高中物理人教版 (新课标)选修32 热和内能学案设计

第2节  热和内能

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1．知道热传递的三种方式。

2．理解热传递是改变系统内能的一种方式。

3．知道传递的热量与内能变化的关系。

4．知道热传递与做功对改变系统的内能是等效的。

诱思导学

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ΔU= Q吸

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，不会自发的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．改变系统内能的两种方式：做功和热传递。

做功和热传递都能改变系统的内能，这两种方式是等效的，都能引起系统内能的改变，但是它们还是有重要区别的。

做功是系统内能与其它形式的能之间发生转化，而热传递只是不同物体（或物体不同部分）之间内能的转移。

典例探究

例1 如果铁丝的温度升高了，则（    ）

A.铁丝一定吸收了热量          B.铁丝一定放出了热量

C.外界可能对铁丝做功          D.外界一定对铁丝做功

解析：做功和热传递对改变物体的内能是等效的，温度升高可能是做功，也可能是热传递。故C正确。

答案：C

友情提示：铁丝的温度升高从结果我们无法判断是哪种方式改变了内能，因为做功和热传递对改变物体的内能是等效的。

例2 下列关于热量的说法，正确的是  （     ）

A.温度高的物体含有的热量多   B.内能多的物体含有的热量多

C.热量、功和内能的单位相同     

D.热量和功都是过程量，而内能是一个状态量

解析：热量和功都是过程量，而内能是一个状态量，所以不能说温度高的物体含有的热量多，内能多的物体含有的热量多；热量、功和内能的单位相同都是焦耳。选C、D

答案：C、D

友情提示：注意区分状态量与过程量的不同特点

　例3 有一个10m高的瀑布，水流在瀑布顶端时速度为2m/s，在瀑布底与岩石的撞击过程中，有10%的动能转化为水的内能，请问水的温度上升了多少摄氏度？已知水的比热容为4.2×103 J/ (kg·℃) ，g取10m/s2 .解：根据机械能守恒定律知，当水流到达瀑布底时的动能

　　水吸收热量 与温度变化 满足关系

　　由题意知，有10%的动能转化为水的内能，所以

代入数据得： ℃

友情提示：搞清能量转化的物理情景及转化过程中的数量关系，从而由能量守恒定律来列方程求解。

课后问题与练习点击

1．解：（1）内能增加（2）内能减少

2．解：设增加的内能为ΔE

　　　由能量守恒定律有：ΔE＝ΔEk=mv2-0    ①                        ΔE＝c m Δt            ②

       ①②联立并代入数值得：Δt=123℃

基础训练

1．下面关于机械能和内能的说法正确的是   (       )

A.机械能大的物体，内能一定也大

B.物体做加速运动时，速度越大，物体内部分子平均动能一定增大C.物体降温时，其机械能一定减少

D.摩擦生热是机械能向内能的转化

2．下列现象中，哪些是通过热传递的方式改变物体内能的  （    ）

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

3．做功和热传递是等效的，这里指的是  （   ）

A.它们能使物体改变相同的温度

B.它们能使物体增加相同的热量

C.它们能使物体改变相同的内能

D.它们本质上是相同的

4．关于物体的内能，以下说法正确的是  （   ）

A.物体的内能是由物体的状态（温度和体积）决定的

B.物体的内能就是物体里所有分子的动能的总和C.物体内能的大小可以用物体吸热和放热的多少来量度

D.做功和热传递，对改变物体的内能是等效的5．对于热量、功、内能三个量，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

多维链接

1．热传递的三种形式：

①热传导：不借助于物质的宏观移动，而靠分子、原子等粒子的热运动，使能量由高温物体（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，在对流过程中伴随着大量分子的定向运动。热对流又分自然对流和强迫对流。自然对流——当流体内部存在温度梯度，进而出现密度梯度时，高温处流体的密度—般小于低温处（水在0～4oC 时的反常膨胀现象除外），这时如果流体的密度由小到大对应空间位置的由低到高，在重力作用下，流体便开始作宏观的定向流动，密度小处温度较高的流体向上运动，而温度低处密度较大的流体填充过来，行成了流体的对流，从而使能量从高温处向低温处传递。强迫对流——靠外来的作用使流体在高温处与低温处之间作循环流动而传递热量的过程，例如制冷系统内工作物质的循环流动就是靠压缩机的工作强迫实现的。

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。温度的高低决定着辐射的强弱。温度较低时，主要以不可见的红外线进行辐射，温度较高时，热辐射最强的成分在可见光区。如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．正确理解物体的内能

物体内所有分子做无规则热运动的动能和分子势能的总和叫物体的内能。

①从微观角度看，由于分子的平均动能与分子热运动的激烈程度有关，分子势能与分子距离有关，所以物体的内能与分子热运动的激烈程度和距离有关；需要注意的是：物体的内能不是指单个分子的动能和势能之和，因此物体的内能还与物体内的分子数有关，分子数目越多，物体的内能越大。

②从宏观角度看，由于分子的平均动能与温度有关，分子势能与物体的体积有关，所以物体的内能与物体的温度和体积有关，另外，物体内的分子数取决于物质的摩尔数，所以物体的内能还跟摩尔数有关。

③内能与机械能的区别：内能与机械能是两种不同形式的能量。内能是由物体内大量分子的热运动和分子间的相对位置决定的能量，这与物体的温度、体积等因素有关，而机械能是由物体做机械运动和物体的形变决定的能量，它是对宏观物体整体来说的，物体具有内能的同时又可以具有机械能。一个静止在地面上的物体，如果以地面为零势能面，那么物体的机械能为零，但是这个物体内的分子却始终处在永不停息的热运动中，所以它的内能绝不为零，内能和机械能在一定的条件下可以相互转化。

3．热量、功和内能之间的关系

内能是由系统的状态决定的。状态确定了，系统的内能也随之确定，要使内能改变，可以通过做功和热传递两种物理过程来完成，功和热量都是过程量，两者对改变系统的内能是等效的，但做功是其它形式的能量转化为内能，功的多少是内能转化的量度，热传递是内能的转移；热量是内能转移的量度；有过程(做功或热传递)，才有变化(内能改变)，离开过程，功和热量将毫无意义。就某一状态而言，只有“内能”，根本不存在“功”和“热量”。因此不能说物体中含有“多少热量”或“多少功”。

1.解析：内能与机械能是两种不同形式的能量，故A、B、C错误，而摩擦生热是机械能向内能的转化，D对。

答案：D

2.解析：A是电流做功改变内能，C是摩擦做功改变内能，只有B、D是通过热传递的方法改变物体内能的，故选B、D答案：B  D

3.解析：做功和热传递是等效的，是指在改变系统内能上是等效的。C正确。

答案: C

4.解析：物体的内能是状态量，是由温度和体积决定的，是物体中所有分子的动能和分子势能的总和，物体内能的大小不能用物体吸热和放热的多少来量度，但物体内能的改变可以用物体吸热和放热的多少来量度，做功和热传递，对改变物体的内能是等效的。A、D正确。

答案：A  D

5.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：C  D