第十章 热力学定律 10.1功和内能 10.2热和内能 导学案

1 功和内能2 热和内能[学习目标] 1。

掌握从热力学角度认识内能的概念．了解焦耳的两个实验．(重点)2。

知道做功与内能改变的数量关系，知道热传递的热量与内能变化的关系．（重点、难点)3。

知道做功和热传递是改变内能的两种方式，且对改变系统内能是等效的．（难点)4.掌握内能、功、热量、温度四个物理量的区别和联系．（重点）一、功和内能1．焦耳的实验（1）绝热过程：系统只由于外界对它做功而与外界交换能量，它不从外界吸热,也不向外界放热．（2)代表性实验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：要使系统状态通过绝热过程发生变化，做功的数量只由过程始末两个状态决定，而与做功的方式无关．2．功和内能（1）内能：任何一个热力学系统都必定存在一个只依赖于系统自身状态的物理量，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．鉴于功是能量变化的量度,所以这个物理量必定是系统的一种能量,我们把它称为系统的内能．（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增加量，即ΔU＝W.二、热和内能1．热传递(1）条件:物体的温度不同．(2)定义：两个温度不同的物体相互接触时，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了低温物体．2．热和内能（1）热量：它是在单纯的传热过程中系统内能变化的量度．（2）表达式:ΔU＝Q.（3)热传递与做功在改变系统内能上的异同：①做功和热传递都能引起系统内能的改变．②做功时是内能与其他形式能的转化;热传递只是不同物体(或一个物体的不同部分）之间内能的转移．1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)（1)系统只从外界吸热，而不向外界放热的过程就是绝热过程．(×)（2）在绝热过程中，外界对系统做多少功，内能就能增加多少．(√）（3)功和内能都是能量转化的量度．（×)（4)做功和热传递都可改变物体的内能，从效果上是等效的．（√)(5)热量一定从内能多的物体传递给内能少的物体．(×）2．(多选）如图所示，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E．在绝热过程中，做功一定增加水的内能ACE ［将做功过程和吸热过程在同等条件下比较,可测出热功当量，故A正确；做功增加了水的内能，热量只是热传递过程中内能改变的量度，故B错误，C正确；做功和传热产生的效果相同，但功和热量是不同的概念，D错误．]3．（多选)关于物体的内能和热量，下列说法中不正确的有（）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．在热传递过程中，内能大的物体其内能将减小,内能小的物体其内能将增大,直到两物体的内能相等D．在热传递过程中，热量从高温物体传递到低温物体，直到两物体的温度相同为止E．热量是热传递过程中内能转移的量度ABC [物体的内能由温度、体积及物体的质量决定，不是只由温度决定，故A、B错；在热传递过程中，热量由高温物体传给低温物体，而与物体的内能大小无关，所以完全有可能是内能大的物体内能继续增大，内能小的物体内能继续减小,故C项错，D项对;关于热量的论述，E项是正确的．］功和内能1(1）在微观上由分子数、分子热运动的剧烈程度和相互作用力决定,宏观上体现为物体的温度和体积，因此物体的内能是一个状态量．（2)在系统不吸热也不放热的绝热过程中，状态发生的变化是由做功造成的，伴随的能量转化是外界的能量与系统自身的能量发生了转化，系统自身的能量称为内能．（3）造成系统内能变化的量与做功方式无关,与做功的数量有关．(4）内能是状态量，由它的状态、温度、体积、质量决定．2．(1)做功与内能变化的关系：当系统从某一状态经过绝热过程达到另一状态时，内能的增加量ΔU 就等于外界对系统所做的功W，用式子表示为：ΔU＝U2－U1＝W。

第十章热力学定律10.1、2 功和内能热和内能三维教学目标1、知识与技能（1）了解内能改变的两种方式：做功、热传递；（2）理解内能的变化可以分别由功和热量来量度，知道做功和热传递对改变物体内能是等效的；（3）知道什么是绝热过程。

