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高中物理人教版选择性必修三教案
第三章 热力学定律
第3.1节 功、热和内能
学习目标
1.了解焦耳的两个实验的原理,认识焦耳实验探究对建立热力学规律的意义。
2.知道做功和传热是改变内能的两种方式及做功、传热与内能改变的关系。
3.明确内能、功、热量和温度四个物理量的区别和联系。
学科素养：
1.知道焦耳的两个实验，功与内能改变及热与内能改变的数量关系．(物理观念)
2．掌握焦耳的两个实验的实质，理解功、热和内能改变的关系，会解释相关的现象，分析相关的问题．(科学思维)
3．掌握两个实验的探究过程，利用“做一做”体验功与内能改变的关系，学会观察与操作并与他人合作交流，提高实验技能．(科学探究)
4．理解功、热与内能改变的实质，实事求是，培养积极探究科学的兴趣，激发学习热情．(科学态度与责任)
课前导学
基础知识导学
焦耳的实验
1．绝热过程：系统只由于外界对它做功而与外界交换________，它不从外界________，也不向外界________．
2．代表性实验
(1)重物下落带动叶片搅拌容器中的水，引起水温________．
(2)通过电流的________给水加热．
3．实验结论：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的始末两个状态决定，而与做功的________无关．
4．内能：任何一个热力学系统都必定存在一个只依赖于系统________的物理量，这个物理量称为内能．内能是热力学系统的一种能量．
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，ΔU＝________.
2．理解
(1)ΔU＝W的适用条件是________过程．
(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________．
热与内能的改变
1．热传递
(1)条件：物体的________不同．
(2)定义：两个________不同的物体相互接触时，温度高的物体要降温，温度低的物体要升温，________从高温物体传到了低温物体．
2．热和内能
(1)热量：它是在单纯的传热过程中系统________变化的量度．
(2)表达式：ΔU＝________.
(3)热传递与做功在改变系统内能上的异同
①做功和热传递都能引起系统________的改变．
②做功时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________．
知识点探究
知识点一 焦耳的实验
如图所示,用绝热性能良好的材料制作容器,容器中安装着叶片。砝码下落时带动叶片转动,搅拌容器中的水,水的温度如何变化 如何求得该装置机械能的减少量
1.绝热过程:系统不从外界吸热,也不向外界放热的过程。
2.代表实验
(1)重物下落带动叶片转动,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,使液体温度上升。
3.实验结论:在各种不同的绝热过程中,系统状态变化相同,所需外界做功的数量是相同的,与做功的方式无关。
4.内能:只依赖于热力学系统自身状态的物理量。
【思考】
1.在焦耳研究功与热等效性的实验中,为什么要求装水的容器采用绝热材料制作
2.焦耳的重物下落使水温升高实验和电流热效应给液体加热实验中外界做功的方式相同吗 通过两个实验你能得出什么结论
例1 如图是研究内能改变与功之间关系的两个典型实验,那么从这两个实验中可得出的结论是( )
A.能量守恒定律
B.机械能守恒定律
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
知识点二 功与内能的改变
“火”不但可以用来取暖,还可以用来加热食物,“火”把人类带入了文明的殿堂。我们的祖先很早就发明了“钻木取火”的用具,使人们不再仅仅依靠自然的“恩赐”而得到“火”。你知道“钻木取火”的道理吗
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,它就等于外界对系统所做的功W,即ΔU=W。
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,外界对物体做功,则W>0,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;物体对外界做功,则W<0,物体对外界做多少功,就有多少内能转化为其他形式的能,物体的内能就减少多少。
3.功与内能的区别
(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。在绝热过程中,只有内能变化量越大时,相应地做功才越多。
