高中物理 3.1功、热和内能的改变 学案 人教版（2019）选择性必修第三册（含答案）

3.1 功、热和内能的改变

知识梳理

知识点一 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，引起水温上升。

(2)通过电流的热效应给水加热。

3.实验结论：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，与做功的方式无关。

知识点二　功与内能的改变

1.内能：依赖于一个热力学系统            的物理量，是热力学系统的一种能量。

2.功和内能：在绝热过程中，外界对系统做的功等于系统内能的变化量，即           。

(1)ΔU＝W适用条件是           。

(2)在绝热过程中：外界对系统做功，系统的内能           ；系统对外界做功，系统的内能           。

知识点三　热与内能的改变

1.传热  (1)条件：物体的        不同。

(2)过程：温度不同的物体发生传热，温度高的物体要降温，温度低的物体要升温，热量从高温物体传到低温物体。

(3)传热的三种方式：热传导、热对流、热辐射。

2.热和内能

(1)单纯地对系统传热也能改变系统的热力学状态，即传热能改变物体的内能。

(2)热量：在单纯的传热过程中系统内能变化的量度。

①公式：        。  ②物体       ，Q为正；物体        ，Q为负。

随堂练习

[例1] 判断题

(1)从微观角度说，内能是所有分子热运动动能与分子势能之和。(   )

(2)从宏观角度说，内能是只依赖于热力学系统自身状态的物理量。(   )

(3)功是状态量，内能是过程量。(   )

(4)外界对物体做功多，就意味着物体的内能大。(   )

(5)若A、B两物体接触但没有传热，则两物体所包含的热量相等。(   )

(6)做功和传热的共同点是都能使系统内能改变。(   )

(7)一物体先后经过几个不同的物理过程，其温度均从t1升高到t2，则在这些过程中物体一定从外界吸收相同的热量。(   )

(8)高温物体内能多，低温物体内能少。(   )

[例2] 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的方无关，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

[例3] 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。今对活塞施加一竖直向下的压力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力，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

[例4] (多选)如图所示，绝热的容器内密闭一定质量的理想气体(不考虑分子间的作用力)，用电阻丝缓慢对其加热时，绝热活塞无摩擦地上升，下列说法正确的是(　　)

A.单位时间内气体分子对活塞碰撞的次数减少

B.电流做功，气体对外做功，气体内能可能减少

C.电流做功，气体又对外做功，其内能可能不变

D.电流做功一定大于气体对外做功

[例5] 下列说法正确的是(　　)

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.物体从外界吸收热量，其内能不一定增加

D.物体对外界做功，其内能一定减少

课后巩固

1.(多选)下列关于系统的内能的说法正确的是(　　)

A.系统的内能是由系统的状态决定的

B.分子动理论中引入的系统内能和热力学中引入的系统内能是一致的

C.做功可以改变系统的内能，但单纯地对系统传热不能改变系统的内能

D.气体在大气中做绝热膨胀时做了功，但气体的内能不变

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，气泡跟水不发生传热，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.金属制成的汽缸中放入浸了少许乙醚的脱脂棉，有可能使其达到燃点而燃烧的过程是(　　)

A.迅速向里推活塞   B.迅速向外拉活塞

C.缓慢向里推活塞   D.缓慢向外拉活塞

5.某驾驶员发现中午时车胎内的气压高于清晨时的，且车胎体积增大。若这段时间胎内气体质量不变且可视为理想气体，那么(　　)

A.外界对胎内气体做功，气体内能减小      B.外界对胎内气体做功，气体内能增大

C.胎内气体对外界做功，内能减小          D.胎内气体对外界做功，内能增大

6.(多选)下列关于传热的说法中正确的是(　　)

A.热量是从含热量较多的物体传到含热量较少的物体

B.热量是从温度较高的物体传到温度较低的物体

C.热量是从内能较多的物体传到内能较少的物体

D.热量是传热过程中，物体间内能的转移量

7.关于物体的内能以及变化，以下说法正确的是(　　)

A.物体的温度改变时，其内能必定改变

B.物体对外做功，其内能不一定改变，向物体传递热量，其内能不一定改变

C.物体对外做功，其内能必定改变，物体向外传出一定热量，其内能必定改变

D.若物体与外界不发生热交换，则物体的内能必定不改变

8.(多选)指出下面例子中哪些是通过做功过程来改变物体内能的(　　)

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

9.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

10.如图所示，密闭绝热容器内有一绝热的具有一定质量的活塞，活塞的上部封闭着气体，下部为真空，活塞与器壁的摩擦忽略不计，置于真空中的轻弹簧的一端固定于容器的底部，另一端固定在活塞上，弹簧被压缩后用绳扎紧，此时弹簧的弹性势能为Ep(弹簧处在自然长度时的弹性势能为零)。现绳突然断开，弹簧推动活塞向上运动，经过多次往复运动后活塞静止，气体达到平衡态，经过此过程(　　)