2、过程与方法：通过书本中的事例体会做功和热传递都能改变物体的内能。

3、情感、态度与价值观：教学重难点（1）改变内能两种方式及内能改变量度；（2）对做功和热传递对改变内能是等效的理解。

教学教具：细铁棒、铁锤、洒精灯、木块、厚壁玻璃筒（带活塞）、硝化棉、乙醚、学生每人准备一小段钢丝等．教学过程：第一节功和内能热和内能（一）复习引入提问：（1）什么是物体的内能？（物体内所有分子热运动的动能和分子势能的总和，叫做物体的内能）（2）什么叫分子的动能？它和哪些因素有关？（由于分子在不停地做着无规则热运动而具有的动能．它与物体的温度有关，温度是分子平均动能的标志）（3）什么叫分子的势能？它和哪些因素有关？（分子间存在相互作用力，分子间具有由它们的相对位置决定的势能，这就是分子势能，它和物体的体积有关）（4）物体的内能和哪些因素有关呢？（与物体的温度和体积有关）小结：通常情况下，对固体或液体，由于体积变化不明显，主要是通过温度的变化来判断内能是否改变。

（二）新课教学1、提出问题如何改变物体的内能呢？物体内能的变化可以通过什么表现出来呢？或者说怎样判断一个物体（如一杯水、一块铁块）的内能是否改变呢？2、寻找解决问题的办法有的想到“摩擦”，有的想到“折”，有的想到“敲打”，有的想到用“钢锯锯”，有的想到“烧”，有的想到“晒”，有的想到“烤”，有的想到“烫”、“冰”等等．一边想办法，一边体验内能是不是已经增加了。

3、知识的提练改变物体内能的物理过程有两种：做功和热传递。

4、新知识的深入探讨（1）内能改变的量度如何量度物体内能的改变多少呢？第1页（共1页）。

第 1、 2 节功和内能__热和内能1.绝热过程：系统只因为外界对它做功而与外界互换能量，它不从外界吸热，也不向外界放热，这样的过程叫做绝热过程。

2．绝热过程中系统内能的增添量等于外界对系统所做的功，即U＝W。

3．热传达：热量从物体的高温部分传达到低温部分，或从高温物体传达给低温物体的物理过程。

4．系统在纯真的传热过程中，内能的增量U 等于外界向系统传达的热量Q，即U＝ Q。

5．做功和热传达是改变内能的两种方式且拥有等效性，但二者本质不一样。

一、焦耳的实验1．绝热过程系统只经过对外界做功或外界对它做功而与外界互换能量，它不从外界吸热，也不向外界放热。

2．代表实验(1)重物着落带动叶片搅拌容器中的水，惹起水温度上涨。

(2)经过电流的热效应给水加热。

3．实验结论要使系统状态经过绝热过程发生变化，做功的数目只由过程始末两个状态决定，而与做功的方式没关。

二、功和内能1．内能的观点(1)内能是描绘热力学系统自己状态的物理量。

(2)在绝热过程中做功能够改变热力学系统所处的状态。

2．绝热过程中内能的变化(1)表达式： U＝ W。

(2)外界对系统做功， W 为正；系统对外界做功， W 为负。

三、热和内能1．热传达(1)条件：物体的温度不一样。

(2)过程：温度不一样的物体发生热传达，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)热传达的三种方式：热传导、热对流、热辐射。