【思考】
打气筒是日常生活中的一种工具,当我们用打气筒给自行车打气的时候,就是在克服气体压力和摩擦力做功。打气的过程中你试着去摸一下打气筒的外壳有什么感觉 这是怎么回事呢
例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,气体内能增加
B.外界对气体做功,气体内能减少
C.气体对外界做功,气体内能增加
D.气体对外界做功,气体内能减少
训练1 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
知识点三 热与内能的改变
“围炉夜话”是中国古代文人认为非常有生活情趣的一种生活方式。在“围炉”的过程中,人的身体并没有和炉子本身发生接触,为什么还能够感到温暖 现代取暖的方式主要是暖气,暖气和炉子在能量传递方面有什么相同点
1.传热
(1)条件:两个物体的温度不同。
(2)过程:温度不同的物体发生传热,温度高的物体要降温,温度低的物体要升温,热从高温物体传到低温物体。
(3)传热的三种方式:热传导、热对流、热辐射。
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
①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。
②理解:在单纯的传热过程中,系统从外界吸收热量,则Q>0,系统从外界吸收了多少热量,系统的内能就增加多少,系统向外界放热,则Q<0,系统向外界放了多少热量,系统的内能就减少多少。
【思考】
下图是传热的三种方式——传导、对流和辐射。
(1)这三种方式在传递能量时有什么共同点
(2)传热和做功都可以改变物体的内能,这两种方式在改变物体内能时本质上又有什么不同
例3 (多选)(2025·四川成都高二下期末)如图所示,玻璃瓶A、B中装有质量相等、温度分别为60 ℃的热水和0 ℃的冷水,下列说法正确的是( )
A.因质量相等,故A瓶中水的内能与B瓶中水的内能相等
B.A瓶中水分子间的平均距离比B瓶中水分子间的平均距离小
C.若把A、B两只玻璃瓶并靠在一起,则A、B瓶内水的内能都将发生改变,这种改变内能的方式叫传热
D.若把A、B两只玻璃瓶并靠在一起,它们的状态都会发生变化,直到二者温度相同时,两系统便达到了热平衡,达到热平衡的两个系统都处于平衡态
温度、内能和热量的区别与联系
概念 区别 联系
温度 表示物体的冷热程度,其实质是反映了物体内部大量分子无规则运动的剧烈程度 温度是衡量内能多少的因素之一,热量是用来衡量传热过程中内能变化多少的物理量
内能 物体内部所有分子的动能和分子势能的总和。一切物体都具有内能
热量 在传热过程中,传递内能的多少,与物质的种类(比热容)、质量和温度的变化量有关
注意:温度不能“传”,热量不能“含”,吸热不一定升温(如:晶体的熔化、水的沸腾),升温不一定吸热(也可以通过做功实现)
训练2 (多选)(2025·河南三门峡高二下月考)下列有关物体的内能、温度、热量的说法正确的是( )
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
随堂对点自测
1.(功与内能)拥有私家车的人越来越多,说明人们生活水平不断提高。某汽车的发动机汽缸内装有汽油与空气的混合气体,如图所示,要使该混合气体达到其燃点,则( )
A.迅速向外拉活塞 B.迅速向里推活塞
C.缓慢向里推活塞 D.缓慢向外拉活塞
2.(热与内能的改变)(多选)下列关于传热的说法正确的是( )
A.热量是从含热量较多的物体传到含热量较少的物体
B.热量是从温度较高的物体传到温度较低的物体
C.热量是从内能较大的物体传到内能较小的物体
D.热量是传热过程中物体内能变化的量度
3.(温度、热量、功和内能的关系)下列说法正确的是( )
A.热量和功是由过程决定的,而内能是由物体状态决定的
B.外界对物体做功,物体的内能一定增大
C.物体吸收热量,温度一定升高
D.热量总是由内能大的物体流向内能小的物体
课后巩固训练
对点题组练
题组一 功与内能的改变
1.(多选)(人教版教材P46“问题”改编)如图所示,在空气压缩引火仪底部放置少量的硝化棉,迅速压下筒中的活塞,可以观察到硝化棉燃烧的火苗。关于该现象下列说法正确的是( )
A.迅速压下活塞可认为该实验为绝热过程
B.该实验是通过传热改变气体的内能
C.压缩过程中气体的压强增大
D.若缓慢压下活塞,外界对气体做的功等于气体内能的增加量
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
3.如图所示,活塞将汽缸分成甲、乙两气室,汽缸、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,则在将拉杆缓慢向左拉的过程中( )
