高中人教版 (新课标)2 热和内能导学案

这是一份高中人教版 (新课标)2 热和内能导学案，共4页。学案主要包含了例1－1，例1－2，例2－1，例2－2，例4－1，例4－2等内容，欢迎下载使用。




1．热传递


(1)概念：两个温度不同的物体互相接触时温度高的物体要降温，温度低的物体要升温，并将持续到系统间达到热平衡，即温度相等为止，这个过程称为热传递。


(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)热传递的条件：物体之间或是物体不同部分之间存在温度差。


(4)热传递的三种方式


热传递的三种方式：热传导、热对流、热辐射。


①热传导——热沿着物体传递的热传递方式，不同物质传导热的能力各不相同，容易传导热的物体称为热的良导体，所有金属都是热的良导体，不容易传导热的物体称为热的不良导体，如空气、橡胶、绒毛、棉纱、木头、水、油等。


②热对流——靠液体或气体的流动来传递热的方式，热对流是液体和气体所特有的热传递方式。


③热辐射——热从高温物体向周围以电磁波的形式沿直线射出去的方式，热辐射不依赖媒介质，可在真空中进行，与外界温差越大，表面颜色越深，物体向外的热辐射能力越强。


析规律：热传递的规律


热量从高温物体传向低温物体，或从物体的高温部分传递到低温部分。


【例1－1】 以下所述现象中，属于通过热传递改变了物体内能的是( )


A．将一段铁丝反复弯折，弯折处会发热


B．放在空气中的一杯热水会冷却


C．在转动的砂轮上磨车刀，车刀发热


D．电流通过电阻丝


解析：不论物体是发热还是冷却，物体的温度都发生了变化，都是内能的改变。弯折铁丝是用力对物体做功，在转动的砂轮上磨车刀是摩擦力对车刀做功，电流通过电阻丝并做功，所以三者都是通过做功改变物体内能的。热水放在空气中，通过热辐射以及热对流等方式向外传递了热量，而使自身的内能减少，温度下降，它是通过热传递方式改变内能的，所以应选B。


答案：B


【例1－2】 在下述现象中，没有做功而使物体内能改变的是( )


A．电流通过电炉而使温度升高


B．在阳光照射下，水的温度升高


C．铁锤敲打铁块，使铁块温度升高


D．夏天在室内放几块冰，室内会变凉快


解析：电流通过电炉做功使电能转化为内能；在阳光照射下，水温度升高是靠太阳的热辐射来升温的；铁锤敲打铁块是做功改变物体内能的过程；室内放上冰块是通过热传递的方式来改变气温的。


答案：BD


辨误区：做功和热传递的区别


热传递是内能在不同物体或物体不同部分之间的转移；做功改变内能是不同形式能量的转化。


2．热传递与内能


(1)热传递和物体内能改变的关系


①热传递可以改变物体的内能。物体吸收了热量，分子热运动变得剧烈，分子平均动能增加，物体的内能增大，反之物体内能减少。在只有热传递的情况下，系统由状态1到达状态2，内能增量为ΔU＝U2－U1，吸收的热量Q＝ΔU，也就是说物体吸收热量，内能增加，物体放出热量，内能减少，并且内能的变化量等于物体吸收或放出的热量。


②对热量的理解


热量是用来衡量热传递过程中内能变化多少的一个物理量，是一个过程量。因此，只有在热传递过程中才能谈热量。热量和内能是两个截然不同的概念，内能是状态量，我们说物体在一定状态下有内能而不能说有热量。


(2)改变内能的两种方式是等效的


①对等效的理解：等效是指做功和热传递在改变物体内能上可以取得相同的效果。两种方式均可以改变物体的内能，如果我们不知道系统所经历的具体过程时，仅从内能的改变上无法区分系统所采用的是做功，还是热传递方式使其内能发生变化的。


②两种方式的区别与联系：


【例2－1】 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，温度升高可能是因为做功，也可能是因为热传递，故C正确。