2．热和内能(1)纯真地对系统传热也能改变系统的热力学状态，即热传达能改变物体的内能。

(2)热量：在纯真的传热过程中系统内能变化的量度。

(3)纯真的传热过程中内能的变化。

①公式：U ＝Q。

②物体吸热，Q 为正；物体放热，Q 为负。

1．自主思虑——判一判(1)温度高的物体含有的热量多。

(× )(2)内能多的物体含有的热量多。

(× )(3)热量必定从内能多的物体传达给内能少的物体。

(× )(4)做功和热传达都可改变物体的内能，从成效上是等效的。

第1节功和内能第2节热和内能1.了解焦耳的两个实验原理，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．4.通过焦耳实验的探究，培养科学探索精神．一、焦耳的实验1．绝热过程：系统只由于外界对它做功而与外界交换能量，它不从外界吸热，也不向外界放热．2．焦耳的代表性实验(1)重物下落带动叶片搅拌容器中的水，引起水温升高．(2)通过电流的热效应给水加热．3．实验结论：要使系统状态通过绝热过程发生变化，做功的数量只由过程始末两个状态决定而与做功的方式无关．1．(1)某一系统经历绝热过程时，只要初末状态相同，则做功数量也一定相同．( )(2)在绝热过程中，做功方式不同会直接影响系统状态变化的最终结果．( )提示：(1)√(2)×二、功和内能1．内能：依赖于一个热力学系统自身状态的物理量，是热力学系统的一种能量．2．绝热过程中做功与内能变化的关系：ΔU＝W．2．(1)转动的叶片不断搅动水，水温升高．( )(2)在绝热过程中，外界对气体做功，气体内能增加．( )(3)在绝热过程中，气体对外界做功，气体内能减少．( )提示：(1)√(2)√(3)√三、热和内能1．热传递：热量总是从高温物体向低温物体传递．2．热量和内能(1)关系描述：热量是在单纯的传热过程中内能变化的量度．(2)公式表达：ΔU＝Q．3．(1)做功和热传递都可以改变物体的内能，从效果上是等效的．( )(2)在绝热过程中，外界对系统做的功小于系统内能的增加量．( )(3)热传递只能发生在两个物体间，同一物体不能发生热传递．( )(4)功和内能都是能量转化的量度．( )提示：(1)√(2)×(3)×(4)×做功和内能变化的关系1．做功与内能变化的关系(1)做功改变物体内能的过程是其他形式的能(如机械能)与内能相互转化的过程．(2)在绝热过程中，外界对物体做多少功，就有多少其他形式的能转化为内能，物体的内能就增加多少．2．功与内能的区别(1)功是过程量，内能是状态量．(2)在绝热过程中，做功一定能引起内能的变化．(3)物体的内能大，并不意味着做功多．在绝热过程中，只有内能变化越大时，相应地做功才越多．(1)外界对某一系统做功时系统的内能不一定增加，还要看该系统有没有向外放热，以及向外放热的多少．(2)在绝热过程中，系统内能的增加量等于外界对系统所做的功．景颇族的祖先发明的点火器如图所示，用牛角做套筒，木制推杆前端粘着艾绒，猛推推杆，艾绒即可点燃．对筒内封闭的气体，在此压缩过程中( )A．气体温度升高，压强不变B．气体温度升高，压强变大C．气体对外界做正功，气体的内能增加D．外界对气体做正功，气体的内能减少[解题探究] (1)猛推推杆，外界对气体做______功，“猛推”暗示该过程可看做______过程．(2)气体温度与内能大小的关系为________．[解析] 对封闭气体，猛推推杆压缩的过程中，时间极短，传热不计，故该过程中外界对气体做正功，使其内能增加，选项C、D均错误．因气体的内能是所有分子动能与分子势能之和，而气体的分子间距很大，分子力可以忽略，故分子势能不计，所以分子的平均动能增加，温度升高，再由气体状态方程pV T ＝C 可知，气体的压强变大，故选项A 错误，选项B 正确．[答案] B(1)根据气体体积变化判断做功情况：气体膨胀，气体对外界做功；气体压缩，外界对气体做功，但气体向真空自由膨胀时不做功．(2)通过“迅速”“缓慢”等关键性字眼建立物理模型．“迅速”是指来不及热交换，可以认为是“绝热过程”；“缓慢”是指这一过程中能够进行热交换．1.金属筒内装有与外界温度相同的压缩空气，打开筒的开关，筒内高压空气迅速向外溢出，待筒内、外压强相等时，立即关闭开关．在外界保持恒温的条件下，经过一段较长的时间后，再次打开开关，这时出现的现象是( )A ．筒外空气流向筒内B ．筒内空气流向筒外C ．筒内、外有空气交换，处于动态平衡，筒内空气质量不变D ．筒内、外无空气交换解析：选B ．因高压空气急剧外溢时，气体来不及充分与外界发生热交换，可近似看成绝热膨胀过程，气体对外做功，内能减小，所以关闭开关时，筒内气体温度较外界偏低，再经过较长时间后，筒内、外气体温度相同．对筒内剩余气体分析，属于等容升温过程，压强要增大，大于外界气压，所以再打开开关时，筒内气体要流向筒外，B 对.热传递和内能变化的关系1．在单纯传热中，系统从外界吸收多少热量，系统的内能就增加多少；系统向外界放出多少热量，系统的内能就减少多少．即ΔU ＝U 2－U 1＝Q .2．传热改变物体内能的过程是物体间内能转移的过程．(多选)在外界不做功的情况下，物体的内能增加了50 J ，下列说法中正确的是( )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 JD ．物体的分子平均动能可能不变[解析] 在外界不做功的情况下，内能的改变等于传递的热量，内能增加，一定是吸收了相等能量的热量，故A 错误、B 正确．物体内能包括所有分子的动能和势能，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．故选B 、D ．[答案] BD。

