高中物理人教版选修3-3导学案 10.2　热和内能 Word版含解析

2　热和内能
【例1】　下列关于物体的温度、内能和热量的说法中，正确的是(　　)
A．物体的温度越高，所含热量越多
B．物体的内能越多，热量越多
C．物体的温度越高，它的分子热运动的平均动能越大
D．物体的温度不变，其内能就不变化
在理解温度、内能和热量三者概念的基础上将三者加以区分．
【解析】　内能变化将伴随着做功过程或热传递过程，热量只是热传递过程中表示内能变化多少的物理量．因此，不存在物体含热量多少的概念．温度是物体内大量分子热运动的平均动能的宏观标志．温度越高表明分子平均动能越大，因此，选项C是正确的．一个物体的温度不变，仅表明它的分子热运动的平均动能没有变化，但是，分子间的势能有可能变化，即内能有可能变化，如晶体熔化过程，温度不变，所吸收的热量用来增加分子间的势能，因此，选项D不正确．
【答案】　C
总结提能 温度、内能皆为状态量，而热量是过程量．
对于热量、功和内能三者的说法正确的是(　D　)
A．热量、功、内能三者的物理意义等同
B．热量、功都可以作为物体内能的量度
C．热量、功、内能的单位不相同
D．热量和功是由过程决定的，而内能是由物体状态决定的
解析：物体的内能是指物体的所有分子动能和分子势能的总和，而要改变物体的内能可以通过做功和热传递两种途径，这三者的物理意义不同，A项错．热量是表示在热传递过程中物体内能变化多少的物理量，而功也是用做功的方式来量度改变物体内能多少的物理量，B项错．三者单位都是焦耳，C项错．热量和功是过程量，内能是状态量，D项正确．
考点二　改变物体内能的两种方式的理解
1．热传递的三种方式
通过热传递使物体的内能增加，主要有三种方式：热传导、热对流和热辐射．
(1)热传导：能量由高温物体(或物体的高温部分)向低温物体(或物体的低温部分)传递的过程，这种过程在气体、液体和固体中都能发生．
(2)热对流：流体依靠宏观流动而实现热传递的过程，这在流体中才能发生．
(3)热辐射：不依赖于物质的接触而由热源自身的温度作用借助电磁波传递能量的方式．太阳就是通过热辐射的形式将热经宇宙空间传给地球的．
2．热传递和物体内能改变的关系
热传递可以改变物体的内能．物体吸收了热量，分子热运动变得剧烈，分子平均动能增加，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，系统内能的变化量等于物体吸收或放出热量即ΔU＝Q.
3．改变物体内能的两种方式的比较
比较项目 做功 热传递
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 不同物体间或同一物体不同部分之间内能的转移
相互联系 做一定量的功或传递一定量的热在改变内能的效果上是相同的
【例2】　关于物体的内能及其变化，下列说法中正确的是(　　)
A．物体的温度改变时，其内能必定改变
B．物体对外做功，其内能不一定改变；向物体传递热量，其内能也不一定改变
C．物体对外做功，其内能必定改变，物体向外传递热量，其内能必定改变
D．若物体不与外界发生热交换，则物体的内能必定不会改变
【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，体积也可能发生改变，其内能不一定改变，A错误；物体对外做功，同时又吸收热量，若吸收的热量恰好用来对外做功，则内能就不改变，B正确，C、D错误．
【答案】　B
总结提能 在改变内能上，做功和热传递是等效的．但两者又有本质的不同，做功过程是内能与其他形式能量之间的转化过程，热传递是内能的转移过程．
物体的内能增加了20 J，下列说法中正确的是(　D　)
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：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、势能三者决定，因此答案C错误．
常见误区例析
关于功、热量和内能理解的四个误区
误区1：误认为温度高的物体内能大
产生误区的原因是对内能理解模糊．内能是状态量，是分子动能和分子势能的总和，由物质的量、温度和体积共同决定，温度高，分子平均动能大，而物体的内能不一定大．
误区2：误认为物体的内能越多，放出的热量越多
其原因是对内能变化与热量的关系不清．热量总是伴随着内能的变化，放出热量的多少，取决于物体内能变化的多少，而与物体内能的多少无关．
误区3：误认为热量是从内能多的物体传给内能少的物体
这是由于不明确热传递的条件：热量从高温物体传递到低温物体，而与物体内能的多少无关．
误区4：误认为物体对外做功，内能一定减小
其原因是忽视了做功和热传递都能改变物体的内能．物体对外做功，若同时吸收热量，内能不一定减小．
【典例】　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】　通过以下表格进行逐项分析：
选项 情景与过程分析 判断
A 热量是物体间进行热传递时内能变化的量度 ×
B 物体吸收或放出的热量对应内能的变化，不对应物体内能的大小 ×
C 做功和热传递都可以引起内能的变化 ×
D 物体间发生热传递的条件是存在温度差 √
【答案】　D
1．关于物体的内能和热量，下列说法中正确的是(　D　)
A．热水的内能比冷水的内能大
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少，内能小的物体其内能将增加，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：物体内能的大小不仅与温度有关，还与物体的质量、体积有关，A错误．热量是单纯热传递过程中系统内能变化的量度，是一个过程量，B错误，D正确．热传递发生的条件是系统间存在温度差，内能将由高温物体向低温物体传递，高温物体内能减小，低温物体内能增大，并持续到两物体温度相同为止，C错误．故只有D正确．
2．关于热量、温度的下列说法正确的是(　A　)
A．热量是热传递过程中，物体间内能的转移量；温度是物体分子平均动能大小的量度
B．在绝热容器中，放入两个温度不等的物体，则高温物体放出温度，低温物体吸收温度，直到两个物体温度相等
C．高温物体内能多，低温物体内能少
D．两个质量和比热容都相等的物体，若吸收相等的热量，则温度相等
解析：温度是物体分子平均动能大小的量度，表示冷热程度；热量是热传递过程中物体间内能的转移量，内能包括分子动能与分子势能，与温度、体积、物质的量有关．D项，不知道初始温度，只能说温度变化相同．
3．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内，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同一值，两球膨胀后，体积相等，则(　B　)
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
解析：两球初末态温度分别相同，初末态体积也相同，所以内能增量相同，但水银中的B球膨胀时对外做功多，所以吸热较多，故选B.
4．(多选)下列现象中，哪些是通过热传递的方式改变物体内能的(　BD　)
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，B、D是通过热传递的方法改变物体内能的．
5．阳光照暖了大地，地面辐射又对地面附近的空气加热，形成暖气团升往高空．于是有人认为高山顶上的气温要比地面的高，但实际情况正好相反．你怎么理解这种现象？
解析：把地面附近温度、压强相同的一大团空气作为研究对象(在热力学中称为系统)．这团空气最初在地面附近受热膨胀，密度变小，因而逐渐上升．在上升的过程中，其边缘部分和外界空气的热交换对整个气团没有明显的影响，可以认为气团与外界之间传递的热量Q＝0，因此气团内能的变化仅与做功有关，即ΔU＝W.气团上升时，不断膨胀，对外做功(W<0)，内能减少(ΔU<0)，温度降低，因此越高的地方，空气的温度越低．