉杆)是绝热的，且不漏气．以E甲、E乙分别表示甲、乙两气室中气体的内能，则在将拉杆缓慢向外拉的过程中(　　)
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"F:\\源文件\\粤教选修3-3\\D57.TIF"
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"F:\\源文件\\粤教选修3-3\\D57.TIF"
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图2
A．E甲不变，E乙减小
B．E甲不变，E乙增大
C．E甲增大，E乙不变
D．E甲增大，E乙减小
解析　本题解题的关键是明确甲、乙两气室气体都经历绝热过程，内能的改变取决于做功的情况．对甲室内的气体，在拉杆缓慢向外拉的过程中，活塞左移，压缩气体，外界对甲室内的气体做功，其内能应增大；对乙室内的气体，活塞左移，气体膨胀，乙室内的气体对外界做功，内能应减小．
答案　D
针对训练1　(单选)如图3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力，则被密封的气体(　　)
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"F:\\源文件\\粤教选修3-3\\D58.TIF"
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"F:\\源文件\\粤教选修3-3\\D58.TIF"
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图3
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
答案　C
解析　向下压活塞，力F对气体做功，气体的内能增加，温度升高，对活塞受力分析可得出气体的压强增大，故选项C正确．
二、热传递和内能的变化
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MERGEFORMATINET例2INCLUDEPICTURE
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MERGEFORMATINET　(双选)在外界不做功的情况下，物体的内能增加了50J，下列说法中正确的是(　　)
A．一定是物体放出了50J的热量
B．一定是物体吸收了50J的热量
C．一定是物体分子动能增加了50J
D．物体的分子平均动能可能不变
解析　在外界不做功的情况下，内能的改变量等于传递的热量，内能增加，一定是吸收了相等数量的热量，故A错，B对；物体内能包括所有分子做热运动的动能和分子势能，内能由分子数、分子平均动能、分子势能共同决定，所以内能增加了50J并不一定是分子动能增加了50J，物体的分子平均动能有可能不变，这时吸收的50J热量全部用来增加分子势能，故C错，D对．
答案　BD
三、内能与相关概念的辨析
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"F:\\源文件\\粤教选修3-3\\左括.TIF"
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MERGEFORMATINET例3INCLUDEPICTURE
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MERGEFORMATINET　(双选)对于热量、功、内能三个量，下列说法中正确的是(　　)
A．热量、功、内能三个量的物理意义是等同的
B．热量和功二者可作为物体内能大小的量度
C．热量、功和内能的国际单位都相同
D．热量和功是由过程决定的，而内能是由物体的状态决定的
解析　热量、功和内能的国际单位都是焦耳，但热量、功、内能三个量的物理意义是不同的，热量和功是过程量，内能是状态量，热量和功二者可作为物体内能变化的量度而不是内能大小的量度．故A、B错误，C、D正确．
答案　CD
针对训练2　(单选)关于物体的内能和热量，下列说法中正确的是(　　)
A．热水的内能比冷水的内能多
B．温度高的物体其热量必定多，内能必定大
C．在热传递过程中，内能大的物体其内能将减小，内能小的物体其内能将增大，直到两物体的内能相等
D．热量是热传递过程中内能转移的量度
答案　D
解析　物体的内能由温度、体积及物体的质量决定，不是只由温度决定，故选项A、B错；在热传递过程中，热量由高温物体传给低温物体，而与物体的内能大小无关，所以完全有可能是内能大的物体内能继续增大，内能小的物体内能继续减小，故选项C错；关于热量的论述，选项D是正确的．
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"F:\\源文件\\粤教选修3-3\\课堂要点小结175.TIF"
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"F:\\源文件\\粤教选修3-3\\课堂要点小结175.TIF"
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"F:\\源文件\\粤教选修3-3\\自我检测区A.TIF"
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"F:\\源文件\\粤教选修3-3\\自我检测区A.TIF"
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1．(做功和内能的变化)(单选)在给自行车轮胎打气时，会发现胎内气体温度升高，这是因为(　　)
A．胎内气体压强不断增大，而容积不变
B．轮胎从外界吸热
C．外界空气温度本来就高于胎内气体温度
D．打气时，外界不断对胎内气体做功
