人教版高中物理选修3课件第10章 热力学定律-1功和内能 热和内能 50页

1．2.功和内能　热和内能 一、功和内能1．焦耳的实验(1)绝热过程：系统不从外界热量，也不向外界热量的过程．(2)代表实验①重物下落带动叶片搅拌容器中的水，引起水温．②通过电流的热效应给水加热．(3)结论：在各种不同的绝热过程中，系统状态变化相同，则外力所做的功相同，与做功的方式关．吸收放出上升无 2．内能(1)内能的概念①内能是描述热力学系统的物理量．②在绝热过程中可以改变热力学系统所处的状态．(2)内能的变化绝热过程中做功与内能的变化关系：ΔUW.外界对系统做功，W为，系统对外界做功，W为．自身状态做功＝正负 二、热和内能1．热传递热量总是自发地由物体向物体传递．2．热量和内能的变化(1)关系描述：热量是在单纯的热传递过程中变化的量度．(2)公式表达：.高温低温系统内能ΔU＝Q 一、功和内能的关系1．内能与内能变化(1)物体的内能是指物体内所有分子热运动的动能和分子势能之和．(2)当物体温度变化时，分子平均动能变化．物体体积变化时，分子势能发生变化，即物体的内能是由它的状态决定的，且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．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，只有内能变化越大时，对应着做功越多． 用下列方法改变物体的内能，属于做功方式的是()A．搓搓手会感到手暖和些B．汽油机汽缸内被压缩的气体C．车刀切下的炽热铁屑D．物体在阳光下被晒热 解析：　搓手时克服摩擦力做功，机械能转化为内能，A正确；汽缸压缩气体，对气体做功，B正确；车刀切削钢件，克服摩擦力做功，机械能转化为内能，使切下的铁屑温度升高，也是通过做功使内能发生改变，C正确；物体在阳光下被晒热，不是外力做功改变物体内能，D错误．答案：ABC 二、热和内能的关系1．热传递(1)热传递的三种方式：热传导、热对流和热辐射．(2)热传递的条件：存在温度差．2．热传递改变物体的内能的实质内能从一个物体转移到另一个物体或者从一个物体的高温部分转移到低温部分，在这个过程中，吸收热量的物体内能增加；放出热量的物体内能减少，内能转移的多少由热量来量度，即ΔU＝Q. 3．做功和传热在改变物体内能上的区别与联系比较项目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不同物体间或同一物体的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量在改变内能的效果上是相同的 下列关于做功和热传递的说法中正确的是()A．做功和热传递的实质是相同的B．做功和热传递在改变物体内能上是等效的C．做功和热传递是对同一过程中的两种说法D．做功和热传递是不可能同时发生的解析：　做功和热传递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；热传递是内能的转移．且做功和热传递可以同时进行，故B选项正确．答案：B 三、“温度”“热量”“功”“内能”四个量之间的区别与联系比较项区别联系热量和内能热量是传热过程中的物理量．热量对应状态变化的过程，而内能对应一个状态状态确定，系统的内能也随之确定，要使系统的内能发生变化，可以通过传热和做功两种方式来完成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激烈程度的标志．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 比较项区别联系热量和功用做功来改变系统的内能，是系统内分子随整体的有序运动转化为另一系统的分子的无规则运动的过程，是机械能或其他形式的能和内能之间的转化过程．用传热来改变系统的内能，是将分子的无规则运动从一个系统转移到另一个系统，这种转移就是系统间内能转换的过程热量和功都是系统内能变化的量度，都是过程量，一定量的热量还与一定量的功相当，热量可以通过系统转化为功，功也可以通过系统转化为热量 关于温度、热量、功、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WD．热量总是自发地从温度高的物体传给温度低的物体 解析：　同一物体温度高时，内能大，只有热传递过程转移的内能才能称为热量，A错．