人教版(新教材)高中物理選擇性必修第三冊PAGEPAGE31功、熱和內能的改變〖學習目標〗1.了解焦耳的兩個實驗的原理，知道做功和傳熱的實質.2.知道做功和傳熱是改變內能的兩種方式，理解做功和傳熱對改變系統內能是等效的，明確兩種方式的區別.3.明確內能、功、熱量、溫度四個物理量的區別和聯系．一、焦耳的實驗1．絕熱過程：系統不從外界吸熱，也不向外界放熱的過程．2．代表性實驗(1)重物下落時帶動葉片轉動，攪拌容器中的水，水由于摩擦而溫度上升．(2)通過電流的熱效應給液體加熱．3．實驗結論：在熱力學系統的絕熱過程中，外界對系統做的功僅由過程的始末兩個狀態決定，不依賴于做功的具體過程和方式．4．內能：只依賴于熱力學系統自身狀態的物理量．二、功與內能的改變1．功與內能的改變在熱力學系統的絕熱過程中，當系統從狀態1經過絕熱過程達到狀態2時，內能的變化量ΔU＝U2－U1，等于外界對系統所做的功W，即ΔU＝W.2．理解(1)ΔU＝W的適用條件是絕熱過程．(2)在絕熱過程中：外界對系統做功，系統的內能增加；系統對外做功，系統的內能減少．三、熱與內能的改變1．傳熱(1)條件：物體的溫度不同．(2)傳熱：熱從高溫物體傳到了低溫物體．2．熱和內能(1)熱量：在單純的傳熱過程中系統內能變化的量度．(2)熱與內能的改變當系統從狀態1經過單純的傳熱達到狀態2時，內能的變化量ΔU＝U2－U1等于外界向系統傳遞的熱量Q，即ΔU＝Q.(3)傳熱與做功在改變系統內能上的異同．①做功和傳熱都能引起系統內能的改變．②做功時，內能與其他形式的能發生轉化；傳熱只是不同物體(或一個物體的不同部分)之間內能的轉移．1．判斷下列說法的正誤．(1)熱量一定從內能多的物體傳遞給內能少的物體．(×)(2)做功和傳熱都可改變物體的內能，從效果上是等效的．(√)(3)在絕熱過程中，外界對系統做的功小于系統內能的增加量．(×)(4)傳熱只能發生在兩個物體間，同一物體不能發生傳熱．(×)2．各種方法使物體的內能發生改變：a.電爐通電后發熱；b.一杯開水放在桌面上冷卻；c.陽光照射下冰塊融化；d.鋸木頭時，鋸片發燙；e.人坐在火爐旁取暖；f.用打氣筒給自行車輪胎打氣后，打氣筒變熱．其中屬于做功使物體內能改變的是________；屬于傳熱使物體內能改變的是________．〖答案〗adfbce一、功與內能的改變導學探究(1)在焦耳的許多實驗中，有兩個最具有代表性：一個實驗是重物下落時帶動葉片轉動，攪拌容器中的水，水由于摩擦而溫度上升；另一個實驗是通過電流的熱效應給液體加熱．焦耳的這兩個實驗說明了什么問題？(2)如圖1，在有機玻璃筒底放少量的硝化棉(燃點較低)，迅速壓下活塞，觀察硝化棉的變化．圖1①你能看到什么現象？實驗現象說明了什么？②圖中用力按壓活塞時為什么一定要迅速？〖答案〗(1)絕熱過程中，外界對系統做的功僅由過程的始末狀態決定，與做功的具體過程和方式無關．(2)①可以看到硝化棉燃燒．實驗現象說明壓縮空氣做功，使空氣內能增大，達到硝化棉的燃點后引起硝化棉燃燒．②迅速按下活塞是為了減少傳熱，盡量創造一個絕熱條件．知識深化1．做功與內能變化的關系(1)做功改變物體內能的過程是其他形式的能(如機械能)與內能相互轉化的過程．