第三章 热力学定律
1 功、热和内能的改变
[教材链接] (1)重力所做的功 电功 绝热过程 做功的数量 (2)对外界做功 从外界吸热 (3)自身状态 内能
例1 C [解析] 焦耳通过多次实验,最后得到的结论是:在各种不同的绝热过程中,系统状态的改变与做功方式无关,仅与做功的数量有关,故选C.
[科学探究] 白雾 减少 下降 做功
[教材链接] (2)增加 减少
例2 C [解析] 压力F通过活塞对密闭的理想气体做正功,容器及活塞绝热,由功和内能的关系知,理想气体内能增大,温度升高,根据=C,可得体积减小,压强增大,故C正确.
[教材链接] (2)内能变化 转移 能量转移
例3 B [解析] 车床上车刀切削工件后发热、擦火柴时火柴头温度升高、搓搓手就会觉得手发热都是通过做功改变内能的,而用肥皂水淋车刀后车刀降温是通过传热改变物体内能的,故选B.
[物理观念] 等效 本质
例4 B [解析] 一定质量的物体,其内能由温度和体积共同决定,物体的温度改变时,其内能不一定改变,A错误.做功和传热是改变物体内能的两种方式,当物体对外做功为W,吸收的热量为Q时,若W>Q,则物体的内能减少;若W=Q,则物体的内能不变;若W变式 CD [解析] 热量、功和内能三者虽然单位相同,但物理意义有本质区别,A错误.热量和功由过程决定,内能由物体状态决定,热量和功是内能变化的量度,C正确,B错误.对一个绝热过程,有ΔU=W=100 J,对一个单纯传热过程,有ΔU=Q=100 J,D正确.
随堂巩固
1.CD [解析] 物体的内能由物体中的分子数、温度和体积共同决定,两物体的质量相等,而分子数不一定相同, A错误;温度升高,分子的平均动能增加,每个分子的动能不一定都增加,B错误;热量是传热过程中物体内能变化的量度,C正确;做功和传热都能改变物体的内能,做功是能量转化的过程,传热是能量转移的过程,两过程的本质不同,但改变物体内能的效果相同,D正确.
2.D [解析] 摩擦生热属于用做功的方式实现机械能转化为内能,故A错误;电流做功产生电热属于用做功的方式改变内能,故B错误;铁丝弯折发热属于用做功的方式改变内能,故C错误;传热属于内能在物体间的转移,故D正确.
3.AD [解析] 做功和传热改变物体内能的本质不同,因为做功的过程是不同形式的能相互转化的过程,而传热是同种形式的能量(内能)在不同的物体之间或物体的不同部分之间转移,故A正确;使物体内能发生变化有做功和传热两种途径,单就一个方面不足以判断其内能的变化情况,故B、C错误;热量是传热过程中内能转移的量度,D正确.
4.C [解析] 一个物体温度升高,内能增加,可以是对物体做了功,也可以是物体吸收了热量,故A、B、D错误,C正确.第三章 热力学定律
1 功、热和内能的改变
学习任务一 焦耳的实验
[教材链接] 阅读教材“焦耳的实验”相关内容,完成下列填空:
(1)代表性实验
实验一:重物下落带动叶片搅拌容器中的水,引起水温上升.对于同一个系统,如果过程是绝热的,尽管悬挂重物的质量不同,下落的高度不同,但只要 相同,系统状态的变化就相同.
实验二:通过电流的热效应给水加热.对于同一个系统,如果过程是绝热的,那么不管通过电阻丝的电流或大或小、通电时间或长或短,只要所做的 相等,系统的状态变化就相同.
实验结论:在各种不同的 中,系统状态的改变与做功方式无关,仅与 有关.
(2)绝热过程:系统只通过 或外界对它做功而与外界交换能量,它不 ,也不向外界放热.
(3)内能的定义:任何一个热力学系统必定存在一个只依赖于系统 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 .
例1 [2024·福建厦门一中月考] 如图所示是焦耳研究热与功之间关系的两个典型实验,那么从焦耳的这两个实验中可得出的结论是 ( )
A.系统状态的改变只能通过传热来实现
B.机械能守恒
C.在各种不同的绝热过程中,系统状态的改变与做功方式无关,仅与做功的数量有关
D.在各种不同的绝热过程中,系统状态的改变不仅与做功方式有关,还与做功数量有关
[反思感悟]
学习任务二 功与内能的改变
[科学探究] 采用如图所示装置进行实验:向透明塑料瓶内注入少量水,将打孔的橡胶塞安装上气门嘴后塞紧瓶口,用打气筒向瓶内打气,观察到橡胶塞跳出瓶口时瓶内出现 ,这是因为橡胶塞跳出后瓶内的气体迅速膨胀对外做功,导致气体的内能 ,瓶内气体温度迅速 ,瓶内水蒸气液化,出现大量的雾状小水珠,此实验说明 可以改变物体的内能.
[教材链接] 阅读教材内容,完成下列填空:
(1)内能变化与做功的关系:在绝热过程中,内能的变化量ΔU=U2-U1就等于外界对系统所做的功W,即ΔU=W.
(2)在绝热过程中,外界对系统做功,系统的内能 ;系统对外做功,系统的内能 .
例2 [2024·安徽合肥一中月考] 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
【要点总结】
功和内能的联系:
(1)功是过程量,内能是状态量;
(2)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;
(3)在绝热过程中,做功一定能引起内能变化;
(4)物体的内能变化大,并不意味着做功多,只有在绝热过程中,内能变化较大才对应着做功较多.