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
4.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.瓶内空气推动瓶塞做功,空气的内能减小,温度降低,使水蒸气液化形成小水滴
题组二 热与内能的改变
5.如图所示,太阳能热水器是一种能够将太阳的光能转化为内能的装置。这种装置可以使装置内的水温度升高,这种改变水的内能的方式是( )
A.做功 B.传热
C.既有做功也有传热 D.电流的热效应
6.以下所述现象中,属于通过传热改变了物体内能的是( )
A.将一段铁丝反复弯折,弯折处会发热
B.放在空气中的一杯热水会冷却
C.在转动的砂轮上磨车刀,车刀发热
D.电流通过电阻丝,电阻丝发热
7.下列现象中,通过传热的方法来改变物体内能的是( )
A.打开电灯开关,灯丝的温度升高,内能增加
B.太阳能热水器在阳光照射下,水的温度逐渐升高
C.用磨刀石磨刀时,刀片的温度升高,内能增加
D.打击铁钉,铁钉的温度升高,内能增加
综合提升练
8.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
9.(多选)关于物体的内能,下列说法正确的是( )
A.夏天从室内冰箱里取一杯水去晒太阳,过一段时间水的温度升高,这是通过传热的方式改变物体内能的
B.传热可以改变物体的内能
C.做功可以改变物体的内能
D.一块0 ℃的冰融化成0 ℃的水,内能减小
10.(多选)在外界不做功的情况下,物体的内能增加了50 J,下列说法正确的是( )
A.一定是物体放出了50 J的热量
B.一定是物体吸收了50 J的热量
C.一定是物体分子动能增加了50 J
D.物体分子的平均动能可能不变
11.(多选)小明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
12.(多选)夏季,充足气的车胎经过正午阳光的暴晒容易爆胎。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。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,车胎内气体分子平均动能不变
培优加强练
13.如图所示,带有活塞的汽缸中封闭着一定质量的气体(不考虑分子势能)。将一个热敏电阻(电阻值随温度升高而减小)置于汽缸中,热敏电阻与汽缸外的电阻表连接,汽缸和活塞均具有良好的绝热性能。下列说法正确的是( )
A.若拉动活塞使汽缸内气体体积增大,需加一定的拉力,说明气体分子间有引力
B.若拉动活塞使汽缸内气体体积增大,则电阻表读数将变小
C.若发现电阻表读数变大,则汽缸内气体内能一定增大
D.若发现电阻表读数变大,则汽缸内气体内能一定减小
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第三章 热力学定律
第3.1节 功、热和内能
学习目标
1.了解焦耳的两个实验的原理,认识焦耳实验探究对建立热力学规律的意义。
2.知道做功和传热是改变内能的两种方式及做功、传热与内能改变的关系。
3.明确内能、功、热量和温度四个物理量的区别和联系。
学科素养：
1.知道焦耳的两个实验，功与内能改变及热与内能改变的数量关系．(物理观念)
2．掌握焦耳的两个实验的实质，理解功、热和内能改变的关系，会解释相关的现象，分析相关的问题．(科学思维)
3．掌握两个实验的探究过程，利用“做一做”体验功与内能改变的关系，学会观察与操作并与他人合作交流，提高实验技能．(科学探究)
4．理解功、热与内能改变的实质，实事求是，培养积极探究科学的兴趣，激发学习热情．(科学态度与责任)
课前导学
基础知识导学
焦耳的实验
1．绝热过程：系统只由于外界对它做功而与外界交换________，它不从外界________，也不向外界________．
2．代表性实验
(1)重物下落带动叶片搅拌容器中的水，引起水温________．
(2)通过电流的________给水加热．
3．实验结论：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的始末两个状态决定，而与做功的________无关．
4．内能：任何一个热力学系统都必定存在一个只依赖于系统________的物理量，这个物理量称为内能．内能是热力学系统的一种能量．
答案：1.能量 吸热 放热
2．(1)上升 (2)热效应
3．方式
4．自身状态
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，ΔU＝________.