(2)在絕熱過程中，外界對物體做功，則W>0，外界對物體做多少功，就有多少其他形式的能轉化為內能，物體的內能就增加多少；物體對外界做功，則W<0.物體對外界做多少功，就有多少內能轉化為其他形式的能，物體的內能就減少多少．2．功與內能的區別(1)功是過程量，內能是狀態量．(2)物體的內能大，并不意味著做功多．在絕熱過程中，只有內能變化越大時，相應地做功才越多．特別提醒(1)外界對某一系統做功時系統的內能不一定增加，還要看該系統有沒有向外放熱，以及向外放熱的多少．(2)在絕熱過程中，做功一定能引起內能的變化．在絕熱過程中，系統內能的增加量等于外界對系統所做的功．如圖2所示，一定質量的理想氣體密封在絕熱(即與外界不發生熱交換)容器中，容器內裝有一可以活動的絕熱活塞．今對活塞施加一豎直向下的壓力F，使活塞緩慢向下移動一段距離后，氣體的體積減小．若忽略活塞與容器壁間的摩擦力，則被密封的氣體()圖2A．溫度升高，壓強增大，內能減少B．溫度降低，壓強增大，內能減少C．溫度升高，壓強增大，內能增加D．溫度降低，壓強減小，內能增加〖答案〗C〖解析〗向下壓活塞，活塞對氣體做功，氣體的內能增加，溫度升高，氣體的體積減小，可得出氣體的壓強增大，故選項C正確．二、熱與內能的改變導學探究(1)用鐵錘反復敲擊鐵棒，鐵棒的溫度會升高，把鐵棒放在炭火上燒，鐵棒的溫度也會升高，這說明了什么問題？(2)如圖3所示是傳熱的三種方式——傳導、對流和輻射．圖3①這三種方式在傳遞能量時有什么共同點？②傳熱和做功都可以改變物體的內能，這兩種方式在改變物體內能時本質上又有什么不同？〖答案〗(1)說明做功和傳熱都能改變物體的內能．(2)①三種方式都是熱量從一個物體傳遞到另一個物體．②傳熱是內能在物體間(或一個物體的不同部分之間)轉移，做功是其他形式的能和內能之間的轉化．知識深化1．在單純傳熱的過程中，系統從外界吸收多少熱量，系統的內能就增加多少；系統向外界放出多少熱量，系統的內能就減少多少．即ΔU＝U2－U1＝Q.2．傳熱改變物體內能的過程是不同物體之間(或同一物體不同部分之間)內能的轉移．3．傳熱與物體的內能的多少無關，只與兩個物體(或一個物體的兩部分)的溫度差有關，熱量總是從高溫物體自發地傳遞到低溫物體．(多選)一銅塊和一鐵塊，質量相等，銅塊的溫度T1比鐵塊的溫度T2高，當它們接觸在一起時，如果不和外界交換能量，則()A．從兩者開始接觸到熱平衡的整個過程中，銅塊內能的減少量等于鐵塊內能的增加量B．在兩者達到熱平衡以前的任意一段時間內，銅塊內能的減少量不等于鐵塊內能的增加量C．在兩者達到熱平衡以前的任意一段時間內，銅塊內能的減少量都等于鐵塊內能的增加量D．達到熱平衡時，銅塊的溫度比鐵塊的低〖答案〗AC〖解析〗熱平衡的條件是溫度相等，傳熱的方向是從溫度高的物體傳向溫度低的物體；因不和外界交換能量，則在傳熱過程中高溫物體放出的熱量等于低溫物體吸收的熱量，故A、C正確，B、D錯誤．在以下事例中，通過傳熱的方式來改變物體內能的是()A．兩小球碰撞后粘合起來，同時溫度升高B．冬天暖氣為房間供暖C．點燃的爆竹在空中爆炸D．