2023年[推荐学习]学年高中物理第三章热力学基础第一节内能功热量教学案粤教选修.pdf

生活的色彩就是学习 K12 的学习需要努力专业专心坚持 第一节 内能 功 热量 目标定位 1.知道做功和热传递的实质.2.知道做功和热传递是改变内能的两种方式，理解做功和热传递对改变系统内能是等效的，明确两种方式的区别.3.明确内能、功、热量、温度四个物理量的区别和联系 一、做功和内能的变化 导学探究 如图 1 所示，厚壁容器的一端通过胶塞插进一支灵敏温度计和一根气针，另一端有个用卡子卡住的可移动胶塞用打气筒慢慢向容器内打气，使容器内的压强增大到一定程度，这时读出温度计示数翻开卡子，胶塞冲出容器口后，温度计示数明显降低，这是为什么呢？图 1 答案 气体膨胀对外做功，内能减小，气体的温度降低 知识梳理 1内能和内能的变化量(1)内能是一个状态量，指物体内所有分子做热运动的动能和分子势能之和(2)内能的变化量只由初、末状态决定，与中间过程及方式无关 2功和内能(1)功是过程量，内能是状态量(2)物体的内能大，并不意味着做功多(3)做功可以改变系统的内能，功是系统内能转化的量度，在绝热过程中：外界对系统做功，系统内能增加，即 UW.系统对外界做功，系统内能减少，即 UW.二、热传递和内能的变化 导学探究 用铁锤反复敲击铁棒，铁棒的温度会升高，把铁棒放在碳火上烧，铁棒的温度也会升高，这说明了什么问题？答案 说明做功和热传递都能改变物体的内能 生活的色彩就是学习 K12 的学习需要努力专业专心坚持 知识梳理 1热量(1)热量是单纯的传热过程中系统内能变化的量度(2)过程量 2热量和内能变化的关系 在只有热传递的情况下，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，即 UQ.一、做功和内能的变化 例 1 如图 2 所示，活塞将气缸分成甲、乙两气室，气缸、活塞(连同拉杆)是绝热的，且不漏气以E甲、E乙分别表示甲、乙两气室中气体的内能，那么在将拉杆缓慢向外拉的过程中()图 2 AE甲不变，E乙减小 BE甲不变，E乙增大 CE甲增大，E乙不变 DE甲增大，E乙减小 答案 D 解析 此题解题的关键是明确甲、乙两气室气体都经历绝热过程，内能的改变取决于做功的情况对甲室内的气体，在拉杆缓慢向外拉的过程中，活塞左移，压缩气体，外界对甲室内的气体做功，其内能应增大；对乙室内的气体，活塞左移，气体膨胀，乙室内的气体对外界做功，内能应减小 针对训练 如图 3 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，气体的体积减小假设忽略活塞与容器壁间的摩擦力，那么被密封的气体()图 3 生活的色彩就是学习 K12 的学习需要努力专业专心坚持 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 答案 C 解析 向下压活塞，力F对气体做功，气体的内能增加，温度升高气体体积减小，故气体的压强增大，应选项 C正确 二、热传递和内能的变化 例 2 (多项选择)在外界不做功的情况下，物体的内能增加了 50 J，以下说法中正确的选项是()A一定是物体放出了 50 J 的热量 B一定是物体吸收了 50 J 的热量 C一定是物体分子动能增加了 50 J D物体的分子平均动能可能不变 答案 BD 解析 在外界不做功的情况下，内能的改变量等于传递的热量，内能增加，一定是吸收了相等数量的热量，故 A错，B 对；物体内能包括所有分子做热运动的动能和分子势能，内能由分子数、分子平均动能、分子势能共同决定，所以内能增加了 50 J 并不一定是分子动能增加了 50 J，物体的分子平均动能有可能不变，这时吸收的 50 J 热量全部用来增加分子势能，故 C错，D对 三、内能与相关概念的辨析 例 3 关于温度、热量、功和内能，以下说法正确的选项是()A同一物体温度高时，含有的热量多 B物体的内能越大，含有的热量就越多，温度也越高 C外界对系统做功W，内能必定增加 D发生热传递的条件是两物体之间存在温度差 答案 D 解析 热量是物体间进行热传递时内能的转移，不能说物体含有多少热量，故 A错；物体的吸热或放热对应物体的内能变化，并不对应物体内能的大小，故 B错；由于做功和热传递都可引起物体内能的变化，只根据做功无法准确判断物体内能的变化，故 C错；物体间发生热传递的条件是存在温度差，故 D对 生活的色彩就是学习 K12 的学习需要努力专业专心坚持 内能 功 热量 内能 