第十章热力学定律〔情景切入〕地球上的能源很多,提供能量的形式各不相同。

风、水、洋流和波浪等是以机械能的形式提供的,可以利用各种风力机械和水力机械转化为动力或电力。

煤、石油和天然气等一般是通过燃烧把化学能转化为内能,内能可以直接利用。

一些热力机械可以把内能转化为动力带动机械或交通工具工作,也可进行热力发电。

能量可以互相转化,各种能量最终都转化为内能。

你是否知道能量间的转化具有一定的规律呢？请你在本章的学习中得出答案吧。

〔知识导航〕本章主要讲述了改变物体内能的两种方式：做功和热传递,热力学第一定律和能量守恒定律,以及热力学第二定律和能量耗散。

本章从焦耳的热功当量实验切入,从功是能量转化的量度来认识内能,接着从内能改变的方式——热传递说明热与内能的关系,能的转化和守恒定律是自然界普遍适用的规律。

接着以热力学定律来说明能量与热量的区别及联系,最后以新能源开发与应用来结束本章。

本章教材共六节,整章内容可分四部分：第一部分即第一、二节,了解做功和热传递与内能的关系；第二部分即第三节,学习热力学第一定律及其微观解释；第四部分即第四、五、六节,了解热力学第二定律及其微观解释、能源和可持续发展及开发新能源的意义。

本章重点：改变物体内能的两种方式——做功和热传递,热力学第一定律。

本章难点：能量守恒定律,热力学第二定律及微观解释。

〔学法指导〕本章内容规律较多,且较抽象,初学者理解起来不太容易,给学习带来一定难度,如何突破本章知识要点,把握重点,掌握方法是关键。

要注意从实验和模型来建立物理图景,把抽象的事物形象化,更要注意利用科学的假说和模型来研究问题,把不能直接观测的对象转化为能够直接观测的对象。

第一节功和内能【素养目标定位】※了解焦耳的热功当量实验,明确实验原理※※理解内能的概念,并了解功是能量改变的量度课前预习反馈知识点1 焦耳的实验1．绝热过程系统只通过对外界做功或__外界对它__做功而与外界__不交换__能量,它不从外界__吸热__,也不向外界__散热__。

第十章热力学定律单元教材分析本章以焦耳的实验为基础，研究了功和内能变化、热和内能变化之间的关系，总结出做功和热传递是改变系统内能的两种方式，两种方式对改变物体的内能是等效的，但是这两种方式又存在着重要区别。

在此基础上，进一步提出了热力学第一定律和能量守恒定律。

能量守恒定律使我们认识到“第一类永动机”不可能制成，使我们认识到一切与热现象有关的客观自然过程都是不可逆的，热力学第二定律就是反映这种宏观自然过程的方向性的定律。

热力学第二定律的两种表述是等价的，同时又使我们认识到“第二类永动机”也不可能制成。

熵的概念使我们认识到热力学第二定律的微观本质，能量在数值上虽然守恒，但其转移和转化却具有方向性，因而我们要合理开发能源，要节约能源，减小能源利用过程中对环境的破坏，保护环境，树立可持续发展的观念，开发清洁、高效的新能源。

本章的特点是要求学生有较强的理论联系实际的能力，在学习过程中，不断提高理解能力、分析能力；会用热力学第一定律分析系统内能的变化，会用能量守恒观点解释有关的自然现象，了解熵是反映系统无序程度的物理量。

第1节功和内能目标导航1．知道什么是绝热过程。

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的数量关系。

4．知道内能和功的单位是相同的。

诱思导学1．绝热过程：物质系统与外界没有热量交换的情况下进行的物理过程。

即系统不从外界吸收热量，也不向外界放出热量。

2．功与系统内能改变的关系。

做功可以改变系统的内能。

①外界对系统做功，系统的内能增加在绝热过程中，内能的增量就等于外界对系统做的功即ΔU=U2-U1=W②系统对外界做功，系统的内能减少。

在绝热过程中，系统对外界做多少功，内能就减少多少即W=-ΔU3．功是系统内能转化的量度。

4．在国际单位制中，内能和功的单位都是焦耳( J )。

典例探究例1 下列哪个实例说明做功改变了系统的内能A.用热水袋取暖B.用双手摩擦给手取暖C.把手放在火炉旁取暖D.用嘴对手呵气给手取暖解析：双手摩擦做功，使手的内能增加，感到暖和；A、C、D都是通过热传递来改变系统的内能。