汽車的車輪與地面相互摩擦發熱〖答案〗B〖解析〗改變內能的方式有兩種：做功和傳熱，傳熱指內能的轉移，而不是其他形式的能轉化為內能，兩小球碰撞后粘在一起，溫度升高，是機械能轉化為內能，故A錯誤；冬天暖氣為房間供暖，是通過傳熱的方式來改變物體內能的，故B正確；點燃的爆竹在空中爆炸，是化學能轉化為內能，故C錯誤；車輪與地面摩擦生熱，是機械能轉化為內能，故D錯誤．三、內能和相關概念的辨析1．熱量和內能(1)內能是由系統的狀態決定的，狀態確定，系統的內能也隨之確定．要使系統的內能發生變化，可以通過傳熱和做功兩種方式來完成．(2)熱量是傳熱過程中的特征物理量，熱量只是反映物體在狀態變化過程中所轉移的能量，是用來衡量物體內能變化的，有過程，才有變化，離開過程，毫無意義．(3)對某一狀態而言，只有“內能”，不存在“熱量”和“功”．不能說一個系統中含有多少熱量．2．熱量與溫度：熱量是系統的內能變化的量度，而溫度是系統內大量分子做無規則運動劇烈程度的標志．傳熱的前提條件是兩個系統之間要有溫度差，傳遞的是熱量而不是溫度．3．改變內能的兩種方式的比較比較項目做功傳熱內能變化外界對物體做功，物體的內能增加；物體對外界做功，物體的內能減少物體吸收熱量，內能增加；物體放出熱量，內能減少物理實質其他形式的能與內能之間的轉化不同物體間或同一物體不同部分之間內能的轉移相互聯系做一定量的功和傳遞相同量的熱量在改變內能的效果上是相同的關于溫度、熱量、功和內能，以下說法正確的是()A．同一物體溫度高時，含有的熱量多B．物體的內能越大，含有的熱量就越多，溫度也越高C．外界對系統做功W，內能必定增加D．兩物體之間發生傳熱的條件是存在溫度差〖答案〗D〖解析〗熱量是一個過程量，是物體間進行傳熱時內能的轉移量，不能說物體含有多少熱量，故A、B錯；由于做功和傳熱都可引起系統內能的變化，只根據做功無法準確判斷系統內能的變化，故C錯；物體間發生傳熱的條件是存在溫度差，故D對.1.(功與內能的改變)如圖4所示，在大口的玻璃瓶內裝一些水，水的上方有水蒸氣．然后用一與打氣筒相連的活塞密閉瓶口，并給瓶內打氣，當打到某一狀態時，瓶塞會跳起來．當瓶塞跳起時，我們會看到瓶內出現了“白霧”．對于“白霧”的形成，下列說法正確的是()圖4A．這些“白霧”是當瓶塞跳起后外界的水蒸氣在瓶口遇冷形成的小水珠B．這是打氣筒向瓶內打進去的水蒸氣C．這是瓶內的水向外膨脹形成的水霧D．瓶內空氣推動瓶塞做功，空氣的內能減小，溫度降低，使水蒸氣液化形成小水滴〖答案〗D〖解析〗當用打氣筒向瓶內打氣時，外界對系統做功，使系統的內能增加，溫度升高，壓強增大，使瓶塞從瓶口中噴出．形成“白霧”的原因是，在塞子突然跳起時，氣體絕熱膨脹對外做功，內能減少，溫度下降，水蒸氣有一部分液化成小水滴，故選項D正確．2．(熱與內能的改變)下列例子中通過傳熱改變物體內能的是()A．用砂輪磨刀具的時候，刀具的溫度升高B．灼熱的火爐使周圍物體的溫度升高C．手感到冷時，搓搓手就會覺得暖和些D．擦火柴時，火柴頭上的易燃物質燃燒起來〖答案〗B3．(溫度、熱量、功和內能的關系)下列說法正確的是()A．熱量和功是由過程決定的，而內能是由物體狀態決定的B．外界對物體做功，物體的內能一定增大C．物體吸收熱量，溫度一定升高D．