高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册第三章 热力学定律1 功、热和内能的改变学案及答案

功、热和内能的改变

【学习目标】

一、知识与技能

1．知道绝热过程的含义。

2．从热力学的角度认识内能的概念。

3．理解做功与内能改变之间的关系。

4．知道热传递过程中，物体吸收（放出）热量，温度升高（降低），内能改变。

5．了解热量的概念，热量的单位是焦耳。

二、过程与方法

1．通过观察、思考，知道物体的内能是系统的一个状态量。

2．通过探究活动，培养实验探究能力、提高科学思维水平。

3．通过类比方法，建立内能的概念。

三、情感、态度与价值观

1．通过主动参与学习活动，激发学习物理的兴趣。

2．通过实验活动，培养实事求是的科学态度。

【学习重点】

1．做功与内能改变关系的探究。

2．热量与内能改变关系的探究。

3．内能概念的建立。

【学习难点】

内能概念的建立。

【学习过程】

一、焦耳的实验

1．系统只由于_____________________________而与外界交换能量，它不从外界_________，也不向外界___________，这样的过程叫做绝热过程。

2．焦耳实验一（机械做功）

重物下落带动轮叶旋转，通过搅拌对绝热容器内的液体做功，使液体升温，即状态发生变化。

结论：只要重力所做的功相同，容器内水温上升的数值都是______________，即系统状态的变化是________________。

3．焦耳实验二（电流做功）

电流通过_______________使绝热容器内的液体温度升高。

结论：对同一系统，在绝热过程中只要______________________相同，系统温度上升的数值就相同，即系统的状态变化相同。

4．引导得出实验结论：

对于绝热系统，从状态1到状态2，做功的值是_______________________，与具体做功的过程、方式______________。

二、功与内能的改变

1．内能

任何一个热力学系统都必定存在一个只依赖于__________________________的物理量，这个物理量在两个状态间的差别与外界在绝热过程中对系统所做的功相联系。我们把这个物理量称为系统的内能。

2．功和内能改变关系：

当系统从状态1经过绝热过程达到状态2时，内能的增加量△??=??2−??1就等于________________________________________，即________________。

总结：做功可以改变系统的内能。__________是系统内能转化的量度。

（1）外界对系统做功，系统的内能___________。

（2）系统对外界做功，系统的内能___________。

例题1：下图为某种椅子与其升降部分的结构示意图，M、N两筒间密闭了一定质量的气体，M可沿N的内壁上下滑动，设筒内气体不与外界发生热交换，在M向下滑动的过程中（    ）

A．外界对气体做功，气体内能增大

B．外界对气体做功，气体内能减小

C．气体对外界做功，气体内能增大

D．气体对外界做功，气体内能减小

答案：A

例题2：地面附近有一正在上升的空气团，它与外界的热交换忽略不计。已知大气压强随高度增加而降低，则该空气团在上升过程中（不计气团内分子间的势能）（    ）

A．体积减小，温度降低

B．体积减小，温度不变

C．体积增大，温度降低

D．体积减小，温度不变

答案：C

三、热与内能的改变

1．热传递定义：______________________________________________________。

2．热传递的方式：_____________________________。

3．发生热传递的条件：当物体之间或物体的不同部分之间______________________时才能发生热传递。

例题3：关于热传递，下列说法正确的是（    ）

A．热传递的实质是温度的传递

B．物体间存在温度差，才能发生热传递

C．热传递可以在任何情况下进行

D．物体内能发生改变，一定是吸收或放出了热量

答案：C

4．热与内能的改变

教师总结：

_____________是在单纯的传热过程中系统内能变化的量度。

当系统从状态1经过单纯的传热达到状态2，内能的增量△??=??2−??1就等于外界向系统传递的热量??，即______________。

当热量转移到系统当中，称为______热，内能_____________。

当热量从系统转移出去，称为______热，内能_____________。

5．内能与热量的区别：

（1）内能是一个_____________量，一个物体在不同的状态下有不同的内能。

（2）热量是一个_____________量，它表示由于热传递而引起的变化过程中转移的能量，即内能的改变量。

（3）如果没有热传递，就没有热量可言，但此时仍有内能。

【练习巩固】

1．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力，则被密封的气体（     ）

A．温度传感器

B．压力传感器

C．磁传感器

D．光传感器

答案：C

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（不计气体的分子势能）（     ）

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

答案：C

3．下列说法正确的是（     ）

A．分子的动能与分子的势能的和叫做这个分子的内能

B．物体的分子势能由物体的温度和体积决定

C．物体的速度增大时，物体的内能增大

D．物体的内能减小时，物体的温度可能增加

答案：D

4．一个铁块沿斜面匀速滑下，关于物体的机械能和内能的变化，下列判断中正确的是（    ）

A．物体的机械能和内能都不变

B．物体的机械能减少，内能不变

C．物体的机械能增加，内能增加

D．物体的机械能减少，内能增加

答案：D

5．如图所示，绝热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理想气体容器的底部。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（弹簧处于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

答案：D

6．一定质量的气体经历一缓慢的绝热膨胀过程。设气体分子间的势能可忽略，则在此过程中（     ）

A．外界对气体做功，气体分子的平均动能增加

B．外界对气体做功，气体分子的平均动能减少

C．气体对外界做功，气体分子的平均动能增加

D．气体对外界做功，气体分子的平均动能减少

答案：D

7．在下述现象中没有通过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

答案：BD

8．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大小的量度

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

答案：CD