学习内容10.1 热和内能 10.2 功和内能学习目标1．了解焦耳的两个实验原理。

2．知道做功和热传递是改变内能的两种方式。

3．掌握内能的的概念，会区分热量和内能。

4．知道做功和热传递在改变系统内能上的区别。

5．掌握热力学第一定律。

学习重、难点1．热力学第一定律。

2．理解做功和热传递在改变内能上是等效的。

学法指导自主、合作、探究知识链接1．改变物体内能的方式有：和。

热传递的方式有、、。

2．内能是指：。

学习过程用案人自我创新[自主学习]1．思考与与讨论：通过做功的方法能否使物体温度升高？通过实例来说明。

2．是绝热过程是指：。

3．体会“焦耳实验”。

焦耳实验表明：。

4．做功与内能改变的关系是：。

思考：什么情况下内能增加，什么情况下会使内能减少？5．热传递也能改变物体的内能？请你举生活中实例来说明。

6热量是指：。

7．系统内能的变化与外界与系统传递的热量的关系是：。

再思考：什么情况下内能增加，什么情况下会使内能减少？8．做功和热传递在改变物体内能上的区别：。

9．热力学第一定律的内容：。

思考与讨论：（课本P54），通过这个例子总结⊿U、Q、W几个量取正、负值的意义：。

[例题1]（2003全国）如图所示，固定的容器及可动活塞P都是绝热的，中间有一绝热的隔板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，则在移动P 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[例题2] （2002江苏）一个带活塞的气缸内盛有一定质量的气体，若此气体的温度随其内能的增大而升高，则（）A．将热量传给气体，其温度必升高。

B．压缩气体其温度必升高C．压缩气体，同时气体向外界放热，其温度必不变D．压缩气体，同时将热量传给气体，其温度必升高[例题3]如图所示，用横截面积为S的活塞在气缸内封闭一定质量的空气，活塞质量为m。

第十章热力学定律10.1 功和内能1. 焦耳的实验（1）两个具有代表性的实验：①重物下落带动叶片搅拌容器中的水，引起水温上升。

②正在降落的重物使发电机发电，通过电流的热效应给水加热。

（2）实验结论：在各种不同的绝热过程中，如果使系统从状态1 变为状态2，所需外界做功的数量是相同的。

也就是说，要使系统状态通过绝热过程发生变化，做功的数量只由过程始末两个状态1、2 决定，而与做功的方式无关。

（3）绝热过程：系统只由于外界对它做功而与外界交换能量，它不从外界吸热，也不向外界放热，这样的过程叫做绝热过程。

2. 内能（1）定义：任何一个热力学系统都必定存在一个只依赖于系统自身状态的物理量，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。

鉴于功是能量变化的量度，所以这个物理量必定是系统的一种能量，我们把它称为系统的内能。

（2）定义式：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ΔU＝U2－U1就等于外界对系统所做的功W，即ΔU＝W①当外界对系统做功，系统的内能增加，在绝热过程中，内能的增量就等于外界对系统做的功。

②当系统对外界做功，系统的内能减少。

在绝热过程中，系统对外界做多少功，内能就减少多少。

（3）内能微观定义：系统中所有分子热运动的动能和分子间的相互作用势能的总和叫做系统的内能。

系统的内能是由它的状态决定的。

10.2 热和内能1. 热传递（1）定义：两个温度不同的物体相互接触时温度高的物体要降温，温度低的物体要升温，我们说，热量从高温物体传到了低温物体。

这样的过程叫做热传递。

（2）热传递有三种方式：热传导、热对流和热辐射，如图所示。

（3）热传递的条件：①两个物体②存在温度差2. 热和内能（1）在外界对系统没有做功的情况下，热量是在单纯的传热过程中系统内能变化的量度。

吸收热量内能增加，放出热量内能减少。

当系统从状态1经过单纯的传热达到状态2，内能的增量ΔU＝U2－U1就等于外界向系统传递的热量Q，即ΔU＝Q（2）热量的概念也只有在涉及能量的传递时才有意义。

第一节功和内能第二节热和内能课堂探究探究一功和内能问题导引如图所示，大口玻璃瓶内有一些水，水的上方有水蒸气，向瓶内打气，在瓶塞跳出的过程中，会观察到什么现象？这个过程是外界对系统做功还是系统对外界做功？该过程系统的内能如何变化？提示：当瓶塞跳出时，我们会发现瓶内的瓶口处有“白雾”产生。

