第一节 内能 功 热量
学 习 目 标
重 点 难 点
1.了解改变物体内能的两种方式：做功和热传递.
2.了解内能的变化可以分别用功和热量来量度.
3.理解热量的概念.
4.理解做功和热传递对于改变物体内能的等效性以及它们的本质区别.
1.理解物体内能的概念，知道功与内能的关系．(重点)
2.热传递对内能的改变．(重点)
3.内能的改变与做功的方式无关，仅与做功的数量有关．(难点)
4.热传递对内能的改变效果．(难点)
改变物体内能的两种方式
1．基本知识
(1)内能
①定义：物体内部所有分子做热运动的动能和分子势能的总和．
②影响因素：物体的内能由物体的温度、体积、物质的量共同决定．
(2)做功改变物体的内能
做功可以改变物体的内能，外界对气体做功，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．气体被压缩或膨胀时做功，气体的内能就发生变化．
(3)热传递改变物体的内能
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：热传递过程中物体内能变化的量度．
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．
2．思考判断
(1)做功和热传递的实质是相同的． (×)
(2)做功和热传递在改变物体内能上是等效的． (√)
(3)做功和热传递是对同一过程中的两种说法． (×)
3．探究交流
“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】 钻木取火应用了摩擦生热的原理，即用做功的方法改变物体的内能．
功与内能
【问题导思】
1．外界对气体做功，气体的体积、内能怎样变化？
2．气体对外界做功，气体的体积、内能怎样变化？
1．内能与内能的变化
(1)物体的内能是指物体内所有分子的平均动能和势能之和．在微观上由分子数和分子热运动剧烈程度和相互作用力决定，宏观上体现为物体温度和体积，因此物体的内能是一个状态量．
(2)当物体温度变化时，分子热运动剧烈程度发生改变，分子平均动能变化．物体体积变化时，分子间距离变化，分子势能发生变化，因此物体的内能变化只由初、末状态决定，与中间过程及方式无关．
2．做功与内能的变化的关系
(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，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．功和内能的区别
(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，只有内能变化较大时，对应着做功较多．
如图所示，厚壁容器的一端通过胶塞插进一只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．用打气筒慢慢向筒内打气，使容器内的压强增加到一定程度，这时读出温度计示数．打开卡子，胶塞冲出容器后( )
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
【审题指导】 题干中“胶塞冲出容器”，说明该过程气体迅速膨胀，来不及与外界进行热量交换，可以理解为绝热过程．
【解析】 根据功是能量转化的量度，对外做了多少功，就意味着转化了多少能量．该过程中，对外做功，系统与外界又没有热量交换，故系统的内能减少，温度降低，温度计示数变小，选项C正确．
【答案】 C
1．金属制成的汽缸中装有柴油与空气的混合物，有可能使汽缸中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
【解析】 气体被压缩或膨胀时做功，气体的内能就发生变化．如果将装有柴油与空气混合物的汽缸中的活塞迅速向里推，一方面柴油气体来不及与外界发生热交换，另一方面由于外界通过活塞对气体做功，使柴油气体的内能增加，温度升高，从而使柴油达到燃点，故正确选项为A.
【答案】 A
热传递与内能
【问题导思】
1．热传递过程是怎样改变物体内能的？
2．热传递的实质是什么？
1．热传递
(1)定义：两个温度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，我们说，热量从高温物体传到低温物体，这样的过程叫作热传递．
(2)热传递的条件：两物体温度不同．
(3)热传递的三种方式：热传导、热对流和热辐射．
(4)实质：用热传递来改变系统的内能，是通过热传导、热对流和热辐射来完成，它将分子的无规则运动，从一个系统转移到另一个系统，这种转移也就是系统间的内能转换的过程．功是在没有热传递的过程中，系统能量变化的量度；热量是在没有做功的过程中，系统能量变化的量度．
2.热传递和物体内能改变的关系
(1)热传递也可以改变物体的内能．只有在热传递情况下，吸热过程中物体吸收了热量，分子热运动变得剧烈或状态、体积发生变化，分子平均动能或分子势能增加，物体的内能增大，反之物体内能减少．在只有热传递的情况下，系统由状态1到达状态2，内能增量为ΔU＝U2－U1，吸收的热量即Q＝ΔU.
