2017粤教版高中物理选修(3-3)3.1《内能 功 热量》word导学案.docx
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第三章热力学基础第一节内能功热量1.知道热传递的实质.2.知道做功和热传递是改变内能的两种方式,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.1.从宏观上看,物体的内能与物体的温度和体积都有关系.从微观上看,温度升高,分子平均动能增加,因而物体的内能增加,体积变化时,分子势能变化,因而物体的内能发生变化.2.做功可以改变物体的内能,若物体与外界无热量交换,外界对物体做功,物体内能增加,物体对外界做功,物体内能减少,且做功的多少等于物体内能的变化.3.热传递也可以改变物体的内能.高温物体总是自发地把它的内能传递给低温物体,若热传递过程中没有做功过程,低温物体吸收的热量等于它内能的增加,高温物体放出的热量等于它内能的减少.4.做功和热传递在改变物体内能上是等效的,但它们的实质不同,做功对应的是其他形式的能与内能的相互转化,热传递是物体间内能的转移.5.焦耳通过实验测定了机械功与所产生的热量之间的关系,称为热功当量,它等于4.18 J·cal-1.1.如图所示,把浸有乙醚的一小团棉花放在厚玻璃筒的底部,当很快地向下压活塞时,由于被压缩的气体骤然变热,温度升高,达到乙醚的燃点,使浸有乙醚的棉花燃烧起来,此实验目的是要说明(C)A.做功可以增加物体的热量B.做功一定升高物体的温度C.做功可以改变物体的内能D.做功一定可以增加物体的内能解析:迅速向下压活塞,实际上是在对玻璃气筒内的气体做功,由于是迅速向下压筒内的气体,做功时间极短,因此实验过程可认为是绝热过程(即Q=0).乙醚达到燃点而燃烧表明气体温度升高,内能增大,这说明做功可以改变物体的内能.2.用下列方法改变物体的内能,不属于做功的方式是(D)A.搓搓手会感到手暖和些B.汽油机汽缸内被压缩的气体C.车刀切下的炽热铁屑D.物体在阳光下被晒热解析:搓手时克服摩擦力做功,机械能转化为内能;汽缸压缩气体,对气体做功;车刀切削钢件,克服摩擦力做功,机械能转化为内能,使切下的铁屑温度升高,都是通过做功使内能发生改变;物体在阳光下被晒热,不属于做功的方式.3.关于热传递,下列说法中正确的是(B)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.(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(BD) 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,系统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、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.5.关于内能、温度和热量,下列说法中正确的是(C)A.物体的温度升高时,一定吸收热量B.物体沿光滑斜面下滑时,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;物体克服摩擦力做功,摩擦生热,内能可能增大,B错误、C正确;热传递的条件是存在温度差,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.6.(多选)如图所示为焦耳实验装置简图,用绝热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(AC)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,无区别解析:可通过重力做功与水温升高吸收的热量,测定热功当量,做功增加了水的内能,而热量只是热传递过程中内能改变的量度,所以功与热量是不同的.故选A、C.7.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(D)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.8.(多选)在一个绝热气缸里,若因气体膨胀,向上推动活塞,则在这个过程中,气缸里的气体(BD)A.温度升高 B.温度降低C.内能增大 D.内能减小解析:因绝热气缸里的气体与外界无热交换,气体向上推动活塞过程中,对外做功,内能减小,温度降低,B、D正确.9.一定质量的气体封闭在绝热的汽缸内,当用活塞压缩气体时,一定减小的物理量有(不计气体分子势能)(A)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.10.给旱区送水的消防车停于水平地面,在缓慢放水过程中,若车胎不漏气,胎内气体温度不变,不计分子间势能,则胎内气体(A)A.从外界吸热B.对外界做负功C.分子平均动能减小D.内能增加解析:胎内气体经历了一个温度不变、压强减小、体积增大的过程.温度不变,分子平均动能和内能不变.体积增大,气体对外界做正功,从而要从外界吸热,A正确,B、C、D 错误.。
1第三章第一节 内能 功 热量学习目标1、 2、 3、学习过程一、预习指导:1、什么是内能? 内能与什么有关?理想气体的内能只取决于 。
2、改变内能有哪两种方式?它们的本质相同吗?效果相同吗3、物体吸收热量,内能是否一定增加?物体对外做功内能是否一定减小?二、课堂导学: ※ 学习探究1、分别指出下述现象中内能改变的方式? A 、电流通过电炉丝使温度升高:改变内能方式: 。
本质是 B 、铁锤打铁块使铁块温度升高改变内能方式: 。
本质是 C 、在阳光照射下水的温度升高改变内能方式: 。
本质是 D 、在炉火上的水被烧开改变内能方式: 。
本质是 2、指出书本P62“观察与思考”现象出现的原因?3、根据上述分析填写下表:4、A 物体向B 物体发生了热传递,则(1)A 的内能是否一定大于B 的内能? (2)A 的温度是否一定高于B 的温度?(3)A 物体的分子平均动能一定大于B 的分子平均动能?(4)A 的含热量一定多于B 物体含热量? 5、当物体与外界无热传递时,若物体对外做功,它的内能如何变化?当外界对物体不做功,但吸收热量,物体内能如何变化?当物体对外做功,同时又吸收热量,则其内能如何变化?结论:如果物体与处界无热交换(称绝热过程),外界对它做了多少功,内能 。