我们所选的研究对象是瓶内水面上方的水蒸气，在瓶塞跳出的过程中，是系统膨胀对外界做功，在这个过程中系统的内能减少，温度降低。

瓶内和瓶口处的“白雾”实际上是瓶内的水蒸气遇冷液化形成的小液滴。

名师精讲1．内能与内能的变化(1)物体的内能是指物体内所有分子的动能和势能之和。

因此物体的内能是一个状态量。

(2)当物体温度变化时，分子的平均动能变化；物体的体积变化时，分子势能发生变化，因此物体的内能变化只由初末状态决定，与中间过程及方式无关。

2．做功与内能变化的关系(1)做功改变物体内能的过程是其他形式的能(如机械能)与内能相互转化的过程。

(2)在绝热过程中，外界对物体做多少功，就有多少其他形式的能转化为内能，物体的内能就增加多少，即：ΔU＝W。

3．功和内能的区别(1)功是能量转化的量度，是过程量，而内能是状态量。

(2)做功过程中，能量一定会发生转化，而内能不一定变化，只有在绝热过程中，做功才一定能引起内能的变化。

(3)物体的内能大，并不意味着做功多。

在绝热过程中，只有内能变化较大时，才对应着做功较多。

4．判断绝热过程中内能变化的方法判断气体绝热过程的内能变化一般情况下只需看气体体积变化就可决定：若体积增大，气体对外界做功，W<0，即ΔU<0，即内能减小；若体积缩小，外界对气体做功，W>0，即ΔU>0，即内能增加。

温馨提示气体自由膨胀时，气体与外界相互不做功，因此这种情况下气体体积增大没有外界阻力，也就不需要对外界做功。

【例题1】一定质量的理想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大B．外界对气体做功，气体分子的平均动能减小C．气体对外界做功，气体分子的平均动能增大D．气体对外界做功，气体分子的平均动能减小解析：绝热膨胀过程是指气体膨胀过程未发生热传递，膨胀过程气体体积增大，外界对气体做的功W<0，由ΔU＝U2－U1＝W可知，气体内能减少。