答案　D
解析　给自行车轮胎打气，外界对胎内气体做功，气体内能增加，温度升高，D正确．
2．(做功和内能的变化)(单选)地面附近有一正在上升的空气团，它与外界的热交换忽略不计．已知大气压强随高度增加而降低，则该空气团在上升过程中(不计空气团内分子间的势能)(　　)
A．体积减小，温度降低
B．体积减小，温度不变
C．体积增大，温度降低
D．体积减小，温度增大
答案　C
解析　空气团与外界的热交换忽略不计，随高度上升压强逐渐减小，体积逐渐增大，对外界做功，所以内能逐渐减小，则温度逐渐降低，只有选项C正确，选项A、B、D均错误．
3．(热传递和内能的变化)(单选)下列说法正确的是(　　)
A．若A、B两物体接触但没有热传递，则两物体所包含的热量相等
B．做功和热传递的共同点是都能使系统内能改变
C．一物体先后经几个不同的物理过程，其温度均从t1升高到t2.则在这些过程中物体一定从外界吸收相同的热量
D．高温物体内能大，低温物体内能小
答案　B
解析　A、B两物体没有发生热传递是因为两物体温度相等，A错．做功和热传递都是改变内能的方式，B对．一物体温度从t1升高到t2，内能的改变可能是由于吸收了热量，也可能是外界对物体做了功，C错．高温物体分子的平均动能大，内能不一定大，D错．
4．(内能与相关概念的辨析)(单选)关于内能、温度和热量，下列说法中正确的是(　　)
A．物体的温度升高时，一定吸收热量
B．物体沿斜面下滑时，内能将增大
C．物体沿斜面匀速下滑时，内能可能增大
D．内能总是从高温物体传递给低温物体，当内能相等时热传递停止
答案　C
解析　改变物体内能的两种方法：做功和热传递．温度升高，内能增加，但不一定是吸收热量，A错误；物体沿斜面下滑时，可能不受摩擦力，内能可能不变，B错误；物体克服摩擦力做功，摩擦生热，内能可能增大，C正确；热传递的条件是物体间存在温度差，热量从温度高的物体传递给温度低的物体，温度相同后热传递停止，D错误．
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"F:\\源文件\\粤教选修3-3\\40分钟课时作业.TIF"
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题组一　做功和内能的变化
1．(单选)金属制成的气缸中装有柴油和空气的混合物，有可能使柴油达到燃点的过程是(　　)
A．迅速向里推活塞B．迅速向外拉活塞
C．缓慢向里推活塞D．缓慢向外拉活塞
答案　A
解析　要使气缸中的柴油达到燃点，即要让封闭气体温度升高，内能增加，故要对气体做功，向里推活塞，若动作缓慢，由于有热传递达不到理想温度，故要迅速向里推活塞，选项A正确．
2．(单选)一个铁块沿斜面匀速下滑，关于铁块的机械能和内能的变化(忽略热传递)，下列判断中正确的是(　　)
A．铁块的机械能和内能都不变
B．铁块的机械能减小，内能不变
C．铁块的机械能增大，内能增大
D．铁块的机械能减小，内能增大
答案　D
解析　铁块沿斜面匀速下滑时，动能不变，势能减小，所以铁块的机械能一定减小．铁块沿斜面匀速滑下，说明此斜面一定是不光滑的，铁块下滑时克服摩擦力做功，铁块损失的机械能转化为铁块和斜面的内能，因此铁块的温度会略有升高，内能增大．
3.(单选)如图1所示，把浸有乙醚的一小团棉花放在厚玻璃筒的底部，当很快地向下压活塞时，由于被压缩的气体骤然变热，温度升高，达到乙醚的燃点，使浸有乙醚的棉花燃烧起来，此实验的目的是要说明(　　)
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"F:\\源文件\\粤教选修3-3\\Y34.TIF"
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"F:\\源文件\\粤教选修3-3\\Y34.TIF"
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图1
A．做功可以增加物体的热量
B．做功一定可以升高物体的温度
C．做功可以改变物体的内能
D．做功一定可以增加物体的内能
答案　C
解析　迅速向下压活塞，实际上是对玻璃气筒内的气体做功，由于是迅速向下压筒内的气体，做功时间极短，因此实验过程可认为是绝热过程(即Q＝0)．乙醚达到燃点而燃烧表明气体温度升高，内能增大，这说明做功可以改变物体的内能．
4．(单选)如图2所示，厚壁容器的一端通过胶塞插进一支灵敏温度计和一根气针，另一端有个用卡子卡住的可移动胶塞．用打气筒缓慢地向容器内打气，使容器内的压强增大到一定程度，这时读出温度计示数．打开卡子，胶塞冲出容器口后(　　)
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"F:\\源文件\\粤教选修3-3\\Y35.TIF"
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"F:\\源文件\\粤教选修3-3\\Y35.TIF"
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图2
A．温度计示数变大，实验表明气体对外界做功，内能减少
B．温度计示数变大，实验表明外界对气体做功，内能增加
C．温度计示数变小，实验表明气体对外界做功，内能减少
D．温度计示数变小，实验表明外界对气体做功，内能增加
答案　C
解析　打开卡子，胶塞冲出容器口后，密封气体体积增大，气体膨胀对外做功，气体内能减少，同时温度降低，温度计示数变小．
题组二　热传递和内能的变化
5．(双选)下列现象中，哪些是通过热传递的方式改变物体内能的(　　)
A．打开电灯开关，灯丝的温度升高，内能增加
B．夏天喝冰镇汽水来解暑
C．陨石在大气层中下落，温度升高
D．太阳能热水器在阳光照射下，水的温度逐渐升高
答案　BD
解析　A选项是电流做功改变内能，C选项是摩擦力做功改变内能，只有B、D选项是通过热传递的方式改变物体内能的，故选B、D.