熱量總是由內能大的物體流向內能小的物體〖答案〗A〖解析〗熱量和功是過程量，內能是狀態量，故A選項正確；引起物體內能的變化有做功和傳熱兩種途徑，單就一個方面不足以斷定其內能的變化，故B選項錯誤；在晶體熔化和液體沸騰過程中，物體要不斷地吸收熱量，但物體的溫度不變，這時內能的增加主要表現在內部分子勢能的增加，故C選項錯誤；兩物體之間熱量的流向只與它們的溫度有關，與它們內能的大小無關，故D選項錯誤．4.(功與內能的改變)如圖5所示，一個質量為20kg的絕熱汽缸豎直放置，絕熱活塞的質量為5kg，面積為0.1m2，處于靜止狀態時被封閉氣體的高度為50cm，現在活塞上方加一15kg的物體，待穩定后，被封閉氣體的高度變為40cm.求在這一過程中氣體的內能增加了多少？(p0＝1.01×105Pa，g取10m/s2)圖5〖答案〗1030J〖解析〗由于汽缸及活塞均絕熱，故外界對氣體所做的功全部轉化為氣體的內能，即ΔU＝W外＝(m活塞＋m物體)gΔh＋p0SΔh＝(5＋15)×10×0.1J＋1.01×105×0.1×0.1J＝1030J.1功、熱和內能的改變〖學習目標〗1.了解焦耳的兩個實驗的原理，知道做功和傳熱的實質.2.知道做功和傳熱是改變內能的兩種方式，理解做功和傳熱對改變系統內能是等效的，明確兩種方式的區別.3.明確內能、功、熱量、溫度四個物理量的區別和聯系．一、焦耳的實驗1．絕熱過程：系統不從外界吸熱，也不向外界放熱的過程．2．代表性實驗(1)重物下落時帶動葉片轉動，攪拌容器中的水，水由于摩擦而溫度上升．(2)通過電流的熱效應給液體加熱．3．實驗結論：在熱力學系統的絕熱過程中，外界對系統做的功僅由過程的始末兩個狀態決定，不依賴于做功的具體過程和方式．4．內能：只依賴于熱力學系統自身狀態的物理量．二、功與內能的改變1．功與內能的改變在熱力學系統的絕熱過程中，當系統從狀態1經過絕熱過程達到狀態2時，內能的變化量ΔU＝U2－U1，等于外界對系統所做的功W，即ΔU＝W.2．理解(1)ΔU＝W的適用條件是絕熱過程．(2)在絕熱過程中：外界對系統做功，系統的內能增加；系統對外做功，系統的內能減少．三、熱與內能的改變1．傳熱(1)條件：物體的溫度不同．(2)傳熱：熱從高溫物體傳到了低溫物體．2．熱和內能(1)熱量：在單純的傳熱過程中系統內能變化的量度．(2)熱與內能的改變當系統從狀態1經過單純的傳熱達到狀態2時，內能的變化量ΔU＝U2－U1等于外界向系統傳遞的熱量Q，即ΔU＝Q.(3)傳熱與做功在改變系統內能上的異同．①做功和傳熱都能引起系統內能的改變．②做功時，內能與其他形式的能發生轉化；傳熱只是不同物體(或一個物體的不同部分)之間內能的轉移．1．判斷下列說法的正誤．(1)熱量一定從內能多的物體傳遞給內能少的物體．(×)(2)做功和傳熱都可改變物體的內能，從效果上是等效的．(√)(3)在絕熱過程中，外界對系統做的功小于系統內能的增加量．(×)(4)傳熱只能發生在兩個物體間，同一物體不能發生傳熱．(×)2．各種方法使物體的內能發生改變：a.電爐通電后發熱；b.一杯開水放在桌面上冷卻；c.陽光照射下冰塊融化；d.鋸木頭時，鋸片發燙；e.人坐在火爐旁取暖；f.用打氣筒給自行車輪胎打氣后，打氣筒變熱．