若外界对物体没做功(称等容过程),它从外界吸收多少热量,内能就 。
※ 典型例题6、重难点突破:分析理想气体在绝热压缩过程中:体积、温度、压强和内能如何变化?分析:理想气体在等容放热中;体积、温度、压强、物体的内能注意点含义 决定内能的因素 改变方法热量只能从 传给 。
是。
内能与 和有关。
理想气体的内能只取决于 。
本质:本质: 做功与热传递是等效的,但本质 同。
内能如何变化?三、总结提升:1、内能的含义:2、改变内能的两种方式:学习评价※自我评价你完成本节导学案的情况为().A. 很好B. 较好C. 一般D. 较差※当堂检测(时量:5分钟满分:10分)计分:1. 下列物理过程中通过做功改变物体内能的有( )A.冰正在吸热熔解。
粤教版高三物理选修3《内能功热量》评课稿一、课程背景和目标本课程为粤教版高三物理选修3的《内能功热量》单元,主要内容涵盖了内能、功和热量的概念、计算方法以及守恒定律等知识点。
通过学习本单元,培养学生对内能、功和热量的理解能力,掌握相应的计算方法,提高解决实际问题的能力。
本次评课旨在评估教师对于本单元教学的设计和实施是否符合学科要求,是否能够达到预期的教学目标,以及是否能够激发学生的学习兴趣和提升学习效果。
二、教学设计和教学过程2.1 教学设计本次教学主要以问题导向的方式展开,通过提出实际问题引发学生的思考,培养学生解决问题的能力。
同时,将理论知识和实际应用相结合,通过实例分析和计算练习,帮助学生理解和掌握内能、功和热量的相关概念和计算方法。
教学设计主要包括以下内容:1.导入环节:通过简单的实例引发学生对内能、功和热量的思考,激发学生学习的兴趣。
2.知识讲解:结合教材内容,讲解内能、功和热量的定义、计算方法以及守恒定律的应用。
3.实例分析:给出一些实际问题,引导学生运用所学知识解决问题,并分析解决过程和结果。
4.计算练习:提供一些计算题目,让学生巩固所学知识,培养计算能力。
5.总结归纳:对本节课的内容进行总结,强调重点和难点,检查学生的学习效果。
2.2 教学过程本节课的教学过程如下:第一步:导入环节教师通过一个简单的例子引发学生对内能和功的思考,例如:“某物体被抬起一定高度后放下,它的内能发生了变化吗?为什么?”教师可以提供一些提示,引导学生思考。
第二步:知识讲解教师讲解内能、功和热量的定义、计算方法以及守恒定律的应用。
通过图示和实例,帮助学生理解抽象的概念。
教师可以适时提问,与学生互动,促进学生积极参与。
第三步:实例分析教师提供一些实际问题,引导学生运用所学知识解决问题。
例如:“某物体从地面抬升到一定高度后停止,它的内能和功的变化分别是多少?”教师可以组织学生进行小组讨论,鼓励学生发表观点并互相交流。
热力学第一定律-粤教版选修3-3教案一、教学目标1.了解热力学第一定律及其内容。
2.掌握系统内能的概念和计算方法。
3.掌握一定质量的物质热力学过程的热学性质计算方法。
4.了解绝热过程和等温过程的热学性质变化特点。
二、教学重点1.热力学第一定律的概念和内容。
2.内能的定义、计算方法及其在热力学过程中的应用。
3.热力学过程中的热学性质计算方法。
三、教学难点1.热力学第一定律的含义和物理意义。
2.内能的概念和计算方法。
3.热力学过程中热学性质的计算和分析。
四、教学内容1. 热力学第一定律的概念和内容热力学第一定律是热力学的基本定律之一,它是指能量守恒定律在热力学中的具体表现。
热力学第一定律的内容包括:(1)在一个封闭系统中,能量总量是不变的。
(2)一个物体的能量增加或减少可以是该物体对外界发生的热传递或机械功的结果。
(3)热量和功都是能量的形式,它们可以互相转化。
(4)能量守恒是宏观物理学基本原理,适用范围极广,包括一般物理学、化学、生物学和地球科学等领域。
2. 内能的定义、计算方法及其在热力学过程中的应用内能是指系统中分子及其它微观物质所具有的热能总和,通常记作U。
内能的计算方法有:(1)对于理想气体,内能公式为U=(3/2)nRT,其中n为摩尔数,R为气体常数,T为绝对温度。
(2)对于非理想气体,内能的计算方法较为复杂,常用的方法为测定热容、测定热力学函数和运用热化学方程式等方法进行计算。
内能在热力学过程中的应用有:(1)在绝热过程中,内能保持不变。
(2)在等温过程中,内能的增量等于从外界获得的热量。
(3)在多过程中,内能变化量等于外界对系统所做的功与系统向外界做的功和所吸收的热量之和。
3. 热力学过程中的热学性质计算方法热力学过程中的热学性质包括热容、比热容、等压热容、等体热容、焓等概念。
其中,热容和比热容是描述物质对热量的敏感程度的物理量,而等压热容、等体热容和焓则是描述物质在热力学过程中的性质变化的物理量。
高二物理选修《3-3》第十章《热力学定律》第一节《功和内能》导学案学习目标: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。
教学过程: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AU=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二一AU3.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例2、一个系统内能增加了20J.如果系统与周围环境不发生热交换,周围环境需要对系统做多少功?巩固练习:1.下列实例中,属于做功来增加物体内能的是()A.铁棒放在炉子里被烧红B.锯条锯木头时会发热C.古时候的猿人钻木取火D.冬天在阳光下取暖2.下列现象属于用做功的方法改变系统内能的是()A.放在火炉边的物体温度升高了B.把一杯热水放在冷水中冷却C.用铁锤锻打工件,工件会发热D.拉弯的弓把箭射出去3.下列过程中,由于做功而使系统内能增加的是()A.把铁丝反复弯曲,弯曲处温度升高B.烧开水时,蒸汽将壶盖顶起C.铁块在火炉中被加热D.铁球从空中自由下落(不计空气阻力)4.用下列方法改变物体的内能,属于做功方式的是()A.搓搓手会感到手暖和些B,汽油机气缸内被压缩的气体C.车刀切下的炽热的铁屑D.物体在阳光下被晒热5.用打气筒打气时,过一会筒壁会热起来,这是为什么?第二节《热和内能》导学案学习目标:1.知道热传递的三种方式。
2.理解热传递是改变系统内能的一种方式。
