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第十章 热力学定律
第十章 热力学定律
吸热
放热
升高
热效应
过程始末两个状态
自身状态
W
高温
低温
内能
ΔU＝Q
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第十章
DI SHI ZHANG
热力学定律
预习导学新知探究
梳理知识·夯实基础
多维课堂,师生互动
突破疑难·讲练提升
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第1节 功和内能 第2节 热和内能
1.了解焦耳的两个实验原理，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． 4.通过焦耳实验的探究，培养科学探索精神．
一、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能量，它不从外界吸热，也不向外界放热．
2．焦耳的代表性实验
(1)重物下落带动叶片搅拌容器中的水，引起水温升高．
(2)通过电流的热效应给水加热．
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始末两个状态决定而与做功的方式无关．
1．(1)某一系统经历绝热过程时，只要初末状态相同，则做功数量也一定相同．( )
(2)在绝热过程中，做功方式不同会直接影响系统状态变化的最终结果．( )
提示：(1)√ (2)×
二、功和内能
1．内能：依赖于一个热力学系统自身状态的物理量，是热力学系统的一种能量．
2．绝热过程中做功与内能变化的关系：ΔU＝W．
2．(1)转动的叶片不断搅动水，水温升高．( )
(2)在绝热过程中，外界对气体做功，气体内能增加．( )
(3)在绝热过程中，气体对外界做功，气体内能减少．( )
提示：(1)√ (2)√ (3)√
三、热和内能
1．热传递：热量总是从高温物体向低温物体传递．
2．热量和内能
(1)关系描述：热量是在单纯的传热过程中内能变化的量度．
(2)公式表达：ΔU＝Q．
3．(1)做功和热传递都可以改变物体的内能，从效果上是等效的．( )
(2)在绝热过程中，外界对系统做的功小于系统内能的增加量．( )
(3)热传递只能发生在两个物体间，同一物体不能发生热传递．( )
(4)功和内能都是能量转化的量度．( )
提示：(1)√ (2)× (3)× (4)×
做功和内能变化的关系
1．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．
2．功与内能的区别
(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，只有内能变化越大时，相应地做功才越多．
(1)外界对某一系统做功时系统的内能不一定增加，还要看该系统有没有向外放热，以及向外放热的多少．
(2)在绝热过程中，系统内能的增加量等于外界对系统所做的功．
景颇族的祖先发明的点火器如图所示，用牛角做套筒，木制推杆前端粘着艾绒，猛推推杆，艾绒即可点燃．对筒内封闭的气体，在此压缩过程中( )
A．气体温度升高，压强不变
B．气体温度升高，压强变大
C．气体对外界做正功，气体的内能增加
D．外界对气体做正功，气体的内能减少
[解题探究] (1)猛推推杆，外界对气体做______功，“猛推”暗示该过程可看做______过程．
(2)气体温度与内能大小的关系为________．
[解析] 对封闭气体，猛推推杆压缩的过程中，时间极短，传热不计，故该过程中外界对气体做正功，使其内能增加，选项C、D均错误．因气体的内能是所有分子动能与分子势能之和，而气体的分子间距很大，分子力可以忽略，故分子势能不计，所以分子的平均动能增加，温度升高，再由气体状态方程＝C可知，气体的压强变大，故选项A错误，选项B正确．
[答案] B
(1)根据气体体积变化判断做功情况：气体膨胀，气体对外界做功；气体压缩，外界对气体做功，但气体向真空自由膨胀时不做功．
(2)通过“迅速”“缓慢”等关键性字眼建立物理模型．“迅速”是指来不及热交换，可以认为是“绝热过程”；“缓慢”是指这一过程中能够进行热交换．
1.金属筒内装有与外界温度相同的压缩空气，打开筒的开关，筒内高压空气迅速向外溢出，待筒内、外压强相等时，立即关闭开关．在外界保持恒温的条件下，经过一段较长的时间后，再次打开开关，这时出现的现象是( )
A．筒外空气流向筒内
B．筒内空气流向筒外
C．筒内、外有空气交换，处于动态平衡，筒内空气质量不变
D．筒内、外无空气交换
解析：选B．因高压空气急剧外溢时，气体来不及充分与外界发生热交换，可近似看成绝热膨胀过程，气体对外做功，内能减小，所以关闭开关时，筒内气体温度较外界偏低，再经过较长时间后，筒内、外气体温度相同．对筒内剩余气体分析，属于等容升温过程，压强要增大，大于外界气压，所以再打开开关时，筒内气体要流向筒外，B对.