(2)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．
1．就某一状态而言，只有“内能”，根本不存在什么“热量”和“功”，因此，不能说一个系统中含有“多少热量”或“多少功”．
2．一个物体内能的多少是无法测量的，但物体内能的变化是可以测量的．
(双选)关于热传递的下列叙述中正确的是( )
A．热量总是从内能大的物体传给内能小的物体
B．热量总是从分子的平均动能大的物体传给分子平均动能小的物体
C．热传递的实质是物体间的内能的转移而能的形式不发生变化
D．只有通过热传递的方式，才能使物体的温度发生变化
【审题指导】 解答本题应明确：热传递的条件是两物体有温度差；热传递仅是内能改变的方式之一．热传递的实质是能量的转移．
【解析】 热传递是改变物体内能的一种方式，热量总是从高温物体传到低温物体，而能的形式不发生变化；温度是分子平均动能的标志．
【答案】 BC
2．(双选)下列说法中正确的是( )
A．做功和热传递是改变物体内能的两种本质不同的物理过程：做功使物体的内能改变，是其他形式的能和内能之间的转化；热传递则不同，它是物体内能的转移
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．热量是在热传递中，从一个物体向另一个物体或物体的一部分向另一部分转移内能的多少
【解析】 做功和热传递改变物体内能的本质不同，因为做功的过程一定是不同形式的能相互转化的过程，而热传递是同种形式的能量(内能)在不同的物体之间或物体不同的部分之间传递或转移，故A选项正确．物体内能的变化取决于做功和热传递两种途径，单就一个方面不足以断定其内能的变化，故B、C选项不正确．热量是内能转移的量度，D选项正确．
【答案】 AD
做功与热传递改变物体内能的判定
如图所示，A、B是两个完全相同的球，分别浸没在水和水银的同一深度处，A、B两球用同一种材料制成，当温度稍微升高时，球的体积会明显变大，如果开始水和水银的温度相同，且两液体温度同时缓慢升高到同一值，两球膨胀后，体积相等，则( )
A．A球吸收的热量较多
B．B球吸收的热量较多
C．两球吸收的热量一样多
D．无法确定
【审题指导】 利用球体体积的变化从而找到做功的关系，是解决本题的关键所在．
【解析】 A、B两球升高同样的温度，体积又相同，则二者内能的变化相同，而B球是处在水银中的，B球膨胀时受到的压力大，对外做功多，因此B球吸收热量较多一些．
【答案】 B
1．做功和热传递改变物体内能的方式不同，但效果是相同的．
2．热传递可以使内能转移，在单纯的热传递过程中，若吸收热量，物体的内能增加；若放出热量，物体的内能减少．
3．在单纯的做功过程中，外界对物体做功，内能增加，物体对外做功，内能减少．
1．关于热量、功和内能三个物理量，下列说法中正确的是( )
A．热量、功和内能三者的物理意义相同，只是说法不同
B．热量、功都可以作为物体内能变化的量度
C．热量、功和内能的单位不同
D．功由过程决定，而热量和内能由物体的状态决定
【解析】 热量、功和内能是三个不同的物理量，它们的物理意义不同，故A错误；功与热量是能量转化或转移的量度，热量和功都可以作为物体内能变化的量度，故B正确；热量、功和内能的单位相同，都是焦耳，故C错误；功和热量由过程决定，内能由物体的状态决定，故D错误．故选B.