学习任务三 热与内能的改变
[教材链接] 阅读教材“热与内能的改变”相关内容,完成下列填空:
(1)内能变化与传热的关系:在单纯的传热过程中,内能的变化量ΔU=U2-U1就等于外界向系统传递的热量Q,即ΔU=Q.
(2)热量是在单纯的传热过程中系统 的量度.传热是指不同物体(或一个物体的不同部分)之间内能的 ,热量的概念只有在涉及 时才有意义.
例3 下列各事例中是通过传热改变物体内能的是( )
A.车床上车刀切削工件后发热
B.用肥皂水淋车刀后车刀降温
C.擦火柴时火柴头温度升高
D.搓搓手就会觉得手发热
【要点总结】
1.在单纯传热的过程中,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.传热与物体的内能的多少无关,只与两个物体(或一个物体的两部分)的温度差有关,热量总是从高温物体自发地传到低温物体.
学习任务四 改变物体内能的两种方式
[物理观念] 改变物体内能的两种方式的比较
做功 传热
内能变化 外界对物体做功,物体的内能增加;物体对外界做功,物体的内能减少 物体吸收热量,物体的内能增加;物体放出热量,物体的内能减少
物理实质 其他形式的能与内能之间的转化 不同物体之间或同一物体的不同部分之间内能的转移
异同点 做功和传热在改变物体的内能上是 的,但做功和传热在 上是不同的,做功是能量的转化,传热是热量的转移
例4 关于物体的内能及其变化,以下说法正确的是( )
A.物体的温度改变时,其内能一定改变
B.物体对外做功,其内能不一定改变;向物体传热,其内能也不一定改变
C.物体对外做功,其内能一定改变;物体向外放出热量,其内能也一定改变
D.若物体与外界不发生热交换,则物体的内能一定不改变
[反思感悟]
变式 (多选)[2024·湖北武汉二中月考] 对于热量、功和内能三者的关系,下列说法中正确的是 ( )
A.三者单位相同,物理意义相同
B.热量和功是内能的量度
C.热量和功由过程决定,而内能由物体状态决定
D.系统内能增加了100 J,可能是外界采用绝热方式对系统做功100 J,也可能是外界单纯地对系统传递100 J的热量
[反思感悟]
【要点总结】
温度、内能、热量和功的区别与联系
含义 特点
温度 表示物体的冷热程度,是物体分子平均动能大小的标志,是大量分子热运动的集体表现,对个别分子来说没有意义 状态量
内能 是物体内所有分子热运动的动能和分子势能的总和,是由大量分子的热运动和分子的相对位置决定的能 状态量
热量 是传热过程中内能的改变量,用来量度传热过程中内能转移的多少 过程量
功 用来改变系统的内能,促使机械能或其他形式的能和内能之间转化 过程量
1.内能的改变通过传热和做功两种方式来完成 2.有过程,才有内能变化,所以离开了过程,热量和功将毫无意义.就某一状态而言,只有“内能”,不存在“热量”和“功”,因此,不能说一个系统中含有“多少热量”或“多少功”
1.(内能、温度、热量的辨析)(多选)[2024·山东青岛二中月考] 下列有关物体的内能、温度、热量的说法中,正确的是 ( )
A.只要两物体的质量、温度和体积相等,两物体内能一定相等
B.只要温度升高,每个分子的动能就都增加
C.热量是传热过程中物体内能变化的量度
D.做功和传热都能改变物体的内能,两过程的本质不同,但改变物体内能的效果相同
2.(改变物体内能的两种方式)下列属于内能发生转移的过程是 ( )
A.摩擦生热
B.电流做功产生电热
C.铁丝弯折发热
D.传热
3.(改变物体内能的两种方式)(多选)下列说法中正确的是 ( )
A.做功和传热是改变物体内能的两种本质不同的过程
B.外界对物体做功,物体的内能一定增大
C.物体向外界放热,物体的内能一定增大
D.热量是在传热过程中,从一个物体向另一个物体或从物体的一部分向另一部分转移的内能的多少
4.(改变物体内能的两种方式)如果铁丝的温度升高了,则 ( )
A.铁丝一定吸收了热量
B.铁丝一定放出了热量
C.外界可能对铁丝做了功
D.外界一定对铁丝做了功第三章 热力学定律
1 功、热和内能的改变
1.B [解析] 当用力压活塞时,活塞压缩玻璃筒内的空气,对空气做功,空气的内能增加,温度升高,当达到乙醚着火点时,筒内棉花就会燃烧起来,此实验说明了:外界对物体做功,物体的内能增加,故选B.
2.A [解析] 筒内气体不与外界发生热交换,当M向下滑动时,筒内气体体积变小,外界对气体做功,使气体的内能增大,故选A.
3.C [解析] 胶塞冲出容器口后,气体膨胀,对外做功,由于没来得及发生热交换,容器内气体的内能减小,所以温度降低,即温度计示数变小.故选C.
4.D [解析] 传热的实质是内能的转移,故A错误;物体的内能发生了改变,可能是由于发生了传热,也可能是由于做功,故B错误;传热必须在有温度差的情况下进行,故C错误;物体间存在着温度差,才能发生传热,故D正确.
5.B [解析] 晶体熔化过程中吸热,内能增加但温度不变,故A错误;汽油机在压缩冲程中把机械能转化为内能,使汽油和空气混合物的内能增加,温度升高,故B正确;用锯条锯木板,摩擦生热,机械能转化成内能,锯条的温度升高,是通过做功的方式增加了锯条和木板的内能,故C错误;热量是过程量,只能说吸收或放出多少热量,不能说含有多少热量,故D错误.