决定因素：温度、体积、物质的量内能的变化改变物体内能的两种方式做功热传递二者等效 1(做功和内能的变化)在给自行车轮胎打气时，会发现胎内气体温度升高，这是因为()A胎内气体压强不断增大，而容积不变 B轮胎从外界吸热 C外界空气温度本来就高于胎内气体温度 D打气时，外界不断对胎内气体做功 答案 D 解析 给自行车轮胎打气，外界对胎内气体做功，气体内能增加，温度升高，D正确 2(做功和内能的变化)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大气压强随高度增加而降低，那么该空气团在上升过程中(不计空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，温度增大 答案 C 解析 空气团与外界的热交换忽略不计，大气压强随高度上升逐渐减小，空气团体积逐渐增大，对外界做功，所以内能逐渐减小，那么温度逐渐降低，只有选项 C 正确，选项 A、B、D均错误 3(热传递和内能的变化)以下说法正确的选项是()A假设A、B两物体接触但没有热传递，那么两物体所包含的热量相等 B做功和热传递的共同点是都能使系统内能改变 C一物体先后经几个不同的物理过程，其温度均从t1升高到t2.那么在这些过程中物体一定从外界吸收相同的热量 D高温物体内能大，低温物体内能小 答案 B 解析 A、B两物体没有发生热传递是因为两物体温度相等，A错做功和热传递都是改变内能的方式，B对一物体温度从t1升高到t2，内能的改变可能是由于吸收了热量，也可能是外界对物体做了功，C错高温物体分子的平均动能大，内能不一定大，D错 生活的色彩就是学习 K12 的学习需要努力专业专心坚持 4(内能与相关概念的辨析)(多项选择)对于热量、功、内能三个量，以下说法中正确的选项是()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 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变化的量度而不是内能大小的量度故 A、B错误，C、D正确 题组一 做功和内能的变化 1(多项选择)在下述各种现象中，不是由做功引起系统温度变化的是()A在阳光照射下，水的温度升高 B用铁锤不断锤打铅块，铅块温度会升高 C在炉火上烧水，水的温度升高 D电视机工作一段时间，其内部元件温度升高 答案 AC 解析 阳光照射下水温升高是热辐射使水的温度升高，在炉火上烧水是热传导和对流使水的温度升高，用铁锤锤打铅块的过程，是做功的过程，铅块温度升高，是由于外界做功引起的 电视机工作时，电流通过各元件，电流做功使其温度升高可见 A、C不是由做功引起系统温度变化的，应选 A、C.2一个铁块沿斜面匀速下滑，关于铁块的机械能和内能的变化(忽略热传递)，以下判断中正确的选项是()A铁块的机械能和内能都不变 B铁块的机械能减小，内能不变 C铁块的机械能增大，内能增大 D铁块的机械能减小，内能增大 答案 D 解析 铁块沿斜面匀速下滑时，动能不变，势能减小，所以铁块的机械能一定减小铁块沿斜面匀速下滑，说明此斜面一定是不光滑的，铁块下滑时克服摩擦力做功，铁块损失的机械能转化为铁块和斜面的内能，因此铁块的温度会略有升高，内能增大 生活的色彩就是学习 K12 的学习需要努力专业专心坚持 3一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，那么在此过程中()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 解析 因气体绝热膨胀，故气体对外做功，但没有热交换，由热力学第一定律可知，气体内能减小；而气体不计分子势能，故内能只与温度有关，因内能减小，故温度降低，分子的平均动能减小，应选 D.4图 1 为某种椅子与其升降局部的结构示意图，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()图 1 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 解析 在M向下滑动的过程中，气体体积缩小，外界对气体做功，气体不与外界发生热交换，再根据热力学第一定律知，气体内能增加，故正确答案为 A.5如图 2 所示，厚壁容器的一端通过胶塞插进一支灵敏温度计和一根气针，另一端有个用卡子卡住的可移动胶塞用打气筒缓慢地向容器内打气，使容器内的压强增大到一定程度，这时读出温度计示数翻开卡子，胶塞冲出容器口后()图 2 