热传递和内能变化的关系
1．在单纯传热中，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．传热改变物体内能的过程是物体间内能转移的过程．
(多选)在外界不做功的情况下，物体的内能增加了50 J，下列说法中正确的是( )
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，内能的改变等于传递的热量，内能增加，一定是吸收了相等能量的热量，故A错误、B正确．物体内能包括所有分子的动能和势能，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．物体的分子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．故选B、D．
[答案] BD
内能的改变与热量的联系：在单纯的热传递过程中，系统内能的增加量等于外界向系统传递的热量．
2.以下所述现象中属于通过传热改变物体内能的是( )
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
解析：选B．不论物体是发热还是冷却，物体的温度都发生了变化，都是内能的改变．弯折铁丝是对铁丝做功，在转动的砂轮上磨车刀是摩擦力对车刀做功，电流通过电阻丝是电流做功，所以A、C、D都是通过做功来改变物体的内能．热水放在空气中，通过热辐射以及热对流等方式向外传递了热量，使自身的内能减少，温度降低，它是通过传热方式改变物体内能的，所以选项B正确．
做功与热传递的区别与联系
比较项 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，内能增加；物体放出热量，内能减少
物理实质 其他形式的能与内能之间的转化．当机械能转化为内能时，必须通过物体的宏观运动才能实现 不同物体间或同一物体的不同部分之间内能的转移．物体间发生传热的必要条件是存在温度差
相互联系 做一定量的功或传递一定量的热量在改变内能的效果上是相同的
(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物理过程，做功是其他形式的能和内能之间的转化，传热是物体内能的转移
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．物体内能发生了改变，可能是做功引起的，也可能是传热引起的，还可能是两者共同引起的
[解析] 做功和传热改变物体内能的本质不同，因为做功的过程一定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不同的部分之间传递或转移，故选项A正确．物体内能的变化取决于做功和传热两种途径，单就一个方面的改变不足以断定其内能的变化情况，故选项B、C错误，D正确．
[答案] AD
3.下列关于做功和传热的说法中正确的是( )
A．做功和传热的实质是相同的
B．做功和传热在改变物体内能上是等效的
C．做功和传热是对同一过程中的两种说法
D．做功和传热是不可能同时发生的
解析：选B．做功和传热在改变物体内能上是等效的，但本质不同．做功是将其他形式的能量转化为内能或将内能转化为其他形式的能量，传热是内能的转移，且做功和传热可以同时进行，故B选项正确.
温度、热量和内能的区别与联系
比较项 区别 联系
热量和内能 内能是状态量，热量是过程量，热量的概念在涉及能量传递时才有意义．热量对应物体状态变化的一个过程，而内能对应一个状态 在单纯传热的过程中，物体吸收热量，内能增加，物体放出热量，内能减小，热量是内能改变的量度
热量和温度 热量是系统内能变化的量度，而温度是系统内部大量分子做无规则热运动的剧烈程度的标志．虽然传热的前提是两个系统之间要有温度差，但是传递的是热量，不是温度 传热过程中放出的热量多少与温度差有一定的关系
内能和温度 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剧烈程度，是分子平均动能的标志．只升高物体的温度，其内能一定增加 两者相比，温度高的物体内能不一定大；反过来内能大的物体，温度也不一定高
关于温度、热量、功和内能，以下说法正确的是( )
A．同一物体温度高时，含有的热量多
B．物体的内能越大，含有的热量就越多，温度也越高
C．外界对系统做功W，内能必定增加
D．发生热传递的条件是两物体之间存在温度差
[解析] 热量是物体间进行热传递时内能的转移，不能说物体含有多少热量，故A错；物体的吸热或放热对应物体的内能变化，并不对应物体内能的大小，故B错；由于做功和热传递都可引起物体内能的变化，只根据做功无法准确判断物体内能的变化，故C错；物体间发生热传递的条件是存在温度差，故D对．
[答案] D
物理量之间进行比较时，关键是弄清物理量的概念及其意义，特别是容易混淆的一些概念，它们一定有不同之处，如内能、功和热量的区别关键之处是状态量与过程量．
4.关于物体的内能和热量，下列说法中正确的有( )
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．在传热中，放出热量的物体的内能一定大于吸收热量的物体的内能
D．热量总是自发地从温度高的物体传给温度低的物体
解析：选D．物体的内能由温度、体积及物质的量决定，不是只由温度决定，故A、B错误；在传热过程中，热量从温度高的物体传给温度低的物体，温度高的物体内能不一定大，故C错误，D正确．
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