6.A [解析] 宏观上甲的温度降低,乙的温度升高,因而有的同学会错误地认为甲向乙传递了温度,而实质上是甲将内能传递给了乙;传热完成后,甲、乙两物体达到热平衡,即两者温度相同,并不是内能相等,故A正确,B、C、D错误.
7.D [解析] 做功和传热都可以改变物体的内能,物体的内能增加了20 J,不能确定是通过做功还是传热来实现的,故选项A、B错误;物体的内能包括所有分子热运动的动能和分子势能,内能由分子数、分子平均动能、分子势能三者决定,故选项C错误,D正确.
8.A [解析] 做功和传热都能引起系统内能的改变,效果相同,但它们的实质不同,做功是其他形式的能和内能之间的转化,而传热是不同物体或一个物体的不同部分间内能的转移,A正确,D错误;因为热量交换情况未知,所以外界对物体做功,物体的内能不一定改变,B错误;传热的条件是物体间存在温度差,而不是存在内能差,C错误.
9.C [解析] 用铁锤锻打工件,工件会发热,属于做功改变物体内能;用火对铁器加热,铁器从火中吸收热量,把铁器放在水中淬火,铁器向水中放热,所以加热和淬火属于传热改变物体内能,故C正确.
10.D [解析] 当用打气筒向瓶内打气时,外界对系统做功,使系统的内能增加,温度升高,压强增大,在瓶塞突然跳起时,气体膨胀对外做功,内能减少,温度下降,水蒸气有一部分被液化成小水滴,形成“白雾”,故D正确,A、B、C错误.
11.AC [解析] 爆胎前随着气温的升高,车胎内气体吸收热量,温度升高,内能增大,压强增大;爆胎前气体体积不变,没有对外做功,故A正确,B错误.爆胎过程中,车胎内气体体积增大,气体对外做功,内能减小,同时温度降低,压强减小,故C正确,D错误.
12.AC [解析] 在快速推铁丝而马铃薯小块未飞出的过程中,外界对笔芯内封闭气体做功,内能增加,气体的温度升高,故A正确,B错误;马铃薯小块高速飞出时,笔芯内气体对马铃薯小块做功,气体内能减小,即马铃薯小块高速飞出的动能来自气体的内能,故C正确,D错误.
13.AD [解析] 活塞迅速下压时外界对气体做功且来不及热交换,气体的内能增大温度升高,汽缸内的气体分子平均动能增大,A正确,B错误;当活塞迅速向上反弹时,气体对外做功且来不及热交换,气体的内能减小,温度降低,气体体积变大,由理想气体状态方程,可知气体压强减小,根据气体压强微观解释,单位时间撞到汽缸内单位面积上的气体分子数减少,C错误,D正确.
14.1030 J
[解析] 由于汽缸及活塞均绝热,故外界对气体所做的功全部转化为气体的内能,即
ΔU=W外=(m活塞+m物体)gΔh+p0SΔh=(5+15)×10×0.1 J+1.01×105×0.1×0.1 J=1030 J.第三章 热力学定律
1 功、热和内能的改变建议用时:40分钟
◆ 知识点一 功与内能的改变
1.[2024·山西大同一中月考] 如图所示的实验装置中,把浸有乙醚的一小块棉花放在厚玻璃筒内底部,当很快向下压活塞时,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对物体( )
A.做功可以增加物体的热量
B.做功可以改变物体的内能
C.做功一定会升高物体的温度
D.做功一定可以使物态发生变化
2.如图为某种椅子与其升降部分的结构示意图.M、N两筒间密闭了一定质量的气体,M可沿N的内壁上下滑动,设筒内气体不与外界发生热交换,在M向下滑动的过程中 ( )
A.外界对气体做功,气体内能增大
B.外界对气体做功,气体内能减小
C.气体对外界做功,气体内能增大
D.气体对外界做功,气体内能减小
3.如图所示,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,则 ( )
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
◆ 知识点二 热与内能的改变
4.[2024·天津一中月考] 关于传热,下列说法中正确的是 ( )
A.传热的实质是温度的传递
B.物体的内能发生了改变,一定是吸收或放出了热量
C.传热可以在任何情况下进行
D.物体间存在着温度差,才能发生传热
5.[2024·安徽合肥一中月考] 关于温度、内能和热量的说法中,正确的是 ( )
A.物体吸收热量时内能增加,温度一定升高
B.在汽油机的压缩冲程中,机械能转化为内能
C.用锯条锯木板,锯条从木板吸收了热量,锯条的温度升高
D.人们不敢大口喝热气腾腾的汤,是因为汤含有的热量较多
6.[2024·河北衡水中学月考] 高温物体甲和低温物体乙发生传热,最后达到热平衡,这个过程的实质是( )
A.甲把内能传给乙,最后甲、乙两者温度相等
B.甲把内能传给乙,最后甲、乙两者内能相等
C.甲把温度传给乙,最后甲、乙两者温度相等
D.甲把温度传给乙,最后甲、乙两者内能相等
◆ 知识点三 改变物体内能的两种方式
7.物体的内能增加了20 J,下列说法中正确的是( )
A.一定是外界对物体做了20 J的功
B.一定是物体吸收了20 J的热量
C.物体的分子动能一定增加了20 J
D.物体的分子平均动能可能不变