A.Ep全部转换为气体的内能

B.Ep一部分转换成活塞的重力势能，其余部分仍为弹簧的弹性势能

C.Ep全部转换成活塞的重力势能和气体的内能

D.Ep一部分转换成活塞的重力势能，一部分转换为气体的内能，其余部分仍为弹簧的弹性势能

★11.如图所示的容器中，A、B中各有一个可自由移动的活塞，活塞下面是水，上面是大气，大气压恒定，A、B的底部由带阀门K的管道相连，整个装置与外界绝热。打开阀门前，A中水面比B中水面高，打开阀门后，A中的水逐渐向B中流，最后达到同一高度，在这个过程中(　　)

A.大气压力对水做功，水的内能增加

B.水克服大气压力做功，水的内能减少

C.大气压力对水不做功，水的内能不变  D.大气压力对水不做功，水的内能增加

12.铅弹以 200 m/s的速度射入木块后停在木块中，木块没有移动。若增加的内能的80%使

铅弹的温度升高，铅弹的温度升高了多少？铅的比热容c为1.3×102 J/（kg·℃）。

第1节 功、热和内能的改变答案

知识梳理

知识点一：1.吸收、放出

知识点二：1.自身状态   2. ΔU＝W，绝热过程，增加，减少

知识点三：1.温度   2.①公式：ΔU＝Q  ②物体吸热；物体放热。

随堂练习

[例1] 判断题(1) (√)  (2) (√)  (3) (×)  (4) (×)  (5) (×)  (6) (√)  (7) (×)  (8) (×)

[例2] 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，故选项C正确。

[例3] 答案　C

[例4]答案AD 解析：由题意知，气体压强不变，活塞上升，体积增大，由理想气体状态方程知，气体温度升高，内能一定增加，电流做功一定大于气体对外做功，B、C错误，D正确；由气体压强的微观解释知温度升高，气体分子对活塞的冲力增大，而压强不变，单位时间内对活塞的冲力不变，因此单位时间内气体分子对活塞的碰撞次数减少，A正确。

 [例5] 答案C 解析：物体的内能由温度、体积及物质的量决定，不是只由温度决定，故A、B错误；物体从外界吸收热量，有可能同时对外做功，其内能不一定增加，同时，物体对外做功，有可能同时从外界吸收热量，其内能不一定减少，故C正确，D错误。

课后巩固

1．答案AB 解析：系统的内能是一个只依赖于系统自身状态的物理量，由系统的状态决定，A正确；因为内能是由系统的状态决定的，所以分子动理论中引入的内能和热力学中引入的内能是一致的，B正确；做功和传热都可以改变系统的内能，C错误；气体做绝热膨胀时对外界做了功，且与外界没有热交换，所以系统的内能要减少，故D错误。

2.答案C

3..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，故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，故C错误，D正确。

4.答案A 解析：浸了乙醚的脱脂棉较容易燃烧，但在常温或稍高于常温的情况下也不会自燃，因此，想使其达到燃点而燃烧必须使其温度升高足够高，即使其内能有足够的增加。若向外拉活塞，无论是缓慢拉还是迅速拉，都会因为气体膨胀对外做功而导致汽缸内气体内能减少(温度降低)；当缓慢向里推活塞时，尽管外界对缸内气体做功而使气体温度升高，但由于气体同时要向外散热，此过程气体温度升高不多，也不能达到乙醚燃点；而当迅速向里推活塞时，外界对气体做功的功率很大，由于气体来不及向外散热，因此，气温急剧上升，这样就可以使缸内气体温度达到乙醚燃点而使之燃烧，故A正确。

5.答案D 解析：对车胎内的理想气体分析知，体积增大时气体对外做功。由于气体分子间势能可忽略，内能只与分子的平均动能有关，分子总数不变，分子平均动能的标志是温度，中午温度升高，内能增加，故选D。

6.答案BD 解析：热量不是状态量，不能说含有或者具有多少热量，故A错误；在传热的过程中热量总是由温度高的物体传递给温度低的物体，故B正确，C错误；热量是传热过程中物体内能变化的量度，故D正确。

7. 答案B 解析：一定质量的物体，其内能由温度和体积共同决定。物体的温度改变时，其内能不一定改变，所以A错误；做功和传热是改变物体内能的两种方式。若物体对外做功W焦，同时吸收Q焦的热量，①W>Q，则物体的内能减少；②W＝Q，则物体的内能不变；③W<Q，则物体的内能增加，所以B正确，C、D错误。

8.答案BCD  

9. 答案A

10.答案D 解析：以活塞为研究对象，设气体压强为p1，活塞质量为m，截面积为S，末态时压强为p2，初态F弹>mg＋p1S，由题意可得末态位置必须高于初位置，否则不能平衡，则由ΔU＝W(绝热)知，W为正，ΔU必为正，温度升高，内能增加，活塞重力势能增加。末态时，由力的平衡条件知F弹′＝mg＋p2S，仍然具有一部分弹性势能，D正确。

11.答案D 解析：打开阀门K稳定后，容器A、B中的水面相平，相当于图中画斜线部分的水从A移到B，这部分水的重力势能减少了，即重力对水做了功，同时大气压力对A容器中的水做正功为p0SAhA，对B容器中的水做负功为p0SBhB，因为两部分水的体积相等，所以大气压力对水做的总功为零。由于容器绝热，系统与外界之间没有热交换，而重力对系统做正功，故水的内能增加，选项D正确。

12.解析：由：

解得