【答案】 B
2．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．一定是物体分子动能增加了20 J
D．物体的分子平均动能可能不变
【解析】 解题关键要明确做功和热传递都可以改变物体内能，物体内能改变20 J，其方式是不确定的，因此A、B错误．而物体内能包括所有分子的平均动能和势能，内能由分子数、分子平均动能、分子势能三者决定，因此C错误，D正确．
【答案】 D
3.(双选)如图中活塞将汽缸分成两气室，汽缸、活塞(连同拉杆)是绝热的，且汽缸不漏气，以U甲、U乙分别表示甲、乙两气体的内能，则在用一定的拉力将拉杆缓慢向外拉的过程中( )
A．U甲不变，U乙不变 B．U甲减小，U乙增大
C．U甲与U乙总量不变 D．U甲与U乙总量增加
【解析】 用力缓慢地拉杆的过程中，由于各部分均绝热，所以由甲气体体积增加，乙气体体积减小可得：U甲减小，U乙增大，A错误，B正确；又因为整个过程是外界对气体做正功，所以气体的总内能应该增加，所以C错，D对．
【答案】 BD
4．(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．冬天搓搓手，会感觉到手变得暖和起来
D．太阳能热水器在阳光照射下，水的温度逐渐升高
【解析】 A是电流做功改变内能，C是摩擦做功改变内能，只有B、D是通过热传递的方法改变物体内能的，故选B、D.
【答案】 BD
5．若对物体做1 200 J的功，可使物体温度升高3 ℃，改用传热的方式，使物体温度同样升高3 ℃，那么物体应吸收________J的热量，如果对该物体做3 000 J的功，物体的温度升高5 ℃，表明该过程中，物体应________(填“吸收”或“放出”)热量________J.
【解析】 做功和传热在改变物体内能上是等效的，因此物体用做功方式使温度升高3 ℃，如用吸热方式，也使温度升高3 ℃，应吸收1 200 J的热量．
如对物体做功3 000 J，温度升高5 ℃，而物体温度升高5 ℃，需要的功或热量应为ΔE.
1 200 J＝cm×3 ℃，ΔE＝cm×5 ℃， 所以ΔE＝2 000 J.
Q＝ΔE－W＝－1 000 J，因此物体应放出1 000 J的热量．
【答案】 1 200 放出 1 000
课件42张PPT。第三章 热力学基础第一节 内能 功 热量
动能分子势能温度体积物质的量升高增加下降减小内能
高温低温物体内能增加减少× × √ 功与内能 热传递与内能 做功与热传递改变物体内能的判定点击右图进入…Thank you for watching !课时分层作业(十三)
(建议用时：45分钟)
1．(双选)下列哪些过程是通过做功改变物体内能的( )
A．汽车刹车过程中，刹车片温度升高
B．太阳能热水器中水温升高
C．在寒冷的冬天，人从室外进入室内，感觉暖和
D．电饭锅将饭煮熟
【解析】 汽车刹车时，克服摩擦力做功，温度升高，A正确；太阳能热水器中水温升高属于热传递，B错误；人从室外到室内，人与室内空气发生热传递，C错误；电饭锅煮饭是电流做功，将电能转化为热能，D正确．
【答案】 AD
2．日常生活中谈到“热”，具有不同的含义，它可以表示物理学中的热量、温度、内能等，以下叙述中哪个“热”是用来表示物理学上的内能( )
A．今天的天气很热
B．摩擦生热
C．物体放热温度降低
D．今年出现足球热
【解析】 选项A中的“热”表示温度，B中的“热”表示内能，C中的表示热量，D中的没有物理含义．故选B.
【答案】 B
3．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量的量度
【解析】 物体的内能由温度、体积及物体的质量决定，不只由温度决定，故选项A、B错误．在自发的热传递过程中，热量是由高温物体传给低温物体，而内能大的物体不一定温度高，在热传递过程中完全有可能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错误．关于热量的论述，选项D正确．
【答案】 D
4．如图所示一个气泡从恒温水槽的底部缓慢向上浮起(若不计气泡内空气分子势能的变化)，则( )
A．气泡对外做功，内能不变，同时放热
B．气泡对外做功，内能不变，同时吸热
C．气泡内能减少，同时放热
D．气泡内能不变，不吸热也不放热
【解析】 在气泡缓慢上升的过程中，气泡外部的压强逐渐减小，气泡膨胀，对外做功．但由于外部恒温，且气泡缓慢上升，故可以认为上升过程中气泡内空气的温度始终等于外界温度，内能不变，故须从外界吸收热量，且吸收的热量等于对外界所做的功．故正确答案为B.