8.下列关于做功和传热的说法中,正确的是 ( )
A.做功和传热都能引起系统内能的改变
B.只要外界对物体做功,物体的内能就一定改变
C.传热的条件是物体间存在内能差
D.做功和传热改变物体内能的实质是一样的
9.如图所示是古人锻造铁器的过程,关于改变物体内能的方式,下列说法正确的是( )
A.加热和锻打属于传热,淬火属于做功
B.加热属于传热,锻打和淬火属于做功
C.加热和淬火属于传热,锻打属于做功
D.加热和淬火属于做功,锻打属于传热
10.如图所示,在大口的玻璃瓶内装一些水,水的上方有水蒸气.然后用一与打气筒相连的活塞密闭瓶口,并给瓶内打气,当打到某一状态时, 瓶塞会跳起来.当瓶塞跳起时,我们会看到瓶内出现了“白雾”.对于“白雾”的形成,下列说法正确的是 ( )
A.这些“白雾”是当瓶塞跳起后外界的水蒸气在瓶口遇冷形成的小水珠
B.这是打气筒向瓶内打进去的水蒸气
C.这是瓶内的水向外膨胀形成的水雾
D.瓶内气体推动瓶塞做功,气体的内能减小,温度降低,使水蒸气液化形成小水滴
11.(多选)[2024·天津新华中学月考] 夏季天气温差比较大,充足的车胎经过正午阳光的曝晒易爆胎.若车胎内的气体可视为理想气体,爆胎前车胎内气体体积及质量均不变,爆胎过程时间极短,可看作绝热过程.关于车胎内的气体,下列说法正确的是( )
A.爆胎前随着气温的升高,车胎内气体压强增大
B.爆胎前随着气温的升高,车胎内气体吸收热量,对外做功,内能不变
C.爆胎过程中,车胎内气体对外做功,内能减小
D.爆胎过程中,车胎内气体体积增大,压强减小,温度升高
12.(多选)早些年农村的小孩子常用废圆珠笔芯做一种玩具:铁丝的一端缠绕棉花,用水打湿后从一端塞入笔芯内,将笔芯的另一端用力在马铃薯上戳一下拔出来,然后用力推铁丝,马铃薯小块高速飞出,能打出几米远.下列说法正确的是 ( )
A.在推铁丝而马铃薯小块未飞出的过程中,笔芯内密封的气体的温度升高
B.在推铁丝而马铃薯小块未飞出的过程中,气体对外做功
C.马铃薯小块高速飞出的动能来自气体内能
D.马铃薯小块高速飞出时外界对笔芯内气体做功
13.(多选)[2024·广东中山一中月考] 现在骑自行车成为一种流行的运动,而山地自行车更是受到大众的青睐.山地自行车前轮有气压式减震装置来抵抗颠簸,其原理如图所示,如果路面不平,随着骑行时自行车的颠簸,活塞上下振动,在汽缸内封闭的气体(可视为理想气体)的作用下,起到延缓震动的目的.下列说法中正确的是( )
A.当活塞迅速向下压缩时,汽缸内气体分子的平均动能增加
B.当活塞迅速向下压缩时,汽缸内气体分子的平均动能减少
C.当活塞迅速向上反弹时,单位时间撞到汽缸内单位面积上的气体分子数增加
D.当活塞迅速向上反弹时,单位时间撞到汽缸内单位面积上的气体分子数减少
14.如图所示,一个质量为20 kg的绝热汽缸竖直放置,汽缸上端有一绝热活塞,活塞的质量为5 kg,面积为0.1 m2,系统处于静止状态时被封闭理想气体的高度为50 cm.现在活塞上方加一个质量为15 kg的物体,待稳定后,被封闭气体的高度变为40 cm.在这一过程中气体的内能增加了多少 (p0=1.01×105 Pa,g取10 m/s2)(共65张PPT)
1 功、热和内能的改变
学习任务一 焦耳的实验
学习任务二 功与内能的改变
学习任务三 热与内能的改变
学习任务四 改变物体内能的两种方式
随堂巩固
◆
练习册
备用习题
学习任务一 焦耳的实验
［教材链接］ 阅读教材“焦耳的实验”相关内容，完成下列填空：
(1) 代表性实验
实验一：重物下落带动叶片搅拌容器中的水,引起水温上升.对于同一个系统,如果过程是绝热的,尽管悬挂重物的质量不同,下落的高度不同,但只要______________相同,系统状态的变化就相同.
重力所做的功
实验二：通过电流的热效应给水加热.对于同一个系统,如果过程是绝热的,那么不管通过电阻丝的电流或大或小、通电时间或长或短,只要所做的______相等,系统的状态变化就相同.
实验结论：在各种不同的__________中,系统状态的改变与做功方式无关,仅与____________有关.
电功
绝热过程
做功的数量
(2) 绝热过程：系统只通过____________或外界对它做功而与外界交换能量,它不____________,也不向外界放热.
对外界做功
从外界吸热
(3) 内能的定义:任何一个热力学系统必定存在一个只依赖于系统___________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______.
自身状态
内能
例1 [2024·福建厦门一中月考] 如图所示是焦耳研究热与功之间关系的两个典型实验，那么从焦耳的这两个实验中可得出的结论是( )
A.系统状态的改变只能通过传热来实现
B.机械能守恒
C.在各种不同的绝热过程中，系统状态的改变与做功方式无关，仅与做功的数量有关
D.在各种不同的绝热过程中，系统状态的改变不仅与做功方式有关，还与做功数量有关
[解析] 焦耳通过多次实验，最后得到的结论是：在各种不同的绝热过程中，系统状态的改变与做功方式无关，仅与做功的数量有关，故选C.