高中物理粤教版高二年级选修3-3第三章第1节《内能功热量》教学设计一、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)了解热量的概念:热传递过程中物体内能变化的量度。
(4)理解做功与热传递两种方式的区别与联系2、过程与方法:(1)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。
(2)通过演示实验玻璃筒压缩试验了解做功对内能的影响。
3、情感、态度与价值观:(1)扩展学生思维,用多种方式思考问题。
(2)学习物理伟人追求真理,科学严谨的态度以及坚忍不拔的毅力。
二、教材分析及课标解读本节属于热力学的入门课,基于概念的教学必须要对做功、热传递以及内能三者间的关系搞清楚,为本章的热力学第一、第二定律奠定理论基础。
本节通过介绍多种做功、热传递的方式改变内能,夯实学生头脑中内能改变的两种方式。
同时鉴于初中已经对做功与热传递有初步了解,因此在难度上不算高。
三、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。
四、教学教具:带活塞的玻璃筒;乙醚;棉花;灵敏温度计;打气筒;带活塞密闭容器。
五、教学过程:(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)(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。
热力学第一定律-粤教版选修3-3教案教学目标1.了解热力学第一定律的基本概念和原理;2.掌握物体内能和热量的概念;3.理解热量、功和内能的转化关系;4.学会应用热力学第一定律解决相关问题。
教学重点1.热力学第一定律的基本概念和原理;2.热量、功和内能的转化关系。
教学难点1.热量、功和内能的转化关系的理解和应用;2.相关问题的综合解决能力培养。
教学内容知识点一:热力学第一定律热力学第一定律是指能量守恒定律,在物理学上也称为能量守恒定律。
在热力学中,热力学第一定律的表述如下:“一个物体的内能的变化等于物体所吸收的热量与物体所做的功之和。
”即:ΔU = Q + W其中,ΔU 表示物体内能的变化量,Q 表示物体吸收的热量,W 表示物体所做的功。
知识点二:热量热量是一种能量形式,也是物体之间能量传递的一种方式。
在热力学中,热量的单位是焦耳(J)。
热量可以通过传导、对流、辐射等方式传递。
知识点三:功功是物体在力的作用下从一个位置移动到另一个位置所做的功。
在热力学中,除了重力、弹力等传统的力之外,内力也可以产生功。
知识点四:内能内能是指物体所具有的所有分子的运动能量、势能和内在能量之和。
内能是热力学中常用的一个概念,其单位与热量和功相同,均为焦耳(J)。
知识点五:热力学第一定律的应用热力学第一定律在许多方面都有应用。
一些常见的应用包括:1.热机的理论效率推导;2.热量和功的转化计算;3.做功时的内能变化计算;4.热力学循环的热量计算等。
教学方法本课程采用讲授和解题相结合的教学方式。
通过讲述基本概念和原理,帮助学生理解热力学第一定律和内能、热量、功等相关概念;通过解题,培养学生应用热力学第一定律解决实际问题的能力。
教学过程步骤一:介绍热力学第一定律老师首先介绍热力学第一定律的基本概念和原理,并通过案例解释内能、热量、功等概念。
步骤二:讲解热力学第一定律的公式老师向学生详细讲解热力学第一定律的公式:ΔU = Q + W,帮助学生理解内能、热量和功之间的转化关系。
第一讲内能功热量[目标定位] 1.知道热传递的实质.2.知道做功和热传递是改变内能的两种方式,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、内能1.定义:物体内部所有分子做热运动的动能和分子势能的总和.2.影响因素:物体的内能由物体的温度、体积、物质的量共同决定.二、改变物体内能的两种方式1.做功在绝热过程中内能的改变用功来量度.外界对物体做多少功,物体的内能就增加多少;物体对外界做多少功,物体的内能就减少多少.2.热传递(1)热传递:高温物体总是自发地把它的内能传递给低温物体,这种没有做功而使物体内能改变的现象称为热传递.(2)热量:热传递过程中物体内能变化的量度.(3)在系统与外界互不做功的条件下系统吸收了多少热量,系统的内能就增加多少;系统放出了多少热量,系统的内能就减少多少.解决学生疑难点_______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ ___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=U2-U1=W;(2)系统对外界做功,系统内能减少,即ΔU=W.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,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,内能就减少,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 和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=U2-U1=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小.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,而功也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,不属于做功的方式是( )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 D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中的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气缸内,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.气体分子数C.气体内能D.气体分子的平均动能答案CD解析绝热过程外力对系统做功,气体内能增加,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,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,用打气筒通过气针慢慢向容器内打气,使容器内的压强增大到一定程度,这时读出温度计示数.