【物理】2020届一轮复习人教版功和内能热和内能学案 8页

‎1功和内能2热和内能 ‎[学习目标]　1.了解焦耳的两个实验的原理，知道热传递的实质．(重点) 　2.知道做功和热传递是改变内能的两种方式，明确两种方式的区别. (重点)　3.明确内能、功、热量、温度四个物理量的区别和联系．(难点)‎ 知识点一焦耳定律、功和内能 ‎[先填空]‎ ‎1．焦耳的实验 ‎(1)绝热过程：系统只通过外界对它做功或对外界做功而与外界交换能量，它不从外界吸热，也不向外界放热．这样的过程叫做绝热过程．‎ ‎(2)代表性实验：‎ ‎①重物下落带动叶片搅拌容器中的水，引起水温上升．‎ ‎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，而与做功方式无关．‎ ‎2．功和内能 在绝热过程中内能的改变用功来量度．外界对物体做多少功，物体的内能就增加多少；物体对外界做多少功，物体的内能就减少多少．表达式为ΔU＝W.‎ ‎[再思考]‎ 打气筒是日常生活中的一种工具，当我们用打气筒给自行车打气的时候，就是在克服气体压力和摩擦力做功．打气的过程中你有没有试着去摸一下打气筒的外壳？有什么感觉？打气筒的温度升高了，这是怎么回事呢？‎ ‎【提示】　做功的过程是能量转化的过程，做功使得系统的内能增加了，所以温度升高．‎ ‎[后判断]‎ ‎1．系统只从外界吸热，而不向外界放热的过程就是绝热过程．(×)‎ ‎2．外界对系统做功，可以改变系统的内能．(√)‎ ‎3．在绝热过程中，外界对系统做多少功，内能就增加多少．(√)‎ 知识点二热与内能 ‎[先填空]‎ ‎1．热传递：热量总是从高温物体向低温物体传递．‎ ‎2．热传递的三种方式：热传导、热对流和热辐射．‎ ‎3．热量和内能：‎ ‎(1)关系描述：热量是在单纯的热传递过程中系统内能变化的量度．‎ ‎(2)公式表达：ΔU＝Q.‎ ‎[再思考]‎ 物体的内能增加是否一定是从外界吸收了热量？‎ ‎【提示】　不一定．这是因为做功和热传递都可以改变物体的内能．‎ ‎[后判断]‎ ‎1．做功与热传递对系统内能的改变是等效的．(√)‎ ‎2．内能多的物体含有的热量多．(×)‎ ‎3．热量一定从内能多的物体传递给内能少的物体．(×)‎ 考点一　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 ‎(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，外界对物体做正功，物体内能增加，外界对物体做负功，物体内能减小．‎ ‎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．‎ ‎【例题1】如图1012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 ‎【答案】　C ‎【规律总结】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为正值；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内能转化多少的量度．‎ ‎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．‎ ‎【及时训练】1．(多选)如图1013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 ‎【答案】　AC ‎2．如图1014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，则在将拉杆缓慢向左拉的过程中(　　)‎ 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 ‎【答案】　D 考点二　热和内能的关系 ‎1．热传递 ‎(1)热量从高温物体传递到低温物体，或从物体的高温部分传递到低温部分，叫做热传递．‎ ‎(2)热传递的三种方式：热传导、热对流和热辐射．‎ ‎2．热传递的实质 热传递实质上传递的是能量，结果是改变了系统的内能．传递能量的多少用热量来量度．‎ ‎3．传递的热量与内能改变的关系 ‎(1)在单纯热传递中，系统从外界吸收多少热量，系统的内能就增加多少．即Q吸＝ΔU.‎ ‎(2)在单纯热传递中，系统向外界放出多少热量，系统的内能就减少多少．即Q放＝－ΔU.‎ ‎4．热传递具有方向性 热量从高温物体传递到低温物体，或从物体的高温部分传递到低温部分，不会自发地从低温物体传递到高温物体或从物体的低温部分传递到高温部分．‎ ‎5．