√
学习任务二 功与内能的改变
［科学探究］ 采用如图所示装置进行实验：向透明塑料瓶内注入少量水，将打孔的橡胶塞安装上气门嘴后塞紧瓶口，用打气筒向瓶内打气，观察到橡胶塞跳出瓶口时瓶内出现______，
白雾
减少
下降
做功
这是因为橡胶塞跳出后瓶内的气体迅速膨胀对外做功，导致气体的内能______，瓶内气体温度迅速______，瓶内水蒸气液化，出现大量的雾状小水珠，此实验说明______可以改变物体的内能.
［教材链接］ 阅读教材内容,完成下列填空:
(1)内能变化与做功的关系:在绝热过程中,内能的变化量就等于外界对系统所做的功,即.
(2)在绝热过程中，外界对系统做功，系统的内能______；系统对外做功，系统的内能______.
增加
减少
例2 [2024·安徽合肥一中月考] 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，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
√
[解析] 压力通过活塞对密闭的理想气体做正功，容器及活塞绝热，由功和内能的关系知，理想气体内能增大，温度升高，根据，可得体积减小，压强增大，故C正确.
【要点总结】
功和内能的联系:
(1)功是过程量,内能是状态量;
(2)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;
(3)在绝热过程中,做功一定能引起内能变化;
(4)物体的内能变化大,并不意味着做功多,只有在绝热过程中,内能变化较大才对应着做功较多.
学习任务三 热与内能的改变
［教材链接］ 阅读教材“热与内能的改变”相关内容,完成下列填空:
(1)内能变化与传热的关系:在单纯的传热过程中,内能的变化量就等于外界向系统传递的热量,即.
(2)热量是在单纯的传热过程中系统__________的量度.传热是指不同物体(或一个物体的不同部分)之间内能的______，热量的概念只有在涉及__________时才有意义.
内能变化
转移
能量转移
例3 下列各事例中是通过传热改变物体内能的是( )
A.车床上车刀切削工件后发热 B.用肥皂水淋车刀后车刀降温
C.擦火柴时火柴头温度升高 D.搓搓手就会觉得手发热
[解析] 车床上车刀切削工件后发热、擦火柴时火柴头温度升高、搓搓手就会觉得手发热都是通过做功改变内能的，而用肥皂水淋车刀后车刀降温是通过传热改变物体内能的，故选B.
√
【要点总结】
1.在单纯传热的过程中,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.
2.传热与物体的内能的多少无关,只与两个物体(或一个物体的两部分)的温度差有关,热量总是从高温物体自发地传到低温物体.
学习任务四 改变物体内能的两种方式
［物理观念］ 改变物体内能的两种方式的比较
做功 传热
内能变化 外界对物体做功，物体的内能增加；物体对外界做功，物体的内能减少 物体吸收热量，物体的内能增加；物体放出热量，物体的内能减少
物理实质 其他形式的能与内能之间的转化 不同物体之间或同一物体的不同部分之间内能的转移
异同点 做功和传热在改变物体的内能上是______的，但做功和传热在______上是不同的，做功是能量的转化，传热是热量的转移
(续表)
等效
本质
例4 关于物体的内能及其变化，以下说法正确的是( )
A.物体的温度改变时，其内能一定改变
B.物体对外做功，其内能不一定改变；向物体传热，其内能也不一定改变
C.物体对外做功，其内能一定改变；物体向外放出热量，其内能也一定改变
D.若物体与外界不发生热交换，则物体的内能一定不改变
√
[解析] 一定质量的物体，其内能由温度和体积共同决定，物体的温度改变时，其内能不一定改变，A错误.
做功和传热是改变物体内能的两种方式，当物体对外做功为，吸收的热量为时，若，则物体的内能减少；若，则物体的内能不变；若，则物体的内能增加，B正确，C错误.
若物体与外界不发生热交换，但外界对物体做功或物体对外界做功时，物体的内能都会发生改变，D错误.
变式 (多选)[2024·湖北武汉二中月考] 对于热量、功和内能三者的关系，下列说法中正确的是( )
A.三者单位相同，物理意义相同
B.热量和功是内能的量度
C.热量和功由过程决定，而内能由物体状态决定
D.系统内能增加了，可能是外界采用绝热方式对系统做功，也可能是外界单纯地对系统传递的热量
√
√
[解析] 热量、功和内能三者虽然单位相同，但物理意义有本质区别，A错误.
热量和功由过程决定，内能由物体状态决定，热量和功是内能变化的量度，C正确，B错误.
对一个绝热过程，有，对一个单纯传热过程，有，D正确.
【要点总结】
温度、内能、热量和功的区别与联系
含义 特点
温度 表示物体的冷热程度，是物体分子平均动能大小的标志，是大量分子热运动的集体表现，对个别分子来说没有意义 状态量
内能 是物体内所有分子热运动的动能和分子势能的总和,是由大量分子的热运动和分子的相对位置决定的能 状态量
热量 是传热过程中内能的改变量，用来量度传热过程中内能转移的多少 过程量
含义 特点
功 用来改变系统的内能，促使机械能或其他形式的能和内能之间转化 过程量
1.内能的改变通过传热和做功两种方式来完成 2.有过程，才有内能变化，所以离开了过程，热量和功将毫无意义.就某一状态而言，只有“内能”，不存在“热量”和“功”，因此，不能说一个系统中含有“多少热量”或“多少功”
(续表)
1. (多选)关于传热,下列说法正确的是 ( )
A.传热中,热量一定从含热量多的物体传向含热量少的物体
B.两个物体之间发生传热的条件是它们之间有温度差
C.在传热中,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,也可能发生传热
[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错误;
物体间发生传热的条件是存在温度差,故B正确;
在传热过程中,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错误,D正确.
