第三章第一节：功、热和内能的改变 学案—2020-2021学年【新教材】人教版（2019）高中物理选择性必修三word版含答案

预习案
【自主学习】
阅读教材46页-49页，大约需要10分钟，读后请思考：
1.焦耳的两个实验说明了什么？

2. 对系统分别进行绝热压缩和绝热膨胀，系统内能变化有什么不同？
3. 传热与做功在改变系统内能上的不同之处是什么？
【学始于疑】（请将预习中不能解决的问题记录下来，供课堂解决。）
课堂案
【合作探究一】通过焦耳的两个实验，说明系统的内能与什么有关？与什么无关？
【合作探究二】传热与做功在改变系统内能上的异同
课堂练习与讨论：
教材49页第1、2、3、4题
总结：
【进阶闯关检测】
A类基础关
1．(多选)如图为焦耳实验装置简图，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．这个装置可测定做功与内能变化的关系
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
2．如图所示，绝热容器中间用隔板隔开，左侧装有气体，右侧为真空。现将隔板抽掉，使左侧气体自由膨胀直至达到平衡，则在此过程中(　　)
A．气体对外界做功，温度降低，内能减少
B．气体对外界做功，温度不变，内能减少
C．气体不做功，温度不变，内能不变 D．气体不做功，温度不变，内能减少
3．有一个小气泡从水池底缓慢地上升，气泡跟水不发生热量的传递，而气泡内气体体积不断增大，小气泡上升的过程中(　　)
A．由于气泡克服重力做功，则它的内能减少
B．由于重力和浮力的合力对气泡做功，则它的内能增加
C.由于气泡内气体膨胀做功，则它的内能增加
D．由于气泡内气体膨胀做功，则它的内能减少
4．绝热过程中，外界压缩气体做功20 J，下列说法中正确的是(　　)
A．气体内能一定增加20 J B．气体内能增加必定小于20 J
C．气体内能增加可能小于20 J D．气体内能可能不变
B类能力关
5．如图所示是焦耳在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．热量可由高温物体传给低温物体
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
6．下列现象中，不是通过做功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
7．(多选)指出下面例子中哪些是通过做功方式来改变物体内能的(　　)
A．阳光照射衣服，衣服的温度升高 B．用打气筒打气，筒壁变热
C．手感到冷时，搓搓手就会觉得暖和些
D．擦火柴时，火柴头上的红磷温度升高到红磷的燃点
8．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．在传热过程中，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．热量是传热过程中内能转移的量度
C类综合关（选做）
9．水滴以10 m/s的速度从30 m高处落下，机械能减少50%，所减少的机械能的80%使水自身变热，水滴落到地上后，温度升高了多少℃？[水的比热容c＝4.2×103 J/(kg·℃)，g＝10 m/s2]
【进阶闯关检测】答案
A类基础关
1．(多选)如图为焦耳实验装置简图，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．这个装置可测定做功与内能变化的关系
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
答案　AC
解析　题图所示实验装置可测定做功与内能变化的关系，A正确；因为功是能量转化的量度，热量是物体内能转移的量度，B、D错误；由于功是能量转化的量度，做功增加了水的内能，C正确。
2．如图所示，绝热容器中间用隔板隔开，左侧装有气体，右侧为真空。现将隔板抽掉，使左侧气体自由膨胀直至达到平衡，则在此过程中(　　)
A．气体对外界做功，温度降低，内能减少
B．气体对外界做功，温度不变，内能减少
C．气体不做功，温度不变，内能不变
D．气体不做功，温度不变，内能减少
答案　C
解析　气体在真空中自由膨胀时，对外不做功，又因为该过程绝热，故气体内能不变，温度不变，C正确。
3．有一个小气泡从水池底缓慢地上升，气泡跟水不发生热量的传递，而气泡内气体体积不断增大，小气泡上升的过程中(　　)
A．由于气泡克服重力做功，则它的内能减少
B．由于重力和浮力的合力对气泡做功，则它的内能增加
C.由于气泡内气体膨胀做功，则它的内能增加
D．由于气泡内气体膨胀做功，则它的内能减少
答案　D
解析　在小气泡上升过程中，重力和浮力的合力对气泡做功，或者气泡克服重力做功，它只能改变气泡的机械能，而不影响气泡内气体的内能，A、B错误；在上升的过程中，气泡内气体膨胀而对外界做功，使它的内能减少，C错误，D正确。
4．绝热过程中，外界压缩气体做功20 J，下列说法中正确的是(　　)
A．气体内能一定增加20 J
B．气体内能增加必定小于20 J
C．气体内能增加可能小于20 J
D．气体内能可能不变
答案　A
解析　绝热过程中，做功的过程就是能量转化的过程，做了多少功，就有多少内能发生变化，故A正确。
B类能力关
5．如图所示是焦耳在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．热量可由高温物体传给低温物体
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　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，仅与做功数量有关，C正确。
6．下列现象中，不是通过做功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的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。
7．(多选)指出下面例子中哪些是通过做功方式来改变物体内能的(　　)
A．阳光照射衣服，衣服的温度升高
B．用打气筒打气，筒壁变热
C．手感到冷时，搓搓手就会觉得暖和些
D．擦火柴时，火柴头上的红磷温度升高到红磷的燃点
答案　BCD
解析　A中是通过传热(太阳辐射)方式改变衣服内能，使衣服温度升高；B中是通过压缩气体做功，增加气体内能，温度升高；C、D两种情况都是摩擦生热，通过做功方式增加内能。故B、C、D正确。
8．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．在传热过程中，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．热量是传热过程中内能转移的量度
答案　D
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A、B错误；在传热过程中，热量由高温物体传给低温物体，而与物体的内能大小无关，C错误；热量是传热过程中内能转移的量度，D正确
C类综合关（选做）
9．水滴以10 m/s的速度从30 m高处落下，机械能减少50%，所减少的机械能的80%使水自身变热，水滴落到地上后，温度升高了多少℃？[水的比热容c＝4.2×103 J/(kg·℃)，g＝10 m/s2]
答案　0.033
解析　设水滴的质量为m
开始水滴具有的机械能为E机＝mv2＋mgh＝×m×102 J＋m×10×30 J＝350m J
水滴落地过程，使自身变热的能量
E热＝E机×50%×80%＝140m J
设温度升高了Δt ℃
则有cmΔt＝E热
所以Δt＝＝ ℃≈0.033 ℃。