其中屬于做功使物體內能改變的是________；屬于傳熱使物體內能改變的是________．〖答案〗adfbce一、功與內能的改變導學探究(1)在焦耳的許多實驗中，有兩個最具有代表性：一個實驗是重物下落時帶動葉片轉動，攪拌容器中的水，水由于摩擦而溫度上升；另一個實驗是通過電流的熱效應給液體加熱．焦耳的這兩個實驗說明了什么問題？(2)如圖1，在有機玻璃筒底放少量的硝化棉(燃點較低)，迅速壓下活塞，觀察硝化棉的變化．圖1①你能看到什么現象？實驗現象說明了什么？②圖中用力按壓活塞時為什么一定要迅速？〖答案〗(1)絕熱過程中，外界對系統做的功僅由過程的始末狀態決定，與做功的具體過程和方式無關．(2)①可以看到硝化棉燃燒．實驗現象說明壓縮空氣做功，使空氣內能增大，達到硝化棉的燃點后引起硝化棉燃燒．②迅速按下活塞是為了減少傳熱，盡量創造一個絕熱條件．知識深化1．做功與內能變化的關系(1)做功改變物體內能的過程是其他形式的能(如機械能)與內能相互轉化的過程．(2)在絕熱過程中，外界對物體做功，則W>0，外界對物體做多少功，就有多少其他形式的能轉化為內能，物體的內能就增加多少；物體對外界做功，則W<0.物體對外界做多少功，就有多少內能轉化為其他形式的能，物體的內能就減少多少．2．功與內能的區別(1)功是過程量，內能是狀態量．(2)物體的內能大，并不意味著做功多．在絕熱過程中，只有內能變化越大時，相應地做功才越多．特別提醒(1)外界對某一系統做功時系統的內能不一定增加，還要看該系統有沒有向外放熱，以及向外放熱的多少．(2)在絕熱過程中，做功一定能引起內能的變化．在絕熱過程中，系統內能的增加量等于外界對系統所做的功．如圖2所示，一定質量的理想氣體密封在絕熱(即與外界不發生熱交換)容器中，容器內裝有一可以活動的絕熱活塞．今對活塞施加一豎直向下的壓力F，使活塞緩慢向下移動一段距離后，氣體的體積減小．若忽略活塞與容器壁間的摩擦力，則被密封的氣體()圖2A．溫度升高，壓強增大，內能減少B．溫度降低，壓強增大，內能減少C．溫度升高，壓強增大，內能增加D．溫度降低，壓強減小，內能增加〖答案〗C〖解析〗向下壓活塞，活塞對氣體做功，氣體的內能增加，溫度升高，氣體的體積減小，可得出氣體的壓強增大，故選項C正確．二、熱與內能的改變導學探究(1)用鐵錘反復敲擊鐵棒，鐵棒的溫度會升高，把鐵棒放在炭火上燒，鐵棒的溫度也會升高，這說明了什么問題？(2)如圖3所示是傳熱的三種方式——傳導、對流和輻射．圖3①這三種方式在傳遞能量時有什么共同點？②傳熱和做功都可以改變物體的內能，這兩種方式在改變物體內能時本質上又有什么不同？〖答案〗(1)說明做功和傳熱都能改變物體的內能．(2)①三種方式都是熱量從一個物體傳遞到另一個物體．②傳熱是內能在物體間(或一個物體的不同部分之間)轉移，做功是其他形式的能和內能之間的轉化．知識深化1．在單純傳熱的過程中，系統從外界吸收多少熱量，系統的內能就增加多少；系統向外界放出多少熱量，系統的內能就減少多少．即ΔU＝U2－U1＝Q.2．傳熱改變物體內能的過程是不同物體之間(或同一物體不同部分之間)內能的轉移．3．