2．理解
(1)ΔU＝W的适用条件是________过程．
(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________．
答案：1.W
2．(1)绝热 (2)增加 减少
热与内能的改变
1．热传递
(1)条件：物体的________不同．
(2)定义：两个________不同的物体相互接触时，温度高的物体要降温，温度低的物体要升温，________从高温物体传到了低温物体．
2．热和内能
(1)热量：它是在单纯的传热过程中系统________变化的量度．
(2)表达式：ΔU＝________.
(3)热传递与做功在改变系统内能上的异同
①做功和热传递都能引起系统________的改变．
②做功时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.(1)温度 (2)温度 热量
2．(1)内能 (2)Q (3)①内能 ②转化 转移
知识点探究
知识点一 焦耳的实验
如图所示,用绝热性能良好的材料制作容器,容器中安装着叶片。砝码下落时带动叶片转动,搅拌容器中的水,水的温度如何变化 如何求得该装置机械能的减少量
提示 水的温度升高。该装置机械能的减少量等于水增加的能量,可由水的质量、升高的温度以及水的比热容求得。
1.绝热过程:系统不从外界吸热,也不向外界放热的过程。
2.代表实验
(1)重物下落带动叶片转动,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,使液体温度上升。
3.实验结论:在各种不同的绝热过程中,系统状态变化相同,所需外界做功的数量是相同的,与做功的方式无关。
4.内能:只依赖于热力学系统自身状态的物理量。
【思考】
1.在焦耳研究功与热等效性的实验中,为什么要求装水的容器采用绝热材料制作
提示 隔绝与外界热量的交换,使水温度的升高只由叶片搅拌引起。
2.焦耳的重物下落使水温升高实验和电流热效应给液体加热实验中外界做功的方式相同吗 通过两个实验你能得出什么结论
提示 不同。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,仅与做功多少有关。
例1 如图是研究内能改变与功之间关系的两个典型实验,那么从这两个实验中可得出的结论是( )
A.能量守恒定律
B.机械能守恒定律
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
答案 C
解析 通过这两个实验可得出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,仅与做功数量有关。故选项C正确。
知识点二 功与内能的改变
“火”不但可以用来取暖,还可以用来加热食物,“火”把人类带入了文明的殿堂。我们的祖先很早就发明了“钻木取火”的用具,使人们不再仅仅依靠自然的“恩赐”而得到“火”。你知道“钻木取火”的道理吗
提示 “钻木取火”是通过摩擦生热的方式将机械能转化为内能,使木材内能增加,温度升高并达到着火点而燃烧。
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,它就等于外界对系统所做的功W,即ΔU=W。
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,外界对物体做功,则W>0,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;物体对外界做功,则W<0,物体对外界做多少功,就有多少内能转化为其他形式的能,物体的内能就减少多少。
3.功与内能的区别
(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。在绝热过程中,只有内能变化量越大时,相应地做功才越多。
【思考】
打气筒是日常生活中的一种工具,当我们用打气筒给自行车打气的时候,就是在克服气体压力和摩擦力做功。打气的过程中你试着去摸一下打气筒的外壳有什么感觉 这是怎么回事呢
提示 打气筒外壳温度升高甚至烫手,这是由于打气时活塞压缩气体,对气体做功,使气体内能增加,温度升高。
例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,气体内能增加
B.外界对气体做功,气体内能减少
C.气体对外界做功,气体内能增加
D.气体对外界做功,气体内能减少