打开卡子,胶塞冲出容器口后( )图2A.温度计示数变大,实验表明气体对外界做功,内能减少B.温度计示数变大,实验表明外界对气体做功,内能增大C.温度计示数变小,实验表明气体对外界做功,内能减少D.温度计示数变小,实验表明外界对气体做功,内能增大答案 C解析打开卡子,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.题组二热传递与内能6.热传递的规律是( )A.热量从内能大的物体传给内能小的物体B.热量从内能较小的物体传给内能较大的物体C.热量从温度高的物体传给温度低的物体D.热量从高温内能大的物体传给低温内能小的物体答案 C解析自发的热传递的方向是从温度高的物体传给温度低的物体,与物体的内能大小无关.7.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,在日常生活中似无须计较,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.8.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.题组三综合题组9.物体由大量分子组成,下列说法正确的是( )A.分子热运动越剧烈,物体内每个分子的动能越大B.分子间引力总是随着分子间距离的减小而减小C.物体的内能跟物体的温度和体积有关D.只有外界对物体做功才能增加物体的内能答案 C解析分子热运动越剧烈,分子的平均动能越大,但不一定是每个分子的动能都大,故A 错;分子间的引力和斥力都是随着分子间距离的减小而增大,故B错;物体的内能由物质的量、物态、体积及温度决定,即所有分子动能和分子势能之和,故C正确;物体内能的变化由做功和热传递共同决定,故D错.10.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.11.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.12.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p0S A h A,对B容器中的水做负功为p0S 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.13.(1)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)做功和热传递在改变物体内能上是等效的,因此对气体做功1500J使温度升高5K,如用吸热方式,也使温度升高5K应吸收1500J的热量.如果对气体做功2000J,温度升高5K,则气体内能增加ΔU=1500J,由W+Q=ΔU,知Q=ΔU-W=-500J,因此,气体应放出热量500J.。
第三章热力学基础一、做功、热传递与内能变化的关系1.做功与热传递的区别与联系做功和热传递是改变物体内能的两种方式,它们在改变物体的内能上是等效的,但它们的本质不同.做功是其他形式的能和内能之间的转化,热传递则是物体间内能的转移.2.热力学第一定律ΔU=W+Q正确理解公式的意义及符号含义是解决本类问题的关键.(1)外界对物体做功,W>0;物体对外做功,W<0;(2)物体从外界吸热,Q>0;物体放出热量,Q<0;(3)ΔU >0,物体的内能增加;ΔU<0,物体的内能减少.分析题干,确定内能改变的方式(W 、Q )→判断W 、Q 的符号→代入公式ΔU =W +Q →得出结论⎩⎪⎨⎪⎧ ΔU >0,则内能增加|ΔU |;ΔU <0,则内能减少|ΔU |.例1 当把打足气的车胎内的气体迅速放出时,会发现车胎气嘴处的温度明显降低,则在这个过程中( )A.气体对外做功,同时向外散发热量B.气体对外做功,车胎内气体温度降低,从外界吸热C.外界对车胎内气体做功,车胎内气体向外传递热量D.外界对车胎内气体做功,同时向车胎内气体传递热量答案 B解析 气体迅速放出时,气体体积膨胀对外做功,同时温度降低,使气嘴处温度明显低于外界温度,从外界吸热.故正确答案为B.例2 一定质量的理想气体自状态A 经状态C 变化到状态B .这一过程的V -T 图象表示如图1所示,则( )图1A.在过程AC 中,外界对气体做功,内能不变B.在过程CB 中,外界对气体做功,内能增加C.在过程AC 中,气体压强不断变大D.在过程CB 中,气体压强不断减小答案 AC解析 由图象可知,AC 过程是等温压缩,CB 过程是等容升温,据气态方程可判断出:AC 过程气体体积变小,外界对气体做功,气体内能不变,气体压强不断变大;CB 过程气体体积不变,内能增加,显然气体从外界吸热,气体压强不断增大,故A 、C 正确.例3 一定质量的气体从外界吸收了4.2×105J 的热量,同时气体对外做了6×105J 的功,问:(1)物体的内能是增加还是减少?变化量是多少?(2)分子势能是增加还是减少?(3)分子的平均动能是增加还是减少?答案(1)内能减少1.8×105J (2)分子势能增加(3)分子平均动能减少解析(1)气体从外界吸热为Q=4.2×105J,气体对外做功W=-6×105J,由热力学第一定律ΔU=W+Q=(-6×105J)+(4.2×105J)=-1.8×105J.ΔU为负,说明气体的内能减少了.所以,气体内能减少了1.8×105J.(2)因为气体对外做功,所以气体的体积膨胀,分子间的距离增大了,分子力做负功,气体分子势能增加了.(3)因为气体内能减少,同时分子势能增加,所以分子平均动能减少.二、能量守恒定律及应用1.能量守恒定律:能量既不会凭空产生,也不会凭空消失,它只能从一种形式转化为另一种形式,或者从一个物体转移到另一个物体,在能的转化或转移过程中其总量不变.能量守恒定律是自然界普遍适用的规律,不同形式的能可以相互转化.2.应用能量守恒定律解题的方法和步骤(1)认清有多少种形式的能(例如动能、势能、内能、电能、化学能、光能等)在相互转化.(2)分别写出减少的能量ΔE减和增加的能量ΔE增的表达式.(3)根据下列两种思路列出能量守恒方程:ΔE减=ΔE增.①某种形式的能减少,一定存在其他形式的能增加,且减少量和增加量一定相等.②某个物体的能量减少,一定存在其他物体的能量增加,且减少量与增加量一定相等.(4)解方程,代入数据,计算结果.