高中物理选修3步步高同步讲义第三章 1　功、热和内能的改变

第三章GONG、REHENEINENGDEGAIBIAN1功、热和内能的改变梳理教材夯实基础/探究重点提升素养/课时对点练1.了解焦耳的两个实验的原理，知道做功和传热的实质.2.知道做功和传热是改变内能的两种方式，理解做功和传热对改

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.学习目标内容索引梳理教材夯实基础Part1探究重点提升素养Part2课时对点练Part3梳理教材夯实基础Part

11.绝热过程：系统不从外界

，也不向外界

的过程.2.代表性实验(1)重物下落时带动叶片转动，搅拌容器中的水，水由于摩擦而温度

.(2)通过电流的

给液体加热.3.实验结论：在热力学系统的绝热过程中，外界对系统做的功仅由过程的

两个状态决定，不依赖于做功的具体过程和方式.4.内能：只依赖于热力学系统

的物理量.一、焦耳的实验吸热放热上升热效应始末自身状态1.功与内能的改变在热力学系统的绝热过程中，当系统从状态1经过绝热过程达到状态2时，内能的变化量ΔU＝U2－U1，等于外界对系统所做的功W，即ΔU＝

.2.理解(1)ΔU＝W的适用条件是

过程.(2)在绝热过程中：外界对系统做功，系统的内能

；系统对外做功，系统的内能

.二、功与内能的改变W绝热增加减少1.传热(1)条件：物体的

不同.(2)传热：热从

物体传到了

物体.2.热和内能(1)热量：在单纯的传热过程中系统

变化的量度.(2)热与内能的改变当系统从状态1经过单纯的传热达到状态2时，内能的变化量ΔU＝U2－U1等于外界向系统传递的热量Q，即ΔU＝

.三、热与内能的改变温度高温低温内能Q(3)传热与做功在改变系统内能上的异同.①做功和传热都能引起系统

的改变.②做功时，内能与其他形式的能(如内能与机械能、内能与电能等)发生

；传热只是不同物体(或一个物体的不同部分)之间内能的

.内能转化转移1.判断下列说法的正误.(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)热量一定从内能多的物体传递给内能少的物体.(

)(3)做功和传热都可改变物体的内能，从效果上是等效的.(

)(4)在绝热过程中，外界对系统做的功小于系统内能的增加量.(

)(5)绝热情况下，系统内能的增加量等于外界对它做的功.(

)(6)传热只能发生在两个物体间，同一物体不能发生传热.(

)××√即学即用×√×2.有各种方法可使物体的内能发生改变：a.电炉通电后发热；b.一杯开水放在桌面上冷却；c.阳光照射下冰块融化；d.锯木头时，锯片发烫；e.人坐在火炉旁取暖；f.用打气筒给自行车轮胎打气后，打气筒变热.其中属于做功使物体内能改变的是________；属于传热使物体内能改变的是________.返回adfbce探究重点提升素养Part

2一、功与内能的改变1.在焦耳的许多实验中，有两个最具有代表性：一个实验是重物下落时带动叶片转动，搅拌容器中的水，水由于摩擦而温度上升；另一个实验是通过电流的热效应给液体加热.焦耳的这两个实验说明了什么问题？导学探究答案绝热过程中，外界对系统做的功仅由过程的始末状态决定，与做功的具体过程和方式无关.2.如图，在有机玻璃筒底放少量的硝化棉(燃点较低)，迅速压下活塞，观察硝化棉的变化.(1)你能看到什么现象？实验现象说明了什么？导学探究答案可以看到硝化棉燃烧.实验现象说明压缩空气做功，使空气内能增大，达到硝化棉的燃点后引起硝化棉燃烧.(2)图中用力按压活塞时为什么一定要迅速？导学探究答案迅速按下活塞是为了减少传热，尽量创造一个绝热条件.1.内能(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，分子平均动能变化；物体体积变化时，分子势能发生变化.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.知识深化知识深化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，外界对物体做功，则W>0，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；物体对外界做功，则W<0，物体对外界做多少功，就有多少内能转化为其他形式的能，物体的内能就减少多少.知识深化3.功与内能的区别(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.在绝热过程中，只有内能变化越大时，相应地做功才越多.特别提醒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.