改变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量在改变内能的效果上是相同的 ‎【例题2】　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 ‎【答案】　D ‎【规律总结】热量和内能的理解要点 ‎1．热量的概念只有在涉及能量的传递时才有意义，因此不能说物体具有多少热量，只能说物体吸收或放出了多少热量．‎ ‎2．在系统与外界只发生热传递时，系统吸收多少热量，系统内能就增加多少；系统放出多少热量，系统内能就减少多少．‎ ‎【及时训练】1．关于温度、热量、内能，以下说法中正确的是(　　)‎ A．一个铁块的温度升高，其内能增大 B．物体吸收热量，其温度一定升高 C．温度高的物体比温度低的物体含有的热量多 D．温度总是从物体热的部分传递至冷的部分 ‎【答案】　A ‎2．关于物体内能的变化，以下说法中正确的是(　　)‎ A．物体吸收热量，内能一定增大 B．物体对外做功，内能一定减少 C．物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变 D．物体放出热量，同时对外做功，内能可能不变 ‎【答案】　C ‎【学法指导】功、内能、热量和温度的区别与联系 ‎1．内能与温度：从宏观上看，温度表示的是物体的冷热程度；从微观上看，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．物体的温度升高，其内能一定增加．但向物体传递热量，物体的内能却不一定增加(可能同时对外做功)．‎ ‎2．热量和内能：‎ ‎(1)内能是由系统的状态决定的，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，可以通过热传递或做功两种方式来完成．‎ ‎(2)热量是热传递过程中的特征物理量，热量只是反映物体在状态变化过程中所转移的能量，是用来衡量物体内能变化的，有过程，才有变化，离开过程，毫无意义．‎ ‎(3)对某一状态而言，只有“内能”，根本不存在“热量”和“功”．不能说一个系统中含有多少热量．‎ ‎3．热量与温度：热量是系统的内能变化的量度，而温度是系统内大量分子做无规则运动剧烈程度的标志．‎ 热传递的前提条件是两个系统之间要有温度差，传递的是热量而不是温度. ‎ ‎4．热量与功：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，但它们之间有着本质的区别．‎ ‎【例题3】　(多选)对于热量、功、内能这三个量，下列说法中正确的是(　　)‎ A．热量、功、内能三个量的物理意义是等同的 B．热量和功二者可作为物体内能的量度 C．热量、功和内能的国际单位都相同 D．热量和功是由过程决定的，而内能是由物体的状态决定的 ‎【思路点拨】　(1)功是能量转化的量度，热量是内能转移的量度．‎ ‎(2)功、热量是过程量，内能是状态量．‎ ‎【解析】热量、功和内能的国际单位都是焦耳，但热量、功、内能三个量的物理意义是不同的，热量和功是过程量，内能是状态量；热量和功二者可作为物体内能改变的量度而不是内能大小的量度．故C、D正确．‎ ‎【答案】　CD 区别热量、功和内能的三个方面 ‎1．就某一状态而言，只有“内能”，根本谈不上“热量”和“功”．‎ ‎2．就某一过程而言，“内能”有变化，与“热量”和“功”对应．‎ ‎3．一个物体的内能无法计算，但物体的内能变化是可以计算的．‎ ‎【及时训练】(多选)下列所述现象中属于利用热传导的方式来传热的是 (　　)‎ A．冬天，用手去拿室外的铁块，手感到冷 B．夏天，开空调后一段时间整个房间内温度降低 C．在地面上晒小麦 D．冬天，用暖水袋暖手 ‎【解析】冬天，室外的铁块温度低，手温度高，用手拿铁块时，手上的热量直接通过热传导的方式传到铁块上．用暖水袋暖手，道理同上．开空调后整个房间内温度降低，是空气通过对流的方式使热空气降温．晒小麦是依靠太阳热辐射来吸收热量的，所以A、D正确．‎ ‎【答案】　AD ‎【课堂作业】[全员参与·基础练]‎ ‎1．下列哪个实例说明做功改变了系统的内能(　　)‎ A．热水袋取暖 B．用双手摩擦给手取暖 C．把手放在火炉旁取暖 D．用嘴对手呵气给手取暖 ‎【答案】　B ‎2．(多选)当物体的内能增加时，下列说法正确的是(　　)‎ A．物体一定吸收了热量 B．外界一定对物体做了功 C．不可能是物体放出热量，同时对外做功 D．有可能是物体放出热量，同时外界对物体做功 ‎【答案】　CD ‎3．如图所示，瓶内装有少量的水，瓶口已塞紧，水上方空气中有水蒸气，用打气筒向瓶内打气，当塞子从瓶口跳出时，瓶内出现“白雾”，这一现象产生的原因可以用下面三句话解释：甲，水蒸气凝结成小水珠；乙，瓶内气体推动瓶塞做功，内能减小；丙，温度降低．