√
√
2. (多选)某汽车后备箱内安装有撑起箱盖的装置,它主要由汽缸和活塞组成.开箱时,密闭于汽缸内的压缩气体膨胀,将箱盖顶起,如图所示.在此过程中,若缸内气体与外界无热量交换,忽略气体分子间的相互作用,则缸内气体( )
A.对外做正功,分子的平均动能减小
B.对外做正功,内能增大
C.对外做负功,分子的平均动能增大
D.对外做正功,内能减小
[解析]气体膨胀,气体对外做正功,又因为气体与外界无热量交换,由此可知气体内能减小,B错误,D正确;
因忽略气体分子间的相互作用,没有分子势能,所以分子平均动能减小,A正确,C错误.
√
√
3.对内能的理解,下列说法正确的是 ( )
A.系统的内能是由系统的状态决定的
B.做功可以改变系统的内能,但是单纯地对系统传热不能改变系统的内能
C.不计分子势能,质量和温度相同的氢气和氧气具有相同的内能
D.1 g 100 ℃水的内能大于1 g 100 ℃水蒸气的内能
√
[解析]系统的内能是一个只依赖于系统自身状态的物理量,所以是由系统的状态决定的,故A正确;
做功和传热都可以改变系统的内能,故B错误;
质量和温度相同的氢气和氧气的分子平均动能相同,但它们的物质的量不同,内能不同,故C错误;
在1 g 100 ℃的水变成100 ℃水蒸气的过程中,分子间距离变大,要克服分子间的引力做功,分子势能增大,所以1 g 100 ℃水的内能小于1 g 100 ℃水蒸气的内能,故D错误.
4.有一个小气泡从水池底缓慢地上升,气泡跟水不发生热传递,而气泡内气体体积不断增大.在气泡上升过程中 ( )
A.由于气泡克服重力做功,故它的内能减少
B.由于重力和浮力的合力对气泡做功,故它的内能增加
C.由于气泡内气体膨胀做功,故它的内能增加
D.由于气泡内气体膨胀做功,故它的内能减少
[解析]合外力对气泡做功,改变气泡机械能的大小,选项A、B错误.
气泡内气体膨胀对外做功,内能减少,选项C错误,选项D正确.
√
5.关于温度、内能和热量的说法中,正确的是 ( )
A.物体吸收热量时内能增加,温度一定升高
B.在汽油机的压缩冲程中,机械能转化为内能
C.用锯条锯木板,锯条从木板吸收了热量,锯条的温度升高
D.人们不敢大口喝热气腾腾的汤,是因为汤含有的热量较多
√
[解析]晶体熔化过程中,吸热内能增加但温度不变,故A错误;
汽油机在压缩冲程中把机械能转化为内能,使汽油和空气混合物的内能增加,温度升高,故B正确;
用锯条锯木板,摩擦生热,机械能转化成内能,锯条的温度升高,是通过做功的方式增加了锯条和木板的内能,故C错误;
热量是过程量,只能说吸收或放出多少热量,不能说含有多少热量,故D错误.
6.气体温度计结构如图所示.玻璃测温泡A内充有理想气体,通过细玻璃管B和水银压强计相连.开始时A处于冰水混合物中,左管C中水银面在O点处,右管D中水银面高出O点h1=14 cm,后将A放入待测恒温槽中,上下移动D,使C中水银面仍在O点处,测得D中水银面高出O点h2=44 cm(已知外界大气压为标准大气压,标准大气压相当于76 cm高水银柱产生的压强).
(1)恒温槽的温度为 ;
364.2 K
[解析]设恒温槽的温度为T2,由题意知T1=273.15 K,A内气体发生等容变化,根据查理定律得,p1=p0+ph1,p2=p0+ph2,联立并代入数据得T2=364.2 K.
6.气体温度计结构如图所示.玻璃测温泡A内充有理想气体,通过细玻璃管B和水银压强计相连.开始时A处于冰水混合物中,左管C中水银面在O点处,右管D中水银面高出O点h1=14 cm,后将A放入待测恒温槽中,上下移动D,使C中水银面仍在O点处,测得D中水银面高出O点h2=44 cm(已知外界大气压为标准大气压,标准大气压相当于76 cm高水银柱产生的压强).
(2)此过程A中的气体内能 (选填“增大”或“减小”),气体不对外做功,气体将 (选填“吸热”或“放热”).
增大
吸热
[解析]此过程中A内气体温度升高,则内能增大,体积不变,则W=0,气体将吸热.
1.(内能、温度、热量的辨析)(多选)[2024·山东青岛二中月考] 下列有关物体的内能、温度、热量的说法中，正确的是( )
A.只要两物体的质量、温度和体积相等，两物体内能一定相等
B.只要温度升高，每个分子的动能就都增加
C.热量是传热过程中物体内能变化的量度
D.做功和传热都能改变物体的内能，两过程的本质不同，但改变物体内能的效果相同
√
√
[解析] 物体的内能由物体中的分子数、温度和体积共同决定，两物体的质量相等，而分子数不一定相同，错误；
温度升高，分子的平均动能增加，每个分子的动能不一定都增加，B错误；
热量是传热过程中物体内能变化的量度，C正确；
做功和传热都能改变物体的内能，做功是能量转化的过程，传热是能量转移的过程，两过程的本质不同，但改变物体内能的效果相同，D正确.
2.(改变物体内能的两种方式)下列属于内能发生转移的过程是( )
A.摩擦生热 B.电流做功产生电热
C.铁丝弯折发热 D.传热
[解析] 摩擦生热属于用做功的方式实现机械能转化为内能，故A错误；
电流做功产生电热属于用做功的方式改变内能，故B错误；
铁丝弯折发热属于用做功的方式改变内能，故C错误；
传热属于内能在物体间的转移，故D正确.