答案：C


【例2－2】 一个气泡从恒温水槽的底部缓慢向上浮起，若不计气泡内气体分子数的变化，则( )


A．气泡对外做功，内能不变，同时放热


B．气泡对外做功，内能不变，同时吸热


C．气泡内能减少，同时放热


D．气泡内能不变，不吸热也不放热


解析：在气泡缓慢上升的过程中，气泡外部的压强逐渐减小，气泡膨胀，对外做功，故气泡内空气的内能减少，温度降低。但由于外部恒温，且气泡缓慢上升，故可以认为上升过程中气泡内空气的温度始终等于外界温度，气泡内空气内能不变，故需要从外界吸收热量，且吸收的热量等于外界所做的功。


答案：B





3．对照比较法学习热传递和做功改变物体内能


(1)做功


如图所示，若压缩汽缸中的气体，将活塞由A压缩到A′处，外力F做功为W＝80 J，若此过程为绝热过程，则气体内能增量ΔU＝W＝80 J。





(2)热传递


如图所示，若用电热丝给气体加热，将Q＝80 J的热量传递给气体，若此过程为绝热过程，则气体内能的增量ΔU＝Q＝80 J。





【例3】 如图所示，固定容器以及可动活塞P都是绝热的，中间有一个导热的固定隔板B，B的两边分别盛有气体甲和乙，现将活塞P缓慢地向B移动一段距离，已知气体的温度随其内能的增加而升高，则在P移动的过程中( )





A．外力对乙做功，甲的内能不变


B．外力对乙做功，乙的内能不变


C．乙传递热量给甲，乙的内能增加


D．乙的内能增加，甲的内能不变


解析：隔板B固定且导热，当活塞向B移动的过程中，外力做功，气体乙的内能增加，温度升高，乙通过导热板B向气体甲传递热量，因此甲的内能增加，因此选项C正确。


答案：C


注意：做功和热传递改变物体内能的方式不同，但效果是相同的，如果系统的内能改变了ΔU，既可能是对物体做了功(或系统对外界做了功)，其中W＝ΔU；也可能是传递了系统热量(或系统对外传递了热量)，其中Q＝ΔU。





4．热量、做功、内能和温度概念的辨析


(1)热量与内能


内能是由系统的状态决定的，状态改变，系统的内能也随之改变，要使系统的内能发生变化，可以通过热传递和做功两种方式来实现。而热量是热传递过程中的特征物理量，和功一样，热量只是反映物体在热传递过程中所迁移的能量，是用来衡量物体内能变化多少的，有过程，才有变化，离开过程，毫无意义。就某一状态而言，只有“内能”，根本不存在什么“热量”和“功”，因此，不能说一个系统中含有“多少热量”或“多少功”。


(2)热量与温度


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运动的剧烈程度的标志，虽然热传递的前提是两个系统之间要有温度差，但是传递的是能量，而不是温度。


(3)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，但它们之间有着本质的区别。


【例4－1】 下列关于内能与热量的说法中，正确的是( )


A．马铃薯所含热量高


B．内能越大的物体热量也越多


C．热量总是从内能大的物体流向内能小的物体


D．热量总是从温度高的物体流向温度低的物体


解析：A是一种很常见的说法，在日常生活中无需计较，但从物理学的角度看，确有不妥。热量是过程量，不是状态量，不能像内能那样蕴含在物体中，A错。说法B与说法A有相同的错误。两物体之间热量流向只与它们的温度高低有关，而与它们的内能无关，C错，D对。


答案：D


【例4－2】 如图为焦耳实验装置图，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


解析：此装置为焦耳热功当量实验装置，热量与内能是两个不同的物理量，做功是物体内能转化的量度，热量是热传递过程中内能变化的量度。热量是一个过程量，而内能是状态量，因此我们不能说物体含有热量，故B、D错。


答案：AC








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在改变内能的效果上是相同的