三句话正确的顺序是(　　)‎ A．甲乙丙　　　　　　　 B．乙丙甲 C．丙甲乙 D．乙甲丙 ‎【答案】　B ‎4．如图1016所示，A、B两装置均由一支一端封闭、一端开口且带有玻璃泡的管状容器和水银槽组成，除玻璃泡在管上的位置不同外，其他条件都相同．将两管抽成真空后，开口向下竖直插入水银槽中(插入过程没有空气进入管内)，水银柱上升至图示位置停止．假设这一过程水银与外界没有热交换，则下列说法正确的是(　　)‎ A．A中水银的内能增量大于B中水银的内能增量 B．B中水银的内能增量大于A中水银的内能增量 C．A和B中水银体积保持不变，故内能增量相同 D．A和B中水银温度始终相同，故内能增量相同 ‎【解析】　大气压对水银槽内的水银做相同的功，因为玻璃管内吸进的水银一样多，所以水银槽内的液面下降相同的高度，A管重心高于B管，A管内水银重力势能大于B管的，故A管内水银的内能增量小于B管的，B正确．‎ ‎【答案】　B ‎5．(多选)有关物体的内能，以下说法中正确的是(　　)‎ A．‎1 g温度为‎0 ℃‎水的内能比‎1 g温度为‎0 ℃‎冰的内能大 B．电流通过电阻后电阻发热，它的内能增加是通过热传递方式实现的 C．气体膨胀，它的内能一定减小 D．橡皮筋被拉伸时，分子间势能增加 ‎【解析】　橡皮筋被拉伸时，会产生弹力，此弹力是分子引力的宏观表现，分子势能随分子间距离的增大而增大，故选项D正确．‎ ‎【答案】　AD ‎6．给铁丝加热，铁丝温度升高了；用锤子敲打铁丝，铁丝温度也升高，这说明(　　)‎ A．功和热本质上是相同的 B．功可以转化为热量 C．做功和传热对改变物体内能是等效的 D．做功和传热对改变物体内能的过程有本质区别 ‎【答案】　C ‎7．(2012·四川高考)物体由大量分子组成，下列说法正确的是(　　)‎ A．分子热运动越剧烈，物体内每个分子的动能越大 B．分子间引力总是随着分子间的距离减小而减小 C．物体的内能跟物体的温度和体积有关 D．只有外界对物体做功才能增加物体的内能 ‎【答案】　C ‎8．器壁透热的汽缸放在恒温环境中，如图所示．汽缸内封闭着一定质量的气体，气体分子间相互作用的分子力可以忽略不计．当缓慢推动活塞Q向左运动的过程中，有下列说法：‎ ‎①活塞对气体做功，气体的平均动能增加；‎ ‎②活塞对气体做功，气体的平均动能不变；‎ ‎③气体的单位体积内的分子数增大，压强增大；‎ ‎④气体的单位体积内的分子数增大，压强不变．‎ 其中正确的是 (　　)‎ A．①③ B．①④‎ C．②③ D．②④‎ ‎【答案】　C ‎[超越自我·提升练]‎ ‎9．(多选)下列有关物体的内能、温度、热量的说法中，正确的是(　　)‎ A．只要两物体的质量、温度和体积相等，两物体内能一定相等 B．热量是热传递过程中物体内能变化的量度 C．只要温度升高，每个分子的动能就都增加 D．做功和热传递都能改变物体的内能，两过程的本质不同，但改变物体内能的效果相同 ‎【答案】　BD ‎10．如图1018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(　　)‎ 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 ‎【答案】　B ‎11．(1)远古时代，取火是一件困难的事，火一般产生于雷击或磷的自燃．随着人类文明的进步，出现了“钻木取火”等方法. “钻木取火”是通过________方式改变物体的内能，把________转化为内能．‎ ‎(2)某同学做了一个小实验：先把空的烧瓶放到冰箱冷冻，1小时后取出烧瓶，并迅速把一个气球紧密地套在瓶颈上，然后将烧瓶放进盛满热水的烧杯里，气球逐渐膨胀起来，如图1017，这是因为烧瓶里的气体吸收了水的________，温度________，体积________．‎ ‎【解析】　(1)钻木取火是通过做功方式把机械能转化为内能的．‎ ‎(2)将烧瓶放进热水中，烧瓶内的气体吸热膨胀．‎ ‎【答案】　(1)做功　机械能　(2)热量　升高　增大 ‎12．如图10110所示，绝热隔板S把绝热的汽缸分隔成体积相等的两部分，S与汽缸壁的接触是光滑的．两部分中分别盛有相同质量、相同温度的同种气体a和b.气体分子之间相互作用可忽略不计．现通过电热丝对气体a缓慢加热一段时间后，a、b各自达到新的平衡状态．试分析a、b两部分气体与初状态相比，体积、压强、温度、内能各如何变化？‎ ‎【答案】　汽缸和隔板绝热，电热丝对气体a加热，a温度升高，压强增大，体积增大，内能增大；‎ a对b做功，b的体积减小，温度升高，压强增大，内能增大．‎