傳熱與物體的內能的多少無關，只與兩個物體(或一個物體的兩部分)的溫度差有關，熱量總是從高溫物體自發地傳遞到低溫物體．(多選)一銅塊和一鐵塊，質量相等，銅塊的溫度T1比鐵塊的溫度T2高，當它們接觸在一起時，如果不和外界交換能量，則()A．從兩者開始接觸到熱平衡的整個過程中，銅塊內能的減少量等于鐵塊內能的增加量B．在兩者達到熱平衡以前的任意一段時間內，銅塊內能的減少量不等于鐵塊內能的增加量C．在兩者達到熱平衡以前的任意一段時間內，銅塊內能的減少量都等于鐵塊內能的增加量D．達到熱平衡時，銅塊的溫度比鐵塊的低〖答案〗AC〖解析〗熱平衡的條件是溫度相等，傳熱的方向是從溫度高的物體傳向溫度低的物體；因不和外界交換能量，則在傳熱過程中高溫物體放出的熱量等于低溫物體吸收的熱量，故A、C正確，B、D錯誤．在以下事例中，通過傳熱的方式來改變物體內能的是()A．兩小球碰撞后粘合起來，同時溫度升高B．冬天暖氣為房間供暖C．點燃的爆竹在空中爆炸D．汽車的車輪與地面相互摩擦發熱〖答案〗B〖解析〗改變內能的方式有兩種：做功和傳熱，傳熱指內能的轉移，而不是其他形式的能轉化為內能，兩小球碰撞后粘在一起，溫度升高，是機械能轉化為內能，故A錯誤；冬天暖氣為房間供暖，是通過傳熱的方式來改變物體內能的，故B正確；點燃的爆竹在空中爆炸，是化學能轉化為內能，故C錯誤；車輪與地面摩擦生熱，是機械能轉化為內能，故D錯誤．三、內能和相關概念的辨析1．熱量和內能(1)內能是由系統的狀態決定的，狀態確定，系統的內能也隨之確定．要使系統的內能發生變化，可以通過傳熱和做功兩種方式來完成．(2)熱量是傳熱過程中的特征物理量，熱量只是反映物體在狀態變化過程中所轉移的能量，是用來衡量物體內能變化的，有過程，才有變化，離開過程，毫無意義．(3)對某一狀態而言，只有“內能”，不存在“熱量”和“功”．不能說一個系統中含有多少熱量．2．熱量與溫度：熱量是系統的內能變化的量度，而溫度是系統內大量分子做無規則運動劇烈程度的標志．傳熱的前提條件是兩個系統之間要有溫度差，傳遞的是熱量而不是溫度．3．改變內能的兩種方式的比較比較項目做功傳熱內能變化外界對物體做功，物體的內能增加；物體對外界做功，物體的內能減少物體吸收熱量，內能增加；物體放出熱量，內能減少物理實質其他形式的能與內能之間的轉化不同物體間或同一物體不同部分之間內能的轉移相互聯系做一定量的功和傳遞相同量的熱量在改變內能的效果上是相同的關于溫度、熱量、功和內能，以下說法正確的是()A．同一物體溫度高時，含有的熱量多B．物體的內能越大，含有的熱量就越多，溫度也越高C．外界對系統做功W，內能必定增加D．兩物體之間發生傳熱的條件是存在溫度差〖答案〗D〖解析〗熱量是一個過程量，是物體間進行傳熱時內能的轉移量，不能說物體含有多少熱量，故A、B錯；由于做功和傳熱都可引起系統內能的變化，只根據做功無法準確判斷系統內能的變化，故C錯；物體間發生傳熱的條件是存在溫度差，故D對.1.(功與內能的改變)如圖4所示，在大口的玻璃瓶內裝一些水，水的上方有水蒸氣．然后用一與打氣筒相連的活塞密閉瓶口，并給瓶內打氣，當打到某一狀態時，瓶塞會跳起來．當瓶塞跳起時，我們會看到瓶內出現了“白霧”．對于“白霧”的形成，下列說法正確的是()圖4A．這些“白霧”