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.今对活塞施加一竖直向下的压力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，内能增加例1√向下压活塞，活塞对气体做功，气体的内能增加，温度升高，气体的体积减小，气体的压强增大，故选C.针对训练某汽车后备箱内安装有撑起箱盖的装置，它主要由汽缸和活塞组成.开箱时，密闭于汽缸内的压缩气体膨胀，将箱盖顶起，如图所示.在此过程中，若缸内气体与外界无热交换，忽略气体分子间的相互作用，则缸内气体A.对外做正功，分子的平均动能增大B.对外做正功，内能增大C.对外做负功，分子的平均动能增大D.对外做正功，内能减小√气体膨胀，气体对外做正功，又因为气体与外界无热量交换，由此可知气体内能减小，B错误，D正确；因忽略气体分子间相互作用，没有分子势能，所以分子平均动能减小，A、C错误.二、热与内能的改变1.用铁锤反复敲击铁棒，铁棒的温度会升高，把铁棒放在炭火上烧，铁棒的温度也会升高，这说明了什么问题？导学探究答案说明做功和传热都能改变物体的内能.2.如图所示是传热的三种方式——传导、对流和辐射.导学探究(1)这三种方式在传递能量时有什么共同点？答案三种方式都是热量从一个物体传递到另一个物体.(2)传热和做功都可以改变物体的内能，这两种方式在改变物体内能时本质上又有什么不同？导学探究答案传热是内能在物体间(或一个物体的不同部分之间)转移，做功是其他形式的能和内能之间的转化.知识深化1.在单纯传热的过程中，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＝U2－U1＝Q.2.传热改变物体内能的过程是不同物体(或一个物体的不同部分)之间内能的转移.3.传热与物体的内能的多少无关，只与两个物体(或一个物体的两部分)的温度差有关，热量总是从高温物体自发地传递到低温物体.

(2021·泰安市高二检测)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.传热C.既有做功也有热传递D.电流的热效应例2√太阳能热水器是通过吸收太阳光的热量，通过传热的方式将水加热，故选B.

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，铜块的温度比铁块的低D.以上说法都不正确例3√热平衡的条件是温度相等，传热的方向是从温度高的物体传向温度低的物体；因不和外界交换能量，则在传热过程中高温物体放出的热量等于低温物体吸收的热量，故A正确.三、内能、功、热量和温度的区别和联系1.热量和内能(1)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，可以通过传热和做功两种方式来完成.(2)热量是传热过程中的特征物理量，热量只是反映物体在状态变化过程中所转移的能量，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.(3)对某一状态而言，只有“内能”，不存在“热量”和“功”.不能说一个系统中含有多少热量.2.热量与温度：热量是系统的内能变化的量度，而温度是系统内大量分子做无规则运动剧烈程度的标志.传热的前提条件是两个系统之间要有温度差，传递的是热量而不是温度.比较项目做功传热内能变化外界对物体做功，物体的内能增加；物体对外界做功，物体的内能减少物体吸收热量，内能增加；物体放出热量，内能减少物理实质其他形式的能与内能之间的转化不同物体间或一个物体不同部分之间内能的转移相互联系做一定量的功和传递相同量的热量在改变内能的效果上是相同的3.改变内能的两种方式的比较

(2021·江苏省江阴高级中学高二期中)对于热量、功和物体的内能这三个物理量，下列叙述正确的是A.热量、功、内能三者的物理意义相同B.热量和功都可以作为物体内能的量度C.热量、功、内能的单位肯定不相同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例4√热量、功和内能是三个不同的物理量，它们的物理意义不同，故A错误；功与热量都可以作为物体内能变化的量度，但不是物体内能的量度，故B错误；热量、功和内能的单位相同，都是焦耳，故C错误；功和热量由过程决定，内能由物体的状态决定，故D正确.返回课时对点练Part

3考点一焦耳的实验1.如图所示为焦耳实验装置简图，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.重物下落带动叶片转动，由于叶片向水传递热量

而使水的温度升高B.做功增加了水的热量C.做功增加了水的内能D.做功和热量是完全等价的，无区别√基础对点练12345678910111213重物下落带动叶片转动，由于叶片对水做功而使水的温度升高，故A错误.做功增加了水的内能，而热量只是传热过程中内能改变的量度，所以做功与热量是不同的，故C正确，B、D错误.123456789101112132.如图所示是焦耳在研究热与功之间关系的两个典型实验，那么从焦耳的这两个实验中可得出的结论是A.热量可由高温物体传给低温物体B.机械能守恒C.在各种不同的绝热过程中，系统状态的改变与做功的方式无关，仅与