第1讲功和内能第2讲热和内能[目标定位]1.知道做功可以改变物体的内能.2.知道热传递与内能变化的关系.3.知道热传递和做功对改变物体内能的等效结果．一、焦耳的实验1．系统不从外界吸热，也不向外界放热的过程叫做绝热过程．2．要使系统状态通过绝热过程发生变化，做功的数量只由过程始末两个状态1、2决定，而与做功方式无关．二、内能1．任何一个热力学系统都存在一个只依赖于系统自身状态的物理量，我们把它称之为系统的内能．2．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ΔU ＝U 2－U 1就等于外界对系统所做的功W ，即ΔU ＝W .三、热和内能1．不仅对系统做功可以改变系统的内能，单纯的对系统传热也能改变系统的内能．2．当系统从状态1经过单纯的传热达到状态2，内能的增加量ΔU ＝U 2－U 1就等于外界向系统传递的热量Q ，即ΔU ＝Q .一、功和内能关系的理解1．内能(1)微观：所有分子的动能和势能之和．(2)宏观：只依赖于热力学系统自身状态的物理量．(3)状态量．2．功和内能变化的关系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：(1)外界对系统做功，系统内能增加，即ΔU ＝U 2－U 1＝W ；(2)系统对外界做功，系统内能减少，即W ＝ΔU .3．内能与机械能的区别和联系(1)区别：内能与机械能是两个不同的概念．(2)联系：在一定条件下可以相互转化，且总量保持不变．例1如图1所示，活塞将汽缸分成甲、乙两气室，汽缸、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，则在将拉杆缓慢向外拉的过程中()图1A．E 甲不变，E 乙减小B．E 甲不变，E 乙增大C．E 甲增大，E 乙不变D．E 甲增大，E 乙减小答案D解析本题解题的关键是明确甲、乙两气室气体都经历绝热过程，内能的改变取决了做功的情况，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，气体对外界做功，内能就减小，故D 选项正确．借题发挥(1)压缩气体，外界对气体做功，内能增大，温度升高，柴油机就是利用这个原理点火的．(2)在绝热过程中，末态内能大于初态内能时，ΔU 为正，W 为正，外界对系统做功．末态内能小于初态内能时，ΔU 为负，W 为负，系统对外界做功．例2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．气体在大气中绝热膨胀时对外做了功，但气体的内能不变答案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，所以是由系统的状态决定的，A对；正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 对；做功和热传递都可以改变系统的内能，C 错；气体绝热膨胀时对外界做了功，又因为与外界没有热交换，所以系统的内能要减小，故D 错．二、热和内能1．传热和内能变化的关系系统在单纯传热过程中，内能的增量ΔU 等于外界向系统传递的热量Q ，即ΔU ＝Q .2．区分三组概念(1)内能与热量：内能是状态量，可以说系统具有多少内能而不能说传递多少内能；热量是过程量，不能说系统具有多少热量，只能说传递了多少热量．(2)热量与温度热量是系统的内能变化的量度，而温度是系统内部大量分子做无规则运动的激烈程度的标志．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，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，一定量的热量与一定量的功相当，功是能量变化的量度，但它们之间有着本质的区别．例3一铜块和一铁块，质量相等，铜块的温度T 1比铁块的温度T 2高，当它们接触在一起时，如果不和外界交换能量，则()A．从两者开始接触到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．在两者达到热平衡以前的任意一段时间内，铜块内能减少量不等于铁块内能的增加量C．达到热平衡时，铜块的温度T ＝T 1＋T 22D．达到热平衡时，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内能的变化量，所以选项A、D 都正确，选项B 错误；根据热平衡方程c 铜m (T 1－T )＝c 铁m (T－T 2)，解得T ＝c 铜T 1＋c 铁T 2c 铜＋c 铁，由此可知选项C 是错误的．例4若对物体做1200J 的功，可使物体温度升高3℃，改用传热的方式，使物体温度同样升高3℃，那么物体应吸收________J 的热量，如果对该物体做3000J 的功，物体的温度升高5℃，表明该过程中，物体应________(填“吸收”或“放出”)热量________J.答案1200放出1000解析做功和传热在改变物体内能上是等效的，因此物体用做功方式使温度升高3℃，如用吸热方式，也使温度升高3℃应吸收1200J 的热量．如对物体做功3000J，温度升高5℃，而物体温度升高5℃，需要的功或热量应为ΔE .1200J＝cm ×3℃，ΔE ＝cm ×5℃，所以ΔE ＝2000J.Q ＝ΔE －W ＝－1000J，因此物体应放出1000J 的热量．做功与内能的关系1．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 不是由做功引起温度变化的，故选A、C.2．一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解析绝热膨胀过程是指气体膨胀过程未发生热传递，膨胀过程气体体积增大，气体对外界做功W ＜0.由ΔU ＝U 2－U 1＝W 可知，气体内能减小．由于气体分子间的势能忽略，故气体分子的平均动能减少．传热与内能的关系3．关于热传递，下列说法中正确的是()A．热传递的实质是温度的传递B．