高中物理 第十章 热力学定律 2 热和内能教材梳理素材 新人教版选修3-3.doc

2 热和内能庖丁巧解牛知识巧学一、热传递1.定义：热量从物体的一部分传递到另一部分，或从一个物体传递给另一个物体的物理过程.2.热传递的方式：传导、对流、辐射.辨析比较 热传导过程发生在相互接触的两固体之间，或同一物体的不同部分间，如用酒精灯灼烧铁棒的一端，另一端会发烫，这主要是通过热传导来传递热量，而热对流发生在气体、液体的传热过程中，如加热水壶的底部，表层的水温也上升；冬天暖气片能使整间房屋里的气温上升，这都是靠对流来完成的，晒衣服时，衣服温度升高，主要是太阳依靠热辐射来传递热量的.3.热传递的条件：两物体间存在温度差.误区警示 只要存在温度差，热传递过程就会进行，与原来物体内能的多少无关.热传递过程能量可以由内能大的物体传到内能小的物体上，也可以由内能小的物体传到内能大的物体上.4.热传递的实质是内能的转移.二、热和内能1.热量：在单纯的传热递过程中系统内能改变的量度. 或者这样表述：系统在单纯的传热过程中，内能的增量u等于外界向系统传递的热量q，即u=q.误区警示 热量是用来衡量热传递过程中内能变化的一个物理量，是一个过程量.因此只有在热传递过程中才谈热量.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.热传递和内能变化的关系 热传递改变物体内能的过程是物体间内能转移的过程，热传递使物体的内能发生变化时，内能改变的多少可用热量来量度.物体吸收了多少热量，物体的内能就增加多少；物体放出了多少热量，物体的内能就减少多少.3.做功和热传递在改变物体内能上的关系（1）两种方式的区别 做功：其他形式的能和内能之间的转化，当机械能转化为内能时，必须通过物体的宏观运动才能实现. 热传递：物体间内能的转移，即内能从物体的一部分传到另一部分，或从一个物体传递给另一物体，它是在分子相互作用下，通过分子的微观运动来达到内能的改变的，物体间发生热传递的必要条件是存在温度差.在热传递过程中，内能从高温物体传递给低温物体，使高温物体内能减少，低温物体内能增加，最后达到温度相等.（2）两种方式的联系做功和热传递都可以改变物体的内能，从它们改变内能的最终结果看，两者是等效的.深化升华 本质的区别：做功使物体的内能改变，是其他形式的能和内能之间的转化，例如摩擦生热就是机械能转化成内能，热传递改变物体的内能是物体间内能的转移，如太阳照射冰，使冰化成水，就是太阳的内能通过辐射这一热传递的方式转移到冰，使冰的内能增加.辨析比较 （1）热量和内能 内能是由系统的状态决定的，状态确定，系统的内能也随之确定，要使系统的内能发生变化，可以通过热传递或做功两种过程来完成，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状态变化过程中所迁移的能量，是用来衡量物体内能变化的，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）热量和温度 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.热传递不仅可以使系统温度发生变化，还可以使物质状态发生变化.在物质状态变化中，传递给系统的热量并没有使系统的温度发生变化，因此不能说“系统吸收热量多，温度变化一定大”，也不能认为“系统的温度高，它放出的热量一定多”.因为放出的热量，不但和温度的变化值有关，还和比热容有关.总之，热量和温度之间虽然有一定的联系，但它们是完全不同的两个物理量.（3）热量和功 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，功也可以通过系统过程转化为热量，但它们之间有着本质的区别. 用做功来改变系统的内能，是系统内分子随整体的有序运动，转化为另一系统的分子的无规则运动的过程，是机械能或其他形式的能和内能之间的转化过程.用热传递来改变系统的内能，是通过传导、对流和辐射来完成的，它将分子的无规则运动，从一个系统转移到另一个系统，这种转移就是系统间内能转换的过程.典题热题知识点一 热传递例1 下列所述现象中属于利用热传导的方式来传热的是（ ）a.冬天，用手去拿室外的铁块，手感到冷b.夏天，开空调后一段时间整个房间内温度降低c.在地面上晒小麦d.