3.1功、热和内能的改变-学案

3.1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：C4．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：C2．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：C3．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：D4．一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：D5．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：D6．一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：D7．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：BD8．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第三章1A组·基础达标1．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错误．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正确，C错误．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错误．2．(多选)关于热量、功和内能的下列说法中正确的是()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、功都可以作为物体内能变化的量度D．热量、功、内能的单位相同【答案】CD【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和热传递两种途径，这三者的物理意义不同，A错误；热量是表示在热传递过程中物体内能变化的多少，而功也是用做功的方式量度物体内能变化的多少，B错误，C正确；三者的单位都是焦耳，D正确．3．如图所示，太阳能热水器是一种能够将太阳的光能转化为内能的装置．这种装置可以使装置内的水温度升高，这种改变水的内能的方式是()A．做功B．热传递C．既有做功也有热传递D．电流的热效应【答案】B【解析】太阳能热水器是通过热传递的方式将水加热，故B正确．4．(多选)下列现象中，通过热传递的方式改变物体内能的是()A．打开电灯开关，灯丝的温度升高，内能增加B．夏天喝冰镇汽水来解暑C．冬天搓搓手，会感觉到手变得暖和起来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是电流做功改变内能的，不是热传递；B是汽水与人体间有温度差，汽水吸热造成的，它属于热传递；C是摩擦做功改变内能的，也不属于热传递；D是太阳给热水器传热，通过热传递的方法改变物体的内能，故B、D正确．5．下列情况中通过热传递改变物体内能的是()A．在火炉上烧开一壶水B．柴油机的压缩冲程C．用锯子锯木头，锯子会发热D．用砂轮磨刀，刀具会变热【答案】A6．如图所示，在演示做功可以改变气体内能的实验中，下列说法中正确的是()A．要缓缓地压下活塞，防止损坏圆筒B．实验的研究对象是圆筒中的空气C．观察到乙醚着火说明做功使棉花的内能增加了D．应缓慢压下活塞【答案】B【解析】为减小热传递的影响，应迅速下压活塞，快速下压活塞时，活塞对筒内的空气做功，将机械能转化为筒内空气的内能，使空气温度升高，说明做功可以改变物体的内能；筒内空气又将热量传递给棉花，当棉花温度达到着火点时，棉花将燃烧起来，所以棉花内能增加是通过热传递方式实现的，A、C、D错误；演示做功可以改变气体内能，是外力对空气做功，空气的内能增加；实验的研究对象是圆筒中的空气，B正确．7．如图所示，在紫铜管内滴入乙醚，盖紧管塞．用手拉住绳子两端迅速往复拉动，管塞会被冲开．管塞被冲开前()A．外界对管内气体做功，气体内能增大B．管内气体对外界做功，气体内能减小C．管内气体内能不变，压强变大D．管内气体内能增大，压强变大【答案】D【解析】克服绳与金属管间的摩擦做功，使管壁内能增大，温度升高．通过热传递，乙醚的内能增大，温度升高，直至沸腾，管塞会被冲开．管塞被冲开前管内气体内能增大，压强变大，D正确．8．重庆出租车常以天然气作为燃料，加气站储气罐中天然气的温度随气温升高的过程中，若储气罐内气体体积及质量均不变，则罐内气体(可视为理想气体)()A．压强增大，内能减小B．吸收热量，内能增大C．压强减小，分子平均动能增大D．对外做功，分子平均动能减小【答案】B【解析】质量一定的气体，由理想气体状态方程体积不变温度升高，则压强增大，内能增大，则A、C错误；体积不变气体不做功，内能增大则吸收热量，则B正确，D错误．9．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】抽掉隔板后，气体膨胀，体积增大，但由于右侧为真空，所以气体自由膨胀不做功，因而内能不变，温度不变，故C正确．10．(多选)健身球是一个充满气体的大皮球，现把健身球放在水平地面上．若在人体压向健身球的过程中球内气体温度保持不变，其内部气体视为理想气体，则()A．气体分子的平均动能增大B．气体的密度增大C．气体的内能增大D．外界对气体做功【答案】BD【解析】在人压向健身球的过程中，外界对球做功，气体所占的体积减小，故气体的密度增大；气体温度不变，故气体分子的平均动能不变，故A、C错误，B、D正确．B组·能力提升11．如图所示，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．用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，下列说法不正确的是()A．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，内能的改变取决于做功的情况．对于甲室内的气体，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，内能应减小；所以选项D正确．12．如图所示，柱形容器内封有一定质量的空气，质量为m的光滑活塞与容器都用良好的隔