A温度计示数变大，实验说明气体对外界做功，内能减少 生活的色彩就是学习 K12 的学习需要努力专业专心坚持 B温度计示数变大，实验说明外界对气体做功，内能增加 C温度计示数变小，实验说明气体对外界做功，内能减少 D温度计示数变小，实验说明外界对气体做功，内能增加 答案 C 解析 翻开卡子，胶塞冲出容器口后，密封气体体积增大，气体膨胀对外做功，气体内能减少，同时温度降低，温度计示数变小 题组二 热传递和内能的变化 6(多项选择)以下现象中，哪些是通过热传递的方式改变物体内能的()A翻开电灯开关，灯丝的温度升高，内能增加 B夏天喝冰镇汽水来解暑 C陨石在大气层中下落，温度升高 D太阳能热水器在阳光照射下，水的温度逐渐升高 答案 BD 解析 A选项是电流做功改变内能，C选项是摩擦力做功改变内能，只有 B、D选项是通过热传递的方式改变物体内能的，应选 B、D.7(多项选择)关于热传递，以下说法正确的选项是()A热传递中，热量一定从含热量多的物体传向含热量少的物体 B两个物体之间发生热传递的条件是它们之间有温度差 C在热传递中，热量一定从内能多的物体传向内能少的物体 D内能相等的两个物体相互接触时，也可能发生热传递 答案 BD 解析 热量的概念只有在涉及能量的传递时才有意义，所以不能说物体含有多少热量，故 A错；物体间发生热传递的必要条件是存在温度差，故 B对；在热传递中，热量一定从温度高的物体传向温度低的物体，温度高的物体内能不一定多，故 C错，D对故正确答案为 B、D.8(多项选择)一铜块和一铁块，质量相等，铜块的温度T1比铁块的温度T2高，当它们接触在一起时，如果不和外界交换能量，那么()A从两者开始接触到到达热平衡的整个过程中，铜块内能的减少量等于铁块内能的增加量 B在两者到达热平衡以前的任意一段时间内，铜块内能的减少量不等于铁块内能的增加量 C到达热平衡时，铜块的温度TT1T22 D到达热平衡时，两者的温度相等 答案 AD 解析 一个系统在热交换的过程中，如果不与外界发生热交换，温度高的物体放出的热量等于温度低的物体吸收的热量，直到温度相等，不再发生热交换为止而热量是热传递过程中生活的色彩就是学习 K12 的学习需要努力专业专心坚持 内能的变化量，所以选项 A、D正确，选项 B错误设c铁、c铜分别为铁、铜的比热容，根据热平衡方程c铜m(T1T)c铁m(TT2)，解得Tc铜T1c铁T2c铜c铁，由此可知选项 C错误 题组三 内能与相关概念的辨析 9关于物体的内能，以下说法中正确的选项是()A温度相同的同种气体它们的内能一定相等 B体积相同的同种气体它们的内能一定相等 C机械能越大的物体内能也越大 D物体的内能与物体的温度和体积都有关系 答案 D 解析 决定内能的因素有温度、体积及物质的量，D正确，A、B错误；内能与机械能无直接关系，C错误 10(多项选择)关于物体的内能，以下说法正确的选项是()A手感到冷时，搓搓手就会感到暖和些，这是利用做功来改变物体的内能 B将物体举高或使它们的速度增大，是利用做功来使物体的内能增加 C阳光照射衣服，衣服的温度升高，是利用热传递来改变物体的内能 D用打气筒打气，筒内气体变热，是利用热传递来改变物体的内能 答案 AC 11(多项选择)以下说法中正确的选项是()A如果取水平地面为零势能面，那么静止在水平地面上的物体的机械能和内能都为零 B如果取水平地面为零势能面，那么静止在水平地面上的物体的机械能为零，内能不为零 C一个装有气体的绝热密封容器做匀速运动，如果使容器突然停止运动，那么气体的温度要升高 D一个装有气体的绝热密封容器做匀速运动，如果使容器突然停止运动，那么气体的温度保持不变 答案 BC 解析 内能与零势能面的选取无关，重力势能与零势能面的选取有关，重力势能为零的静止物体机械能为零，但内能永不为零，A错误，B正确；绝热容器停止运动，内部气体的机械能转化为内能，温度升高，C正确，D错误 12关于内能、温度和热量，以下说法中正确的选项是()A物体的温度升高时，一定吸收热量 B物体沿斜面下滑时，内能将增大 C物体沿斜面匀速下滑时，内能可能增大 D内能总是从高温物体传递给低温物体，当内能相等时热传递停止 生活的色彩就是学习 K12 的学习需要努力专业专心坚持 答案 C 解析 改变物体内能的两种方法：做功和热传递温度升高，内能增加，但不一定是吸收热量，A错误；物体沿斜面下滑时，可能不受摩擦力，内能可能不变，B错误；物体克服摩擦力做功，摩擦生热，内能可能增大，C 正确；热传递的条件是物体间存在温度差，热量从温度高的物体传递给温度低的物体，温度相同后热传递停止，D错误