答案 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,使气体的内能增加,故A正确。
训练1 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
答案 C
解析 压力F通过活塞对密闭的理想气体做正功,由功和内能的关系知理想气体内能增大,温度T升高,根据=C知体积V减小,压强p增大,故C正确。
知识点三 热与内能的改变
“围炉夜话”是中国古代文人认为非常有生活情趣的一种生活方式。在“围炉”的过程中,人的身体并没有和炉子本身发生接触,为什么还能够感到温暖 现代取暖的方式主要是暖气,暖气和炉子在能量传递方面有什么相同点
提示 炉子和人身体没有发生接触也可以感到温暖,是因为热量可以通过传热向外扩散,这和暖气的散热方式是相同的。
1.传热
(1)条件:两个物体的温度不同。
(2)过程:温度不同的物体发生传热,温度高的物体要降温,温度低的物体要升温,热从高温物体传到低温物体。
(3)传热的三种方式:热传导、热对流、热辐射。
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
①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。
②理解:在单纯的传热过程中,系统从外界吸收热量,则Q>0,系统从外界吸收了多少热量,系统的内能就增加多少,系统向外界放热,则Q<0,系统向外界放了多少热量,系统的内能就减少多少。
【思考】
下图是传热的三种方式——传导、对流和辐射。
(1)这三种方式在传递能量时有什么共同点
(2)传热和做功都可以改变物体的内能,这两种方式在改变物体内能时本质上又有什么不同
提示 (1)三种方式都是热量从一个物体传递到另一个物体(或从物体的一部分传递到另一部分)。
(2)传热是内能在物体间(或一个物体的不同部分之间)转移,做功是其他形式的能和内能之间的转化。
例3 (多选)(2025·四川成都高二下期末)如图所示,玻璃瓶A、B中装有质量相等、温度分别为60 ℃的热水和0 ℃的冷水,下列说法正确的是( )
A.因质量相等,故A瓶中水的内能与B瓶中水的内能相等
B.A瓶中水分子间的平均距离比B瓶中水分子间的平均距离小
C.若把A、B两只玻璃瓶并靠在一起,则A、B瓶内水的内能都将发生改变,这种改变内能的方式叫传热
D.若把A、B两只玻璃瓶并靠在一起,它们的状态都会发生变化,直到二者温度相同时,两系统便达到了热平衡,达到热平衡的两个系统都处于平衡态
答案 CD
解析 温度是分子的平均动能的标志,A瓶中水的分子平均动能大,因质量相等,A瓶中水的内能比B瓶中水的内能大,A错误;质量相等的60 ℃的热水和0 ℃的冷水相比,60 ℃的热水体积比较大,所以A瓶中水分子间的平均距离比B瓶中水分子间的平均距离大,B错误;若把A、B两只玻璃瓶并靠在一起,热量会自发地从高温向低温传递,则A、B瓶内水的内能都将发生改变,这种改变内能的方式叫传热,C正确;若把A、B两只玻璃瓶并靠在一起,热量会自发地从高温向低温传递,它们的状态都会发生变化,直到二者温度相同时,两系统便达到了热平衡,达到热平衡的两个系统都处于平衡态,D正确。
温度、内能和热量的区别与联系
概念 区别 联系
温度 表示物体的冷热程度,其实质是反映了物体内部大量分子无规则运动的剧烈程度 温度是衡量内能多少的因素之一,热量是用来衡量传热过程中内能变化多少的物理量
内能 物体内部所有分子的动能和分子势能的总和。一切物体都具有内能
热量 在传热过程中,传递内能的多少,与物质的种类(比热容)、质量和温度的变化量有关
注意:温度不能“传”,热量不能“含”,吸热不一定升温(如:晶体的熔化、水的沸腾),升温不一定吸热(也可以通过做功实现)
训练2 (多选)(2025·河南三门峡高二下月考)下列有关物体的内能、温度、热量的说法正确的是( )
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
答案 CD
解析 物体的内能由物体中的分子数、物体的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。
随堂对点自测
1.(功与内能)拥有私家车的人越来越多,说明人们生活水平不断提高。某汽车的发动机汽缸内装有汽油与空气的混合气体,如图所示,要使该混合气体达到其燃点,则( )
A.迅速向外拉活塞 B.迅速向里推活塞