B错；在热传递过程中，热量从温度高的物体传给温度低的物体，D对；只有在绝热过程中ΔU＝W，C错．答案：D ◎教材资料分析〔演示〕——教材P50压下活塞，观察筒底物品的变化 在有机玻璃筒底放置少量易燃物，例如硝化棉，或浸过乙醚的棉花、火柴头等．迅速压下筒中的活塞，观察筒底物品的变化．这个实验说明了什么？【点拨】这个实验说明了什么？解析：　这个实验说明了活塞对气体做了功，气体内能增加．活塞对气体做功，气体温度增加，浸过乙醚的棉花着火点很低，因此燃烧起来． 〔做一做〕——教材P51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．观察瓶塞跳出时瓶内的变化 我们研究的是瓶塞跳出的过程，而研究的对象，即“系统”是什么？在瓶塞跳出的过程中，是外界在对系统做功还是系统在对外界做功？这个过程中系统的内能有什么变化？你从什么现象推断出它的内能发生了变化？【点拨】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汽，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汽液化形成的无数小液滴，水蒸汽液化过程中内能减少. 关于物体的内能，以下说法正确的是()A．物体的内能和物体的机械能是一回事B．当物体的机械能为零时，其内能一定不为零C．温度是物体内能的标志D．内能指某个分子的动能和势能之和 解析：　物体内能是所有分子无规则热运动所具有的分子总动能和分子相互作用所具有的分子总势能之和，内能和物体有无机械能没有关系．因此A项不正确．温度是分子平均动能的标志．所以C项不正确．内能是物体所有分子动能和势能之和，所以D项不正确．答案为B.答案：B【反思总结】物体的内能是指物体内所有分子的动能与分子势能之和，在微观上与分子数、分子热运动剧烈程度和分子间距离有关，宏观上与质量、温度和体积有关，是一个状态量． 【跟踪发散】1－1：关于系统内能的下列说法中正确的是()A．物体内所有分子的动能与分子势能的总和叫物体的内能B．一个物体当它的机械能发生变化时，其内能也一定发生变化C．外界对系统做了多少功W，系统的内能就增加多少，即ΔU＝WD．系统从外界吸收了多少热量Q，系统的内能就增加多少，即ΔU＝Q 解析：　在分子动理论中，我们把物体内所有分子的动能与分子势能的总和定义为物体的内能，A对．物体的内能与机械能是两个不同的物理概念，两者没有什么关系，如物体的速度增加了，机械能可能增加，但如果物体的温度不变，物体的内能就可能不变，故B错．只有当系统与外界绝热时，外界对系统做的功才等于系统内能的增量，同理，只有在单纯的热传递过程中，系统吸收(或放出)的热量才等于系统内能的增量(或减量)，故C、D错．答案：A 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，则在将拉杆缓慢向外拉的过程中()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 思路点拨：　绝热过程只有做功改变物体的内能，外界对气体做功，内能增加；气体对外界做功，内能减少．解析：　接触面是绝热面，拉动拉杆，对乙部分气体来讲，气体推动活塞对活塞做功，内能减小，温度降低；对甲部分气体来讲，活塞压缩气体做功，内能增加．答案为D.答案：D 【反思总结】分析绝热过程的方法(1)在绝热的情况下，若外界对系统做正功，系统内能增加，ΔU为正；若系统对外界做正功，系统内能减少，ΔU为负值，此过程做功的多少为转化为内能多少的量度．(2)在绝热过程中，内能和其他形式的能一样也是状态量，气体的初、末状态确定了，即在初、末状态的内能也相应地确定了，内能的变化ΔU也确定了，而功是能量转化的量度，所以ΔU＝W，即W为恒量，这也是判断绝热过程的一种方法． 【跟踪发散】2－1：一定质量的气体经历一缓慢的绝热膨胀过程．设气体分子间的势能可忽略，则在此过程中()A．外界对气体做功，气体分子的平均动能增加B．外界对气体做功，气体分子的平均动能减少C．气体对外界做功，气体分子的平均动能增加D．气体对外界做功，气体分子的平均动能减少 解析：　绝热过程是指气体膨胀过程未发生热传递，膨胀过程气体体积增大，外界对气体做的功W<0，由ΔU＝U2－U1＝W可知，气体内能减小．