√
3.(改变物体内能的两种方式)(多选)下列说法中正确的是( )
A.做功和传热是改变物体内能的两种本质不同的过程
B.外界对物体做功，物体的内能一定增大
C.物体向外界放热，物体的内能一定增大
D.热量是在传热过程中，从一个物体向另一个物体或从物体的一部分向另一部分转移的内能的多少
√
√
[解析] 做功和传热改变物体内能的本质不同，因为做功的过程是不同形式的能相互转化的过程，而传热是同种形式的能量(内能)在不同的物体之间或物体的不同部分之间转移，故A正确；
使物体内能发生变化有做功和传热两种途径，单就一个方面不足以判断其内能的变化情况，故B、C错误；
热量是传热过程中内能转移的量度，D正确.
4.(改变物体内能的两种方式)如果铁丝的温度升高了，则( )
A.铁丝一定吸收了热量 B.铁丝一定放出了热量
C.外界可能对铁丝做了功 D.外界一定对铁丝做了功
[解析] 一个物体温度升高，内能增加，可以是对物体做了功，也可以是物体吸收了热量，故A、B、D错误,C正确.
√
练 习 册
知识点一 功与内能的改变
1.[2024·山西大同一中月考] 如图所示的实验装置中，把浸有乙醚的一小块棉花放在厚玻璃筒内底部，当很快向下压活塞时，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对物体( )
A.做功可以增加物体的热量 B.做功可以改变物体的内能
C.做功一定会升高物体的温度 D.做功一定可以使物态发生变化
√
[解析] 当用力压活塞时，活塞压缩玻璃筒内的空气，对空气做功，空气的内能增加，温度升高，当达到乙醚着火点时，筒内棉花就会燃烧起来，此实验说明了：外界对物体做功，物体的内能增加，故选B.
2.如图为某种椅子与其升降部分的结构示意图.、两筒间密闭了一定质量的气体，可沿的内壁上下滑动，设筒内气体不与外界发生热交换，在向下滑动的过程中( )
A.外界对气体做功，气体内能增大
B.外界对气体做功，气体内能减小
C.气体对外界做功，气体内能增大
D.气体对外界做功，气体内能减小
[解析] 筒内气体不与外界发生热交换，当向下滑动时，筒内气体体积变小，外界对气体做功，使气体的内能增大，故选A.
√
3.如图所示，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.用打气筒慢慢向容器
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
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，则( )
√
[解析] 胶塞冲出容器口后，气体膨胀，对外做功，由于没来得及发生热交换，容器内气体的内能减小，所以温度降低，即温度计示数变小.故选C.
知识点二 热与内能的改变
4.[2024·天津一中月考] 关于传热，下列说法中正确的是( )
A.传热的实质是温度的传递
B.物体的内能发生了改变，一定是吸收或放出了热量
C.传热可以在任何情况下进行
D.物体间存在着温度差，才能发生传热
√
[解析] 传热的实质是内能的转移，故A错误；
物体的内能发生了改变，可能是由于发生了传热，也可能是由于做功，故B错误；
传热必须在有温度差的情况下进行，故C错误；
物体间存在着温度差，才能发生传热，故D正确.
5.[2024·安徽合肥一中月考] 关于温度、内能和热量的说法中，正确的是( )
A.物体吸收热量时内能增加，温度一定升高
B.在汽油机的压缩冲程中，机械能转化为内能
C.用锯条锯木板，锯条从木板吸收了热量，锯条的温度升高
D.人们不敢大口喝热气腾腾的汤，是因为汤含有的热量较多
√
[解析] 晶体熔化过程中吸热，内能增加但温度不变，故A错误；
汽油机在压缩冲程中把机械能转化为内能，使汽油和空气混合物的内能增加，温度升高，故B正确；
用锯条锯木板，摩擦生热，机械能转化成内能，锯条的温度升高，是通过做功的方式增加了锯条和木板的内能，故C错误；
热量是过程量，只能说吸收或放出多少热量，不能说含有多少热量，故D错误.
6.[2024·河北衡水中学月考] 高温物体甲和低温物体乙发生传热，最后达到热平衡，这个过程的实质是( )
A.甲把内能传给乙，最后甲、乙两者温度相等
B.甲把内能传给乙，最后甲、乙两者内能相等
C.甲把温度传给乙，最后甲、乙两者温度相等
D.甲把温度传给乙，最后甲、乙两者内能相等
[解析] 宏观上甲的温度降低，乙的温度升高，因而有的同学会错误地认为甲向乙传递了温度，而实质上是甲将内能传递给了乙；传热完成后，甲、乙两物体达到热平衡，即两者温度相同，并不是内能相等，故A正确，B、C、D错误.
√
知识点三 改变物体内能的两种方式
7.物体的内能增加了，下列说法中正确的是( )
A.一定是外界对物体做了的功
B.一定是物体吸收了的热量
C.物体的分子动能一定增加了
D.物体的分子平均动能可能不变
√
[解析] 做功和传热都可以改变物体的内能，物体的内能增加了，不能确定是通过做功还是传热来实现的，故选项A、B错误；
物体的内能包括所有分子热运动的动能和分子势能，内能由分子数、分子平均动能、分子势能三者决定，故选项C错误，D正确.