C.缓慢向里推活塞 D.缓慢向外拉活塞
答案 B
解析 气体被压缩时,外界对气体做功使其内能增大,气体膨胀时,气体对外做功内能减少。将装有汽油与空气的混合气体的汽缸中的活塞迅速向里推,该汽缸内混合气体来不及与外界发生热交换,可以看作绝热过程,同时外界通过活塞对该气体做功,使该混合气体的内能增加,温度升高,从而达到汽油燃点,故B正确。
2.(热与内能的改变)(多选)下列关于传热的说法正确的是( )
A.热量是从含热量较多的物体传到含热量较少的物体
B.热量是从温度较高的物体传到温度较低的物体
C.热量是从内能较大的物体传到内能较小的物体
D.热量是传热过程中物体内能变化的量度
答案 BD
解析 热量不是状态量,不能说含有或者具有多少热量,故选项A错误;在传热的过程中热量总是由温度高的物体传到温度低的物体,故选项B正确,C错误;热量是传热过程中物体内能变化的量度,故选项D正确。
3.(温度、热量、功和内能的关系)下列说法正确的是( )
A.热量和功是由过程决定的,而内能是由物体状态决定的
B.外界对物体做功,物体的内能一定增大
C.物体吸收热量,温度一定升高
D.热量总是由内能大的物体流向内能小的物体
答案 A
解析 热量和功是过程量,内能是状态量,故A正确;引起物体内能变化的有做功和传热两种途径,单就一个方面不足以断定其内能的变化,故B错误;在晶体熔化和液体沸腾过程中,物体要不断地吸收热量,但物体的温度不变,这时内能的增加主要表现在内部分子势能的增加,故C错误;两物体之间热量的流向只与它们的温度有关,与它们内能的大小无关,故D错误。
课后巩固训练
对点题组练
题组一 功与内能的改变
1.(多选)(人教版教材P46“问题”改编)如图所示,在空气压缩引火仪底部放置少量的硝化棉,迅速压下筒中的活塞,可以观察到硝化棉燃烧的火苗。关于该现象下列说法正确的是( )
A.迅速压下活塞可认为该实验为绝热过程
B.该实验是通过传热改变气体的内能
C.压缩过程中气体的压强增大
D.若缓慢压下活塞,外界对气体做的功等于气体内能的增加量
答案 AC
解析 迅速压下活塞,气体与外界来不及交换热量,可认为该实验过程是绝热过程,A正确;该实验是压下活塞,对气体做功,气体的内能增加,B错误;压缩过程中气体的体积减小,温度升高,根据=C可知,气体的压强增大,C正确;若缓慢压下活塞,气体与外界会发生热量交换,外界对气体做的功大于气体内能的增加量,D错误。
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
答案 AD
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,故B错误,D正确;因忽略气体分子间相互作用,即不考虑分子势能,所以分子平均动能减小,故A正确,C错误。
3.如图所示,活塞将汽缸分成甲、乙两气室,汽缸、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,则在将拉杆缓慢向左拉的过程中( )
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
答案 D
解析 绝热汽缸和活塞不与外界交换热量,对甲室内的气体,在拉杆缓慢向左拉的过程中,活塞左移,压缩甲室中的气体,外界对甲室气体做功,其内能增大;对乙室内的气体,活塞左移,气体膨胀,气体对外界做功,内能减小,故D正确。
4.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.瓶内空气推动瓶塞做功,空气的内能减小,温度降低,使水蒸气液化形成小水滴
答案 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,使瓶塞从瓶口中喷出。形成“白雾”的原因是,在瓶塞突然跳起时,气体绝热膨胀对外做功,内能减少,温度降低,水蒸气有一部分被液化成小水滴,故D正确。
题组二 热与内能的改变
5.如图所示,太阳能热水器是一种能够将太阳的光能转化为内能的装置。这种装置可以使装置内的水温度升高,这种改变水的内能的方式是( )
A.做功 B.传热
C.既有做功也有传热 D.电流的热效应
答案 B
解析 太阳能热水器是通过传热的方式将水加热,故B正确。
6.以下所述现象中,属于通过传热改变了物体内能的是( )
A.将一段铁丝反复弯折,弯折处会发热
B.放在空气中的一杯热水会冷却
C.在转动的砂轮上磨车刀,车刀发热
D.电流通过电阻丝,电阻丝发热