例4在近地的高空中,雨滴几乎是匀速下落的,设在此过程中所产生的热量有30%被雨滴吸收,求雨滴在近地下落40m前、后的温度差?(g取10m/s2,水的比热容为 4.2×103 J/kg·℃)答案升高0.03℃解析设雨滴的质量为m因为雨滴匀速下落,所以雨滴重力势能的减少等于雨滴克服阻力所做的功雨滴重力势能的减少,W=mgh=400m J转化成雨滴内能的为Q=W·η=400m J×30%=120m J由Q=cmΔt得:Δt=Qcm≈0.03℃三、热力学第二定律的应用1.热力学第二定律的两种表述(1)按照热传递的方向性表述为:热量不能自发地从低温物体传到高温物体,这是热力学第二定律的克劳修斯表述.(2)按照机械能与内能转化的方向性表述为:不可能从单一热库吸收热量,使之完全变成功,而不产生其他影响.这是热力学第二定律的开尔文表述.2.热力学第二定律的微观意义(1)一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行.(2)用熵来表示热力学第二定律:在任何自然过程中,一个孤立系统的总熵不会减小.3.在整个自然界中,无论有无生命,所有宏观的自发过程都具有单向性,都是不可逆过程.如河水向下游流,重物向下落,房屋由新到旧直至倒塌,人要从婴儿到老年直至死亡等. 例5下面关于热力学第二定律微观意义的说法中正确的是( )A.从微观的角度看,热力学第二定律是一个统计规律B.一切自然过程总是沿着分子热运动无序性减小的方向进行C.有的自然过程沿着分子热运动无序性增大的方向进行,有的自然过程沿着分子热运动无序性减小的方向进行D.在任何自然过程中,一个孤立系统的总熵不会减小答案AD解析系统的热力学过程就是大量分子无序运动状态的变化,从微观角度看,热力学第二定律是一个统计规律,所以A对;热力学第二定律的微观意义是“一切自然过程总是沿着分子热运动无序性增大的方向进行”,所以B、C均错;D项是在引入熵之后对热力学第二定律微观意义的描述,D对.故正确答案为A、D.例6炎炎夏日,两位同学在充满凉意的空调室内,就空调机的工作过程是否遵循热力学第二定律的问题发生了争论.甲同学说:空调机工作时,不断地把热量从室内传到室外,即从低温物体传到高温物体,可见它并不遵循热力学第二定律.乙同学说:热力学第二定律是热力学系统的普遍规律,空调机的工作过程不可能违反它. 两人各执一词,都无法使对方信服.请你对他们的论点作出评价.答案空调机工作时,热量是由低温物体传到高温物体,但不是自发的,要有压缩机工作,产生了其它影响,所以不违背热力学第二定律,乙同学的观点正确.。
学案5物体的内能学案6气体分子运动的统计规律[目标定位]1.知道温度是分子平均动能的标志,明确分子势能与分子间距离的关系.2.理解内能的概念及其决定因素.3.知道气体分子运动的特点,了解气体分子速率按统计规律分布.一、分子动能[问题设计]分子处于永不停息的无规则运动中,因而具有动能.(1)为什么研究分子动能的时候主要关心大量分子的平均动能?(2)物体温度升高时,物体内每个分子的动能都增大吗?(3)物体做高速运动时,其分子的平均动能会增大吗?答案(1)分子动能是指单个分子热运动的动能,但分子是无规则运动的,因此各个分子的动能以及一个分子在不同时刻的动能都不尽相同,所以研究单个分子的动能没有意义,我们主要关心的是大量分子的平均动能.(2)温度是大量分子无规则热运动的集体表现,含有统计的意义,对于单个分子,温度是没有意义的,所以物体温度升高时,某一个分子的动能可能减小,也可能不变.(3)分子的平均动能与宏观物体运动的动能无关.[要点提炼]1.温度在宏观上是物体冷热程度的标志,在微观上是分子热运动的平均动能的标志.2.分子动能的理解(1)由于分子热运动的速率大小不一,因而我们关心的是分子热运动的平均动能.(2)温度是大量分子平均动能的标志,但对单个分子没有意义.同一温度下,各个分子的动能不尽相同.(3)分子的平均动能决定于物体的温度.(4)分子的平均动能与宏观上物体的运动速度无关.(填“有”或“无”).二、分子势能[问题设计]功是能量转化的量度,分子力做功对应什么形式的能量变化呢?答案分子力做功对应分子势能的变化.[要点提炼]分子势能是由分子间相对位置决定的势能,它随物体体积的变化而变化,与分子间距离r 的关系为:1.当r>r0时,分子力表现为引力,r增大时,分子力做负(填“正”或“负”)功,分子势能增大(填“增大”或“减小”).2.当r<r0时,分子力表现为斥力,r减小时,分子力做负(填“正”或“负)功,分子势能增大(填“增大”或“减小”).3.当r=r0时,分子势能最小(填“最大”或“最小”).4.如果取两个分子间相距无限远时(此时分子间作用力可忽略不计)的分子势能为零,分子势能E p与分子间距离r的关系可用如图1所示的实线表示(分子力F与分子间距离r的关系如图中虚线所示).图1三、内能1.内能:物体中所有分子做热运动的动能和分子势能的总和.2.任何物体在任何温度下都具有内能.因为一切物体都是由做永不停息的无规则运动的分子组成的.3.内能的决定因素(1)从微观上看,物体的内能大小由组成物体的分子总数、分子热运动的平均动能和分子间距离三个因素决定.(2)从宏观上看,物体的内能由物体的物质的量、温度和体积三个因素决定.(3)理想气体的内能:理想气体忽略了气体分子的相互作用力和分子势能,理想气体的内能是所有分子动能的总和,只跟温度有关.4.内能与机械能的区别和联系区别:与内能不同,机械能是由物体的机械运动速度、相对参考面的高度、物体形变大小等决定的能量,它是对宏观物体整体来说的.联系:物体具有内能的同时也可以具有机械能.当物体的机械能增加时,内能不一定(填“一定”或“不一定”)增加,但机械能与内能之间可以相互转化.四、气体分子运动的统计规律1.由于物体是由大量分子组成的,这些分子并没有统一的运动步调,单独来看,各个分子的运动都是不规则的,带有偶然性,但从总体来看,大量分子的运动服从一定的统计规律.2.气体分子沿各个方向运动的机会均等.3.大量气体分子的速率分布呈现中间多、两头少的规律.4.温度升高时,所有分子热运动的平均速率增大,即大部分分子的速率增大,但也有少数分子的速率减小,这也是统计规律的体现.一、分子动能例1关于分子的动能,下列说法中正确的是()A.物体运动速度大,物体内分子的动能一定大B.物体的温度升高,物体内每个分子的动能都增大C.物体的温度降低,物体内大量分子的平均动能一定减小D.物体内分子的平均动能与物体做机械运动的速度大小无关解析分子的动能与机械运动的速度无关,温度升高,分子的平均动能一定增大,但对单个分子来讲,其动能可能增大也可能减小.