【答案】 B
5．在一个完全真空的绝热容器中放入两个物体，它们之间没有发生热传递，这是因为( )
A．两物体具有相同的内能
B．真空容器中不能发生热传递
C．两物体的温度相同
D．两物体没有接触
【解析】 发生热传递的方式有三种，条件是有温度差，而与物体内能的多少、是否接触、周围环境(是否真空)无关．故C项正确．
【答案】 C
6．一定质量的0 ℃的冰融化成0 ℃的水时其分子动能之和Ek与分子势能之和Ep及物体内能E的变化情况为( )
A．Ek变大，Ep变大，E变大
B．Ek变小，Ep变小，E变大
C．Ek不变，Ep变大，E变大
D．Ek不变，Ep变小，E变小
【解析】 温度是分子平均动能的标志，温度相同，平均动能一定相同.0 ℃的冰融化成0 ℃的水，分子个数不变，总动能Ek相同．但融化过程中吸收热量，内能E增大，所以分子势能增大，C对，A、B、D错．
【答案】 C
7．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力，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】 向下压活塞，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C选项正确．
【答案】 C
8.(双选)如图所示为焦耳实验装置图，用绝热性能良好的材料将容器包好，重物下落带动叶片搅拌容器里的水，引起水温升高．关于这个实验，下列说法正确的是( )
A．这个装置可测定热功当量
B．做功增加了水的热量
C．做功增加了水的内能
D．功和热量是完全等价的，无区别
【解析】 将做功过程和吸热过程在同等条件下对比，可测出热功当量，故A正确；做功增加了水的内能，热量只是热传递过程中内能改变的量度，故B错误，C正确；做功和传热递产生的效果相同，但功和热量是不同的概念，D错误．
【答案】 AC
9．(双选)在光滑水平面上有一木块保持静止，子弹穿过木块，下列说法中正确的是( )
A．子弹对木块做功使木块内能增加
B．子弹损失的机械能等于子弹与木块增加的内能
C．子弹损失的机械能等于木块动能的增加和木块、子弹增加的内能的总和
D．子弹与木块总动能守恒
【解析】 子弹损失的动能，一部分使木块的动能增加，另一部分转化为内能被子弹和木块吸收，故选A、C.
【答案】 AC
10．(双选)如图所示，大口玻璃瓶内有一些水，水的上方有水蒸气，向瓶内打气，当瓶塞跳出时，观察瓶内的变化．以下说法正确的是( )
A．水蒸气对外界做功，内能减少
B．外界对水蒸气做功，内能增加
C．瓶口处水蒸气因液化有“白雾”出现
D．因向瓶内打气，内能增加，瓶口处不会出现“白雾”
【解析】 当瓶塞跳出时，我们会发现瓶内的瓶口处有“白雾”产生．我们所选的研究对象是瓶内水面上方的水蒸气，在瓶塞跳出的过程中，是系统膨胀对外界做功，在这个过程中系统的内能减少．瓶内的瓶口处的“白雾”实际上是瓶内的水蒸气液化形成的无数小液滴，水蒸气液化过程中内能减少．
【答案】 AC
11．如图所示，直立容器内部被隔板隔开，A的密度小，B的密度大，抽去隔板，使气体均匀混合．此过程绝热，则气体内能________．
【解析】 气体A、B密度不等，均匀混合，原重心下移，重力做正功，重力势能减少，因为这一过程绝热，所以气体内能增加．
【答案】 增加
12．某同学为测量地表植物吸收太阳能的本领，做了如下实验：用一面积为0.1 m2的盆盛6 kg的水，经太阳光垂直照射5 min，温度升高5 ℃.若地表植物接收太阳光的能力与水相等，试计算：
(1)每平方米绿色植物每秒接收的太阳能为多少？
(2)若绿色植物在光合作用中每吸收1 kJ的太阳能可放出0.05 L的氧气，则每公顷绿地每秒可放出多少L的氧气？(1公顷＝104 m2)
【解析】 (1)水吸收的太阳能为E＝cmΔt＝4.2×103×6×5 J＝1.26×105 J，
所以每平方米每秒吸收太阳能E′＝＝4.2×103 J.
(2)每公顷每秒吸收太阳能：E＝4.2×103×104 J＝4.2×107 J，故放出氧气＝×0.05 L＝2 100 L.
【答案】 (1)4.2×103 J (2)2 100 L