答案 B
解析 弯折铁丝是力对铁丝做功,在转动的砂轮上磨车刀是摩擦力对车刀做功,电阻丝发热是因为电流的热效应,故A、C、D错误;热水放在空气中,热水向外放热,而使自身的内能减少,温度下降,它是通过传热改变内能的,故B正确。
7.下列现象中,通过传热的方法来改变物体内能的是( )
A.打开电灯开关,灯丝的温度升高,内能增加
B.太阳能热水器在阳光照射下,水的温度逐渐升高
C.用磨刀石磨刀时,刀片的温度升高,内能增加
D.打击铁钉,铁钉的温度升高,内能增加
答案 B
解析 打开电灯开关,灯丝的温度升高,是通过电流做功的方法来改变物体内能的,A错误;太阳能热水器中水的内能增加是以传热方式进行的,B正确;用磨刀石磨刀时,刀片温度升高,是通过摩擦力做功的方法来改变物体内能的,C错误;打击铁钉,铁钉温度升高,是通过做功的方法来改变物体内能的,D错误。
综合提升练
8.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
答案 C
解析 用铁锤锻打铁器,铁器会发热,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。
9.(多选)关于物体的内能,下列说法正确的是( )
A.夏天从室内冰箱里取一杯水去晒太阳,过一段时间水的温度升高,这是通过传热的方式改变物体内能的
B.传热可以改变物体的内能
C.做功可以改变物体的内能
D.一块0 ℃的冰融化成0 ℃的水,内能减小
答案 ABC
解析 晒太阳使温度较低的水升温,是通过传热的方式改变物体的内能,故A正确;传热和做功都可以改变物体的内能,故B、C正确;冰融化成水,吸收热量,内能增大,故D错误。
10.(多选)在外界不做功的情况下,物体的内能增加了50 J,下列说法正确的是( )
A.一定是物体放出了50 J的热量
B.一定是物体吸收了50 J的热量
C.一定是物体分子动能增加了50 J
D.物体分子的平均动能可能不变
答案 BD
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50 J,一定是吸收了50 J的热量,故A错误,B正确;物体内能包括所有分子的动能和分子势能,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50 J并不一定是分子动能增加了50 J,物体分子的平均动能有可能不变,这时吸收的50 J热量全部用来增加分子势能,故C错误,D正确。
11.(多选)小明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
答案 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。
12.(多选)夏季,充足气的车胎经过正午阳光的暴晒容易爆胎。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。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,车胎内气体分子平均动能不变
答案 AC
解析 爆胎前车胎内的气体体积不变,吸收热量,没有对外做功,温度升高时,压强增大,内能增大,故A正确,B错误;爆胎过程时间极短,气体来不及与外界热交换,其体积膨胀对外做功,则气体内能减小,温度降低,气体分子平均动能减小,故C正确,D错误。
培优加强练
13.如图所示,带有活塞的汽缸中封闭着一定质量的气体(不考虑分子势能)。将一个热敏电阻(电阻值随温度升高而减小)置于汽缸中,热敏电阻与汽缸外的电阻表连接,汽缸和活塞均具有良好的绝热性能。下列说法正确的是( )
A.若拉动活塞使汽缸内气体体积增大,需加一定的拉力,说明气体分子间有引力
B.若拉动活塞使汽缸内气体体积增大,则电阻表读数将变小
C.若发现电阻表读数变大,则汽缸内气体内能一定增大
D.若发现电阻表读数变大,则汽缸内气体内能一定减小
答案 D
解析 拉动活塞使汽缸内气体体积增大,需加一定的拉力,说明大气压大于汽缸内气体压强,无法说明气体分子间有引力,故A错误;若拉动活塞使汽缸内气体体积增大,气体对外做功,内能减小,温度降低,电阻增大,则电阻表示数将变大,故B错误;发现电阻表读数变大时,热敏电阻变大,说明温度降低,则气体内能减小,故C错误,D正确。
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