答案CD二、分子势能例2甲、乙两分子相距较远(此时它们之间的分子力可以忽略),设甲固定不动,在乙逐渐向甲靠近直到不能再靠近的过程中,关于分子势能的变化情况,下列说法正确的是() A.分子势能不断增大B.分子势能不断减小C.分子势能先增大后减小D.分子势能先减小后增大解析r>r0时,靠近时引力做正功,E p减小;r<r0时,靠近时斥力做负功,E p增大.答案 D三、内能例3下列说法正确的是()A.铁块熔化成铁水的过程中,温度不变,内能也不变B.物体运动的速度增大,则物体中分子热运动的平均动能增大,物体的内能增大C.A、B两物体接触时有热量从物体A传到物体B,这说明物体A的内能大于物体B的内能D.A、B两物体的温度相同时,A、B两物体的内能可能不同,分子的平均速率也可能不同解析解答本题的关键是对温度和内能这两个概念的理解.温度是分子热运动的平均动能的标志,内能是所有分子动能和分子势能的总和,故温度不变时,内能可能变化,A项错误.两物体温度相同,内能可能不同,分子的平均动能相同,但由E k=12m v2知,分子的平均速率v可能不同,故D项正确.最易出错的是认为有热量从A传到B,A的内能肯定大,其实有热量从A传到B,只说明A的温度高,内能大小还要看它们的总分子数和分子势能这些因素,故C项错误.机械运动的速度与分子热运动的平均动能无关,故B项错误.故正确答案为D.答案 D四、气体分子运动的统计规律例4 在一定温度下,某种气体的分子速率分布应该是( )A .每个分子速率都相等B .每个分子速率一般都不相等,速率很大和速率很小的分子数目都很少C .每个分子速率一般都不相等,但在不同速率范围内,分子数的分布是均匀的D .每个分子速率一般都不相等,速率很大和速率很小的分子数目都很多解析 本题考查理想气体的速率分布规律,解决本题的关键是要熟知气体分子速率分布曲线,由麦克斯韦气体分子速率分布规律知,气体分子速率大部分集中在某个数值附近,速率很大和速率很小的分子数目都很少,所以B 正确.答案 B内能⎩⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎧ 分子动能⎩⎪⎨⎪⎧ 温度是物体分子平均动能的标志定义:分子不停地做无规则运动而具有 的动能宏观上由温度决定分子势能⎩⎪⎨⎪⎧ r 决定分子力的性质⎩⎪⎨⎪⎧ r >r 0表现为引力r <r 0表现为斥力r =r 0分子力为0r 变化→分子力做功→分子势能发生变化宏观上由体积决定1.(分子动能)下列关于物体的温度与分子动能的关系,说法正确的是( )A .某物体的温度是0℃,说明物体中分子的平均动能为零B .物体温度升高时,每个分子的动能都增大C .物体温度升高时,分子平均动能增大D .物体的运动速度越大,则物体的温度越高答案 C解析 某种气体温度是0℃,物体中分子的平均动能并不为零,因为分子在永不停息地运动,A 错;当温度升高时,分子运动加剧,平均动能增大,但并不是每个分子的动能都增大,B错,C对;物体的运动速度越大,物体的动能越大,这并不能代表物体内部分子的热运动越剧烈,所以物体的温度不一定高,D错.2.(分子势能)如图2所示为物体分子间相互作用力与分子间距离之间的关系图象.下列判断中正确的是()A.当r<r0时,r越小,则分子势能E p越大B.当r>r0时,r越小,则分子势能E p越大C.当r=r0时,分子势能E p最小图2D.当r→∞时,分子势能E p最小答案AC解析当r<r0时,分子力表现为斥力,r减小时分子力做负功,分子势能增大;当r>r0时,分子力表现为引力,r减小时分子力做正功,分子势能减小;当r=r0时,分子力为零,分子势能最小;当r→∞时,分子势能为零,但不是最小.故正确答案为A、C.3.(内能)关于物体的内能,下列说法中正确的是()A.机械能可以为零,但内能永远不为零B.温度相同、质量相同的物体具有相同的内能C.温度越高,物体的内能越大D.0°C的冰的内能与等质量的0°C的水的内能相等答案 A解析机械能是宏观能量,当物体的动能和势能均为零时,机械能就为零;而物体内的分子在永不停息地做无规则运动,且存在相互作用力,所以物体的内能永不为零,A项对;物体的内能与物质的量、温度和体积有关,B、C、D三项错误,故选A.4.(气体分子运动的统计规律)如图3是氧气分子在不同温度(0℃和100℃)下的速率分布图,由图可得()图3A.同一温度下,氧气分子呈现出“中间多、两头少”的分布规律B.随着温度的升高,每一个氧气分子的速率都增大C.随着温度的升高,氧气分子中速率小的分子所占的比例增加D.随着温度的升高,氧气分子的平均速率变小答案 A解析温度升高后,并不是每一个气体分子的速率都增大,而是气体分子的平均速率变大,并且速率小的分子所占比例减小,则B、C、D错误;同一温度下,气体分子呈现出“中间多、两头少”的分布规律,A正确.题组一分子动能1.关于温度,下列说法正确的是()A.温度升高,每个分子的动能都变大B.物体运动速度越大,分子总动能越大,因而物体温度也越高C.一个分子运动的速率越大,该分子的温度越高D.温度是大量分子无规则热运动的平均动能的标志答案 D解析温度升高,分子的平均动能变大,而不是每个分子的动能都变大,故A错.物体宏观运动的速度对应的是机械能(动能),与分子无规则热运动的平均动能无关,与物体的温度无关,B错;温度是对大量分子而言的,是统计、平均的概念,对单个分子无意义,C错.2.下列说法中正确的是()A.只要温度相同,任何物体分子的平均动能相同B.分子动能指的是由于分子定向运动具有的能C.10个分子的动能和分子势能的总和就是这10个分子的内能D.温度高的物体中的每一个分子的运动速率一定大于温度低的物体中的每一个分子的运动速率答案 A解析温度相同,物体分子的平均动能相同,故A正确;分子动能指的是由于分子做无规则热运动而具有的能,B错误;物体内能是对大量分子而言的,对于10个分子无意义,故C错误;温度高的物体分子的平均运动速率大(相同物质),但具体的每一个分子的运动速率是不确定的,可能大于平均运动速率,也可能等于平均运动速率,也可能小于平均运动速率,故D错误.题组二分子势能3.关于分子势能和物体体积的关系,下列说法中正确的是()A.当物体体积增大时,其分子势能必定增大B.当物体体积增大时,其分子势能不一定增大C.当物体体积减小时,其分子势能必定减小D.当物体体积不变时,其分子势能一定不变答案BD解析物体的分子势能与体积不是单值对应的关系,物体体积增大(减小),分子势能不一定增大(减小),而体积不变,分子势能一定不变.4.