6．(双选)关于热传递，下列说法正确的是(　　)
A．热传递中，热量一定从含热量多的物体传向含热量少的物体
B．两个物体之间发生热传递的条件是它们之间有温度差
C．在热传递中，热量一定从内能多的物体传向内能少的物体
D．内能相等的两个物体相互接触时，也可能发生热传递
答案　BD
解析　热量的概念只有在涉及能量的传递时才有意义，所以不能说物体含有多少热量，故A错；物体间发生热传递的必要条件是存在温度差，故B对；在热传递中，热量一定从温度高的物体传向温度低的物体，温度高的物体内能不一定多，故C错，D对．故正确答案为B、D.
7．(双选)一铜块和一铁块，质量相等，铜块的温度T1比铁块的温度T2高，当它们接触在一起时，如果不和外界交换能量，则(　　)
A．从两者开始接触到达到热平衡的整个过程中，铜块内能的减少量等于铁块内能的增加量
B．在两者达到热平衡以前的任意一段时间内，铜块内能的减少量不等于铁块内能的增加量
C．达到热平衡时，铜块的温度T＝
D．达到热平衡时，两者的温度相等
答案　AD
解析　一个系统在热交换的过程中，如果不与外界发生热交换，温度高的物体放出的热量等于温度低的物体吸收的热量，直到温度相等，不再发生热交换为止．而热量是热传递过程中内能的变化量，所以选项A、D正确，选项B错误．设c铁、c铜分别为铁、铜的比热容，根据热平衡方程c铜m(T1－T)＝c铁m(T－T2)，解得T＝，由此可知选项C错误．
题组三　内能与相关概念的辨析
8．(单选)关于物体的内能，下列说法中正确的是(　　)
A．温度相同的同种气体它们的内能一定相等
B．体积相同的同种气体它们的内能一定相等
C．机械能越大的物体内能也越大
D．物体的内能与物体的温度和体积都有关系
答案　D
解析　决定内能的因素有温度、体积及物质的量，D正确，A、B错误；内能与机械能无直接关系，C错误．
9．(双选)关于物体的内能，下列说法正确的是(　　)
A．手感到冷时，搓搓手就会感到暖和些，这是利用做功来改变物体的内能
B．将物体举高或使它们的速度增大，是利用做功来使物体的内能增加
C．阳光照射衣服，衣服的温度升高，是利用热传递来改变物体的内能
D．用打气筒打气，筒内气体变热，是利用热传递来改变物体的内能
答案　AC
10．(双选)下列说法中正确的是(　　)
A．如果取水平地面为零势能面，则静止在水平地面上的物体的机械能和内能都为零
B．如果取水平地面为零势能面，则静止在水平地面上的物体的机械能为零，内能不为零
C．一个装有气体的绝热密封容器做匀速运动，如果使容器突然停止运动，则气体的温度要升高
D．一个装有气体的绝热密封容器做匀速运动，如果使容器突然停止运动，则气体的温度保持不变
答案　BC
解析　内能与零势能面的选取无关，重力势能与零势能面的选取有关，重力势能为零的静止物体机械能为零，但内能永不为零，A错误，B正确；绝热容器停止运动，内部气体的机械能转化为内能，温度升高，C正确，D错误．