冬天，用暖水袋暖手解析：冬天，室外的铁块温度低，手温度高，用手拿铁块时，手上的热量直接通过热传导的方式传到铁块上；用暖水袋暖手，道理同上；开空调后整个房间内温度降低，是空气通过对流的方式使热空气降温；晒小麦是依靠太阳热辐射来吸收热量的，所以正确答案为a、d.答案：ad例2 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，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，铜块内能的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=d.达到热平衡时，两者的温度相等解析：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和d都正确，选项b错误.根据热平衡方程c铜m(t1-t)=c铁m(t-t2)，解得t=，由此可知选项c是错误的.答案：ad方法归纳 两个物体相接触，能够发生热传递的前提条件是两者之间存在温度差，热传递过程中内能转移的量可用热量来量度，热传递的最终结果是两者温度相等.知识点二 热和内能例3 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，在日常生活中无须计较，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.此外，物体的内能与可能发生的热量之间，在数量上没有必然联系.b错.两物体之间的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误区警示 本例中须注意，热量是交换传递中的内能，如果脱离热传递过程，就谈不上什么热量，并且内能是状态量，而热量是过程量.知识点三 做功和热传递例4 下列关于做功和热传递的说法中正确的是（ ）a.做功和热传递的实质是相同的b.做功和热传递在改变物体内能上是等效的c.做功和热传递是对同一过程中的两种说法d.做功和热传递是不可能同时发生的解析：做功和热传递在改变物体内能上是等效的，但本质不同，做功是将其他形式的能量转化为内能转化为内能或将内能转化为其他形式的能量；热传递是将一个物体的内能传递给另一个物体，且做功和热传递可以同时进行，故正确选项为b.答案：b误区警示 不要将等效认为是相等（同），做功和热传递本质不同，但在改变物体内能上是等效的，注意它们的区别和联系.例5 一个气泡从恒温水槽的底部缓慢向上浮起，（若不计气泡内空气分子势能的变化）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，故气泡中空气分子的内能减小，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，内能不变，故须从外界吸收热量，且吸收的热量等于对外界所做的功.答案：b方法归纳 做功和热传递在改变物体内能上是等效的，且它们可以同时进行，它们引起内能变化的方向可以是都使系统内能增加或减小，也可以是一者使系统内能增加，另一者使系统内能减小.知识点四 内能的改变和能量转化知识的综合例6 某同学想要估测每秒钟太阳辐射到地球表面上的能量，他用一个横截面积s=3.2 dm2的保温圆筒，内装有质量为m=0.4 kg的水，让太阳光垂直照射t=3 min，水升高的温度t=2.2 ，已知水的比热容c=4.2103 j/(kg)，地球半径为r=6 400 km，试求太阳向地球表面辐射能量的功率.解析：太阳以热辐射的方式向地球表面传递热量，根据公式q=cmt先求出单位时间辐射到地球表面单位面积上的功率，再求总功率. 太阳辐射到水中的能量q=cmt=4.21030.42.2 j=3.7103 j 太阳光在1 s内垂直照射到1 m2面积上的功率p= w=6.4102 w 太阳辐射到地球表面上能量的功率p=pr2=6.41023.14(6 400103)2 w=8.21016 w.方法归纳 （1）明确公式q=cmt中各量的意义.（2）太阳照射地球时，地球表面仅有半个表面被照亮，这相当于在垂直太阳光方向上半径为地球半径的圆面所接收到太阳的功率.问题 探究方案设计探究问题 请以水和煤油为例探究.不同种类的物质，吸热的本领一样吗？探究思路：实验装置如图10-2-1所示，取两只相同的烧杯分别装入500 g水和500 g煤油，它们的初温都处于室温，用相同的电加热器加热.图10-2-1（1）使它们被加热的时间相等，观察并读出温