下列情况分子势能一定减小的是()A.分子间距离减小时B.分子间表现为斥力且分子间距离增大时C.分子动能增大时D.分子间作用力做负功时答案 B解析当分子间距离减小时,引力可能做正功,也可能做负功,所以分子势能可能增大也可能减小,A错误;当分子间表现为斥力且分子间距离增大时,分子间的作用力做正功,分子势能减小,B正确;分子动能与分子势能没有关系,C错误;分子间的作用力做负功时,分子势能增大,D错误.5.下列四幅图中,能正确反映分子间作用力F和分子势能E p随分子间距离r变化关系的图线是()答案 B解析当r<r0时,分子力表现为斥力,随分子间距离r增大,分子势能E p减小.当r>r0时,分子力表现为引力,随分子间距离r增大,分子势能E p增大.当r=r0时,分子力为零,此时分子势能最小.故选项B正确.题组三内能6.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.物体的动能减小时,物体的温度可能增加答案 D解析内能是对物体内所有分子而言的,单个分子无内能可言,选项A错误;物体的分子势能由分子间距离决定,宏观上表现为由物体的体积决定,所以选项B错误;物体的宏观速度与物体的内能没有关系,物体的动能与物体的温度没有关系,故选项C错误,D正确.7.下列说法中正确的是()A.物体温度降低,其分子热运动的平均动能增大B.物体温度升高,其分子热运动的平均动能增大C.物体温度降低,其内能一定增大D.物体温度不变,其内能一定不变答案 B解析温度是物体分子热运动平均动能的标志,温度升高则其分子热运动平均动能增大,反之,则其分子热运动平均动能减小,故A错误,B正确.物体的内能是物体内所有分子热运动动能和分子势能的总和,宏观上取决于物体的温度、体积和物质的量,所以只根据温度的变化情况无法判断内能的变化情况,故C、D错误.8.以下说法正确的是()A.温度相等的两块铁(固体),其内能一定相等B.温度不等的两物体,其内能一定不等C.两物体的内能相等,其分子平均动能一定相等D.两块相同物质组成的物体(固体),质量相等,温度相同,体积相同,则内能一样大答案 D解析温度相等的两块铁,因为不知道其质量、体积是否相等,那么其内能不一定相等,所以A错;而对于温度不等的两物体,分子平均动能不一样大,但由于分子势能、质量等因素不确定,就有可能使内能一样大,因此B错;同样的道理可知C也错.物体的内能由物质的量、温度、体积决定,故选项D正确.9.三个瓶子分别盛有质量相同的氢气、氧气和氮气,它们的温度相同,则分子平均速率最大的是__________;在不计分子势能的情况下,气体内能最大的是__________.答案氢气氢气解析它们的平均动能相同,即12m Ov2O=12m Nv2N=12m Hv2H,而分子质量的大小关系为m O>m N>m H,所以有v H>v N>v O,又因三种气体的质量相同,氢气的分子总数最多,由气体内能E内=N E k可知,氢气内能最大.题组四气体分子运动的统计规律10.伽耳顿板可以演示统计规律.如图1所示,让大量小球从上方漏斗形入口落下,则下图中能正确反映最终落在槽内小球的分布情况的是()图1答案 C解析如果从入口处投入单个小球,与铁钉碰撞后会落入哪一个狭槽是偶然的、随机的,少量小球投入后,落入各狭槽的分布情况也带有偶然性.但是,从入口处同时(或先后)投入大量小球,落入各槽的分布情况则是确定的.多次重复实验可知,小球在各槽内的分布是不均匀的,以中间槽最多,两边最少,故C正确.11.关于封闭在容器内的一定质量的气体,当温度升高时,下列说法中正确的是() A.气体中的每个分子的速率必定增大B.有的分子的速率可能减小C.速率大的分子数目增加D.“中间多、两头少”的分布规律改变答案BC解析对每个分子无法判断速率的变化,A项错误,B项正确;但总体上速率大的分子数目在增加,C项正确;无论温度如何变化,“中间多、两头少”的分布规律不会变化,D项错误.12.下表反映了氧气分子的速率分布:分子数的比率,那么可以用直方图表示出一定温度下分子速率的分布,如图2所示.图2由以上表格和图象,从两个方面论述一下所反映出的物理规律.答案(1)一定温度下(0℃),气体分子速率在中间(300~400m·s-1)最多,大于400m·s-1或小于300m·s-1较少,即反映出“中间多、两头少”的统计规律.(2)温度升高,由0℃升到100℃,速率大的占的比例增多,分布曲线的峰值向速率大的一方移动,但“中间多、两头少”的分布规律不变.品味人生1、很多时候,看的太透反而不快乐,还不如幼稚的没心没肺。
第五节物体的内能学习目标重点难点1.知道温度是分子热运动平均动能的标志.2.知道分子势能随分子间距离的变化关系,理解分子势能与物体的体积有关.3.知道什么是内能,知道物体的内能跟物体的物质的量、温度和体积有关.4.能够区别内能和机械能.1.对分子动能、分子势能、物体内能概念的理解.(重点)2.掌握三个规律(温度与分子动能的关系、分子势能与分子距离之间的关系,热传递和功的关系).(重点)3.分子势能与分子力做功及随分子间距离变化的关系.(难点)一、分子的动能温度1.基本知识(1)平均动能物体内所有分子的动能的平均值.(2)平均动能与温度的关系①温度越高,分子热运动的平均动能越大,温度越低,分子热运动的平均动能越小.②温度是物体分子热运动的平均动能的标志.2.思考判断(1)某种物体的温度是0 ℃,说明物体中分子的平均动能为零.(×)(2)物体温度升高时,每个分子的动能都增大.(×)(3)物体的温度降低,物体内大量分子的平均动能一定减小.(√)3.探究交流如何理解温度是分子平均动能的标志?【提示】温度只与物体大量分子热运动的统计意义上的平均动能相对应,与单个分子的动能没有关系,如当温度升高,对某一个分子来讲,其动能可能升高,也可能降低.二、分子势能1.基本知识(1)定义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.(2)分子势能的决定因素①宏观上:分子势能与物体的体积有关.②微观上:分子势能与分子间的距离有关.(ⅰ)当r>r0时,分子力表现为引力,若r增大,需克服分子的引力做功,分子势能增大.(ⅱ)当r<r0时,分子力表现为斥力,若r减小,需克服分子的斥力做功,分子势能增大.(ⅲ)当r=r0时,分子势能最小.2.思考判断(1)物体体积增大,分子势能一定增大.(×)(2)某物体(分子间作用力为引力)分子间的距离增大,分子势能增大.