8.下列关于做功和传热的说法中，正确的是( )
A.做功和传热都能引起系统内能的改变
B.只要外界对物体做功，物体的内能就一定改变
C.传热的条件是物体间存在内能差
D.做功和传热改变物体内能的实质是一样的
√
[解析] 做功和传热都能引起系统内能的改变，效果相同，但它们的实质不同，做功是其他形式的能和内能之间的转化，而传热是不同物体或一个物体的不同部分间内能的转移，A正确，D错误；
因为热量交换情况未知，所以外界对物体做功，物体的内能不一定改变，B错误；
传热的条件是物体间存在温度差，而不是存在内能差，C错误.
9.如图所示是古人锻造铁器的过程，关于改变物体内能的方式，下列说法正确的是( )
A.加热和锻打属于传热，淬火属于做功
B.加热属于传热，锻打和淬火属于做功
C.加热和淬火属于传热，锻打属于做功
D.加热和淬火属于做功，锻打属于传热
[解析] 用铁锤锻打工件，工件会发热，属于做功改变物体内能；用火对铁器加热，铁器从火中吸收热量，把铁器放在水中淬火，铁器向水中放热，所以加热和淬火属于传热改变物体内能，故C正确.
√
10.如图所示，在大口的玻璃瓶内装一些水，水的上方有水蒸气.然后用一与打气筒相连的活塞密闭瓶口，并给瓶内打气，当打到某一状态时，瓶塞会跳起来.当瓶塞跳起时，我们会看到瓶内出现了“白雾”.对于“白雾”的形成，下列说法正确的是( )
A.这些“白雾”是当瓶塞跳起后外界的水蒸气在瓶口遇冷形成的小水珠
B.这是打气筒向瓶内打进去的水蒸气
C.这是瓶内的水向外膨胀形成的水雾
D.瓶内气体推动瓶塞做功，气体的内能减小，温度降低，使水蒸气液化形成小水滴
[解析] 当用打气筒向瓶内打气时，外界对系统做功，使系统的内能增加，温度升高，压强增大，在瓶塞突然跳起时，气体膨胀对外做功，内能减少，温度下降，水蒸气有一部分被液化成小水滴，形成“白雾”，故D正确，A、B、C错误.
√
11.(多选)[2024·天津新华中学月考] 夏季天气温差比较大，充足的车胎经过正午阳光的曝晒易爆胎.若车胎内的气体可视为理想气体，爆胎前车胎内气体体积及质量均不变，爆胎过程时间极短，可看作绝热过程.关于车胎内的气体，下列说法正确的是( )
A.爆胎前随着气温的升高，车胎内气体压强增大
B.爆胎前随着气温的升高，车胎内气体吸收热量，对外做功，内能不变
C.爆胎过程中，车胎内气体对外做功，内能减小
D.爆胎过程中，车胎内气体体积增大，压强减小，温度升高
√
√
[解析] 爆胎前随着气温的升高，车胎内气体吸收热量，温度升高，内能增大，压强增大；爆胎前气体体积不变，没有对外做功，故A正确，B错误.
爆胎过程中，车胎内气体体积增大，气体对外做功，内能减小，同时温度降低，压强减小，故C正确，D错误.
12.(多选)早些年农村的小孩子常用废圆珠笔芯做一种玩具：铁丝的一端缠绕棉花，用水打湿后从一端塞入笔芯内，将笔芯的另一端用力在马铃薯上戳一下拔出来，然后用力推铁丝，马铃薯小块高速飞出，能打出几米远.下列说法正确的是( )
A.在推铁丝而马铃薯小块未飞出的过程中，笔芯内密封的气体的温度升高
B.在推铁丝而马铃薯小块未飞出的过程中，气体对外做功
C.马铃薯小块高速飞出的动能来自气体内能
D.马铃薯小块高速飞出时外界对笔芯内气体做功
[解析] 在快速推铁丝而马铃薯小块未飞出的过程中，外界对笔芯内封闭气体做功，内能增加，气体的温度升高，故A正确，B错误；
马铃薯小块高速飞出时，笔芯内气体对马铃薯小块做功，气体内能减小，即马铃薯小块高速飞出的动能来自气体的内能，故C正确，D错误.
√
√
13.(多选)[2024·广东中山一中月考] 现在骑自行车成为一种流行的运动，而山地自行车更是受到大众的青睐.山地自行车前轮有气压式减震装置来抵抗颠簸，其原理如图所示，如果路面不平，随着骑行时自行车的颠簸，活塞上下振动，在汽缸内封闭的气体(可视为理想气体)的作用下，起到延缓震动的目的.下列说法中正确的是( )
A.当活塞迅速向下压缩时，汽缸内气体分子的平均动能增加
B.当活塞迅速向下压缩时，汽缸内气体分子的平均动能减少
C.当活塞迅速向上反弹时，单位时间撞到汽缸内单位面积上的气体分子数增加
D.当活塞迅速向上反弹时，单位时间撞到汽缸内单位面积上的气体分子数减少
√
√
[解析] 活塞迅速下压时外界对气体做功且来不及热交换，气体的内能增大温度升高，汽缸内的气体分子平均动能增大，A正确，B错误；
当活塞迅速向上反弹时，气体对外做功且来不及热交换，气体的内能减小，温度降低，气体体积变大，由理想气体状态方程，可知气体压强减小，根据气体压强微观解释，单位时间撞到汽缸内单位面积上的气体分子数减少，C错误，D正确.
14.如图所示，一个质量为的绝热汽缸竖直放置，汽缸上端有一绝热活塞，活塞的质量为，面积为，系统处于静止状态时被封闭理想气体的高度为.现在活塞上方加一个质量为
[答案]
的物体，待稳定后，被封闭气体的高度变为.在这一过程中气体的内能增加了多少？，取
[解析] 由于汽缸及活塞均绝热，故外界对气体所做的功全部转化为气体的内能，即
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