物体间存在着温度差，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B解析热传递的实质是物体间内能的转移，故A 错；热传递的条件是物体间存在温度差，高温物体放出热量，低温物体吸收热量，若两物体温度相同，它们之间便不再发生热传递，即达到了热平衡，故B 对，C 错；物体吸收或放出热量，内能会发生变化，但内能变化不一定是热传递引起的，还可以通过做功的方式实现，故D 错．4．对于热量、功和内能，三者的说法正确的是()A．热量、功、内能三者的物理意义等同B．热量、功都可以作为物体内能的量度C．热量、功、内能的单位不相同D．热量和功是由过程决定的，而内能是由物体状态决定的答案D解析物体的内能是指物体内所有分子动能和分子势能的总和，而要改变物体的内能可以通过做功或热传递两种途径，这三者的物理意义不同，A错；热量是表示在热传递过程中物体内能变化多少的，而功是量度用做功的方式来改变物体内能多少的，B错；三者单位都是焦耳，C错；热量和功是过程量，内能是状态量，D正确．(时间：60分钟)题组一做功与内能的变化1．用下述方法改变物体的内能，属于做功的方式是()A．用锤子打铁时，铁块发热B．用磨刀石磨刀时，刀发热C．双手互搓，手发热D．用天然气烧水答案ABC解析A、B、C中的过程都是力对系统(铁块、刀、手)做功，内能增加和温度升高的过程．而D中用天然气烧水则是通过热传导和热对流来实现水温升高的．2．在给自行车轮胎打气时，会发现胎内空气温度升高，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，外界不断地对胎内气体做功答案D解析给自行车轮胎打气，人对胎内气体做功，气体内能增加，所以温度升高．3．一定质量的气体封闭在绝热的汽缸内，当用活塞压缩气体时，一定增大的物理量有(不计气体分子势能)()A．气体体积B．气体分子密度C．气体内能D．气体分子的平均动能答案BCD解析绝热过程外力对系统做功，内能增加，温度升高，分子平均动能增加．4．如图1所示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()图1A．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解析因为M、N内被封气体体积减小，所以外界对气体做功，又因气体与外界没有热交换即绝热过程，所以ΔU＝W，且ΔU>0，气体内能增加，A正确．5．如图2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，让左侧气体自由膨胀到右侧直至平衡，在此过程中()图2A．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，内能不变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解析气体向真空膨胀，不做功；此为绝热容器，无热传递，Q＝0.题组二传热与内能的变化6．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．热量自发地从内能大的物体流向内能小的物体D．热量自发地从温度高的物体流向温度低的物体答案D解析选项A是一种很常见的说法，但从物理学的角度来看，却有不妥，热量是过程量，不是状态量，不能像内能那样蕴含在物体中，选项A错；说法B与说法A存在相同的错误，此外，物体的内能与热量之间，在数量上没有必然联系，选项B错；两物体之间热量的流向只与它们的温度有关，与它们的内能无关，选项C错．7．在一个完全真空的绝热容器中放入两个物体，它们之间没有发生热传递，这是因为() A．两物体没有接触B．两物体的温度相同C．真空容器不能发生热对流D．两物体具有相同的内能答案B解析发生热传递的条件是有温度差，而与物体内能的多少、是否接触周围的环境(是否真空)无关，故选项B正确，A、C、D错误．题组三综合应用8．如图3所示，A、B是两个完全相同的球，分别浸没在水和水银的同一深度处，A、B两球用同一种材料制成，当温度稍微升高时，球的体积会明显变大，如果开始水和水银的温度相同，且两液体温度同时缓慢升高到同一值，两球膨胀后，体积相等，则()图3A．A球吸收的热量较多B．B球吸收的热量较多C．两球吸收的热量一样多D．无法确定答案B解析A、B两球升高同样的温度，体积变化又相同，则二者内能的变化相同，而B球是处在水银中的，B球膨胀时受到的压力大，对外做功多，因此B球吸收热量较多一些．9．在外界不做功的情况下，物体的内能增加了50J，下列说法中正确的是()A．一定是物体放出了50J的热量B．一定是物体吸收了50J的热量C．一定是物体分子动能增加了50JD．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，一定是吸收了相等能量的热量，故A错，B对；物体内能包括所有分子的动能和势能，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50J 并不一定是分子动能增加了50J．物体的分子平均动能有可能不变，这时吸收的50J 热量全部用来增加分子势能．10．如图4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()图4A．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p 0S A h A ，对B 容器中的水做负功为p 0S B h B ，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．11．某同学做了一个小实验；先把空的烧瓶放入冰箱冷冻，一小时后取出烧瓶，并迅速把一个气球紧密地套在瓶颈上，然后将烧瓶放进盛满热水的烧杯里，气球逐渐膨胀起来，如图5所示．这是因为烧瓶里的气体吸收了水的____________，温度____________，体积________．图5(2)若只对一定质量的理想气体做1500J 的功，可使其温度升高5K．若改成只用热传递的方式，使气体温度同样升高5K，那么气体吸收________J 的热量．如果对该气体做了2000J 的功，使其温度升高了5K，表明在该过程中，气体还________(选填“吸收”或“放出”)热量________J.答案(1)热量升高增大(2)1500放出500解析(1)烧瓶和烧瓶内的气体要从热水杯中吸收水的热量，温度升高，体积增大．(2)做功和热传递都可以改变物体的内能，且是等效的．。