做功数量有关D.在各种不同的绝热过程中，系统状态的改变不仅与做功方式有关，还

与做功数量有关√12345678910111213焦耳通过多次实验，最后得到的结论是，在各种不同的绝热过程中，系统状态的改变与做功方式无关，仅与做功数量有关，故选项C正确，其余选项均不是焦耳实验的结论.12345678910111213考点二功与内能的改变3.如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12345678910111213√筒内气体不与外界发生热交换，当M向下滑动时，筒内气体体积变小，外界对气体做功，使气体的内能增大，故选A.123456789101112134.景颇族的祖先发明的点火器如图所示，用牛角做套筒，木质推杆前端粘着艾绒.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，气体内能增加D.外界对气体做正功，气体内能减少12345678910111213√在猛推推杆的过程中，气体来不及和外界进行热交换，就认为是绝热过程，在压缩过程中，外界对气体做正功，气体内能增加，温度升高，压强变大，故选B.5.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.以E甲、E乙分别表示甲、乙两气室中气体的内能，则在将拉杆缓慢向左拉的过程中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12345678910111213√由题意可知甲、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.对甲气室内的气体，在拉杆缓慢向左拉的过程中，活塞左移，压缩气体，外界对甲气室内的气体做功，其内能增大；对乙气室内的气体，活塞左移，气体膨胀，乙气室内的气体对外界做功，内能减小，D正确.123456789101112136.如图所示，一个质量为20kg的绝热汽缸竖直放置，绝热活塞的质量为5kg，面积为0.1m2，处于静止状态时，被封闭气体的高度为50cm，现在活塞上方加一15kg的物体，待稳定后，被封闭气体的高度变为40cm.求在这一过程中气体的内能增加了多少？(p0＝1.01×105Pa，g取10m/s2)答案1030J12345678910111213由于汽缸及活塞均绝热，故外界对气体所做的功全部转化为气体的内能，即ΔU＝W外＝(m活塞＋m物体)gΔh＋p0SΔh＝(5＋15)×10×0.1J＋1.01×105×0.1×0.1J＝1030J.考点三热与内能的改变7.关于传热，下列说法正确的是A.传热的实质是温度的传递B.物体间存在温度差，才能发生传热C.传热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√12345678910111213传热的实质是物体间能量的转移，故A错误；传热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，它们之间便不会发生传热，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传热引起的，也可能是做功引起的，故D错误.123456789101112138.在外界不做功的情况下，物体的内能增加了50J，下列说法正确的是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.一定是物体分子势能增加了50J√1234567891011121312345678910111213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50J，一定是吸收了50J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，也不一定是分子势能增加了50J，故C、D错.9.(2021·长沙市模拟)下列说法正确的是A.热量和功是由过程决定的，而内能是由物体状态决定的B.外界对物体做功，物体的内能一定增大C.物体吸收热量，温度一定升高D.热量总是由内能大的物体流向内能小的物体12345678910111213能力综合练√12345678910111213热量和功是过程量，内能是状态量，故A选项正确；引起物体内能的变化有做功和传热两种途径，单就一个方面不足以断定其内能的变化，故B选项错误；在晶体熔化和液体沸腾过程中，物体要不断地吸收热量，但物体的温度不变，这时内能的增加主要表现在内部分子势能的增加，故C选项错误；两物体之间热量的流向只与它们的温度有关，与它们内能的大小无关，故D选项错误.10.(2021·临沂市期中)A、B两物体之间接触，但没有发生传热，则A.两物体所含的热量相等B.两物体内能相等C.两物体的温度相等D.两物体的内能一定相等12345678910111213√处于热平衡的两物体温度一定相等，不发生传热.物体的内能取决于物体的物质的量、温度、体积及物态，温度相等，内能不一定相等，故选C.11.关于内能，下列说法正确的是A.物体的内能包括物体运动的动能B.0℃的水结冰过程中温度不变，内能减小C.提起重物，因为提力做正功，所以物体内能增大D.摩擦冰块使其融化是采用传热的方式改变物体的内能√12345678910111213物体的内能是指物体内所有分子的总动能和分子势能之和，不包括物体运动的动能，选项A错误；0℃的水结冰过程中温度不变，因要放热，则内能减小，选项B正确；提起重物，因为提力做正功，所以物体机械能变大，但是内能不一定增大，选项C错误；摩擦冰块使其融化是