由于气体分子间的势能忽略，故气体分子的平均动能减小．故D正确．答案：D 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A、B错；在热传递过程中，热量由高温物体传给低温物体，而与物体的内能大小无关，所以完全有可能内能大的物体的内能继续增大，内能小的物体的内能继续减小，故C项错；关于热量的论述，D项是正确的．答案：D【反思总结】做功和热传递是改变物体内能的两种方式，功和热量是内能变化的量度，注意它们之间的联系和区别． 【跟踪发散】3－1：关于热量和物体内能变化的关系下列说法正确的是()A．物体吸收热量内能一定增大B．物体的内能增大一定是吸收了热量C．热量可以从内能小的物体向内能大的物体传递D．热量只能从内能大的物体向内能小的物体传递 解析：　改变物体的内能有两种方式，做功和热传递，物体吸收热量的同时如果物体对外做了功，内能不一定增大，故A错，同理物体内能增大也可能是外界对物体做功引起的．故B选项错．物体间发生热传递的条件是存在温度差，而物体内能的大小不仅与温度有关，还与物质的量和体积有关，内能小的物体温度如果比内能大的物体温度高，热量就会从内能小的物体向内能大的物体传递．故C选项正确D选项错误．答案：C 1．关于物体间的传热，下列说法正确的是()A．传热的实质是温度的传递B．物体间存在着温度差，才能发生传热C．传热可以在任何情况下进行D．物体内能发生改变，一定是吸收或放出了热量 解析：答案：B 2．关于物体内能的变化，以下说法正确的是()A．物体的温度改变时，其内能一定改变B．对物体做功，其内能一定改变；物体向外传出热量，其内能一定改变C．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D．若物体与外界不发生热交换，则物体的内能一定不改变 解析：答案：C选项个性分析综合点评A错误一定质量的物体，其内能是由物体的温度和体积共同决定的，当物体的温度改变时，如果其体积也同时发生相应的变化，则它的内能可以保持不变可以引起内能变化的方式有两种：做功和传热，它们在改变物体的内能上是等效的B错误做功和传热都可以改变物体的内能，但如果对物体做功W，同时物体放出热量Q，且Q＝W，则物体的内能可以不变；同理，如果物体放出热量Q，同时外界对物体做劝W，且W＝Q，则物体的内能也可以不变C正确D错误物体与外界不发生热交换，但对物体做功也能改变物体内能 3．(2010·福建高考)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 解析：　由F对密闭的气体做正功，容器及活塞绝热，则Q＝0，由功和内能的关系知理想气体内能增大，T升高，再根据pV/T＝C，V减小，p增大，故选C.答案：C 4．绝热过程中，外界压缩气体做功20J，下列说法中正确的是()A．气体内能一定增加20JB．气体内能增加必定小于20JC．气体内能增加可能小于20JD．气体内能可能不变解析：　绝热过程中，做功的过程是能量转化的过程，做了多少功，就有多少内能发生变化．答案：A 5．如图所示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，使水温升高．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．传热增加了水的内能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：该实验测定做功和内能变化的关系，可以测定热功当量，A正确；该实验过程是绝热过程，没有传热，内能的改变是由做功引起的，B错误，C正确，做功表示能量的转化，而热量表示传热过程中内能的转移，二者有区别，D错误．答案：AC 6．对于热量、功和内能三者的下列说法中正确的是()A．三者单位相同，物理意义相同B．热量和功是内能的量度C．热量和功由过程决定，而内能由物体状态决定D．系统内能增加了100J，可能是外界采用绝热方式对系统做功100J，也可能是外界单纯地对系统传热100J 解析：　热量、功和内能三者尽管单位相同，但物理意义有本质区别，A错．热量和功由过程决定，内能由物体状态决定，热量和功是内能变化的量度，C对，B错．对一个绝热过程ΔU＝W＝100J，对一个单纯热传递过程ΔU＝Q＝100J，D对．答案：CD