(√)(3)物体体积增大,分子势能有可能增大.(√)3.探究交流分子势能与体积有关,能否说物体体积越大,分子势能就越大?【提示】不能,因为分子势能除与物体的体积有关外,还与物态有关,如0 ℃的水结成0 ℃的冰后,体积变大,但分子势能却减小了.三、物体的内能1.基本知识(1)定义物体中所有分子做热运动的动能和分子势能的总和.(2)决定因素物体的内能跟物体的温度和体积都有关系.①温度升高时,分子平均动能增加,物体的内能增加.②体积变化时,分子势能发生变化,物体的内能也会发生变化.(3)理想气体①理想气体微观模型:忽略了气体分子的相互作用力和分子势能.②理想气体的内能只跟温度有关,温度越高,理想气体的内能越大.③一定质量的气体,温度越高,压强越小,气体越稀薄,就越接近理想气体.2.思考判断(1)一定质量的0 ℃的水结成0 ℃的冰,内能一定减少.(√)(2)物体的运动速度减小时,内能一定减少.(×)3.探究交流一架飞机在空中以某一速度飞行,由于飞机中所有分子都具有飞机的速度,所以分子具有动能.又由于飞机在空中,飞机中所有分子都离地面有一定高度,以地面为零势能位置,所以分子具有势能.上述动能和势能的总和就是飞机的内能,当飞机停在地上时,飞机的内能为零.以上说法是否正确?为什么?【提示】不正确,飞机的内能不是飞机的机械能,它是飞机中所有分子做无规则热运动和由于分子之间的相互作用而具有的势能的总和,与飞机的高度和飞机速度无关.温度与分子动能【问题导思】1.温度为0 ℃时,物体内分子动能是否为零?2.温度升高时,物体内每个分子的动能都增大吗?3.在同一温度下,不同物质的分子运动的平均速率大小一样吗?1.单个分子的动能(1)物体由大量分子组成,每个分子都有分子动能且不为零.(2)分子在永不停息地做无规则热运动,每个分子动能大小不同并且时刻在变化.(3)热现象是大量分子无规则运动的统计结果,个别分子动能没有实际意义.2.分子的平均动能(1)温度是大量分子无规则热运动的宏观表现,具有统计意义.温度升高,分子平均动能增大,但不是每一个分子的动能都增大.个别分子动能可能增大也可能减小,个别分子甚至几万个分子热运动的动能大小与温度是没有关系的.但总体上所有分子的动能之和一定是增加的.(2)理想气体的分子的平均动能大小只由温度决定,与物质种类、质量、压强、体积无关,即只要温度相同,任何分子的平均动能都相同.但是温度不是直接等于分子的平均动能.由于不同物质的分子质量不尽相同,所以同一温度下,不同物质的分子运动的平均速率大小一般不相同.温度是分子平均动能的“标志”或者说“量度”,温度只与物体内大量分子热运动的统计意义上的平均动能相对应.(双选)下列说法正确的是( )A.在10 ℃时,一个氧气分子的分子动能为E k,当温度升高到20 ℃,这个分子的分子动能为E′k,则E′k<E kB.在10 ℃时,每一个氧气的分子的温度都是10 ℃C.在10 ℃时,氧气分子平均速率为v1,氢气分子平均速率为v2,则v1<v2D.在一般温度下,各种气体分子的平均速率都不为零【审题指导】 理解以下几个方面是解答本题的关键: (1)温度的微观含义.(2)大量分子的运动遵循统计规律.【解析】 单个分子的动能、速率是随时变化的,因而是没有意义的,温度是大量分子做热运动平均动能的标志,对个别分子也是没有意义的,A 、B 均错.氧气与氢气温度相同,分子平均动能相等:E -k1=E -k2,即12m 1v -21=12m 2v -22,又因为m 1>m 2,则v -1<v -2,选项C 正确.气体分子做无规则热运动的动能不为零,故平均速率不为零,D 项正确.【答案】 CD1.分子动能是指单个分子热运动的动能,但是物体内各个分子的动能不尽相同,在研究热现象时,我们研究的是大量分子的行为,所以单个分子的动能没有意义,我们关心的是大量分子的平均动能.2.同一温度下,不同物体的分子平均动能相同.由于不同物质分子质量一般不同,故不同物质温度相同时分子平均速率一般不相同.1.下列说法中正确的是( )A .只要温度相同,任何物体分子的平均动能都相同B .分子动能指的是由于分子定向移动具有的动能C .10个分子的动能和分子势能的总和就是这10个分子的内能D .温度高的物体中的每一个分子的运动速率一定大于温度低的物体中的每一个分子的运动速率 【解析】 温度相同,物体分子的平均动能相同,故A 正确;分子动能指的是由于分子做无规则运动而具有的动能,B 错;物体内能是对大量分子而言,对于10个这样少的分子无意义,故C 错;温度高的物体分子的平均速率大(相同物质),但具体的每一个分子的速率是不确定的,可能大于平均速率,也可能小于平均速率,故D 错.【答案】 A对分子势能的理解【问题导思】1.物体体积改变,分子势能一定变化吗?2.分子势能最小与分子势能为零是一回事吗?1.分子势能由于分子间存在着分子力,分子也具有由它们的相对位置所决定的势能,这种势能叫作分子势能.2.影响分子势能大小的因素分子势能的大小与分子间的距离有关,宏观上与物体的体积有关.分子势能的变化与分子间的距离发生变化时分子力做功有关.(1)当分子间的距离r>r0时,分子间的作用力表现为引力,分子间的距离增大时,分子力做负功,因此分子势能随分子间距离的增大而增大.(2)当分子间的距离r<r0时,分子间的作用力表现为斥力,分子间的距离减小时,分子力做负功,因此分子势能随分子间距离的减小而增大.(3)如果取两个分子间相距无限远时(此时分子间作用力可忽略不计)的分子势能为零,分子势能E p与分子间距离r的关系可用如图所示的曲线表示.从图线上看出,当r=r0时,分子势能最小.(4)分子势能“弹簧—小球”模型分子势能随分子间距离的变化类似于弹簧,弹簧为原长相当于分子间的距离为r0,弹簧在原长的基础上无论拉伸还是压缩,势能都会增加.1.分子势能同重力势能、弹性势能、电势能一样,都是与某种力对应又由相对位置决定的能量,且该种力做功等于对应势能的变化.2.物体体积改变,分子势能必定发生改变,大多数物质是体积越大,分子势能越大;也有少数反常物质(如冰、铸铁)体积越大,分子势能反而越小.(双选)如图所示为分子间相互作用力与分子间距离之间的关系,下列判断中正确的是( )A.当r<r0时,r越小,则分子势能E p越大B.当r>r0时,r越小,则分子势能E p越大C.当r=r0时,分子势能E p最小D.当r→∞时,分子势能E p最小【审题指导】解答本题应把握以下两点:(1)根据分子间距离判断分子力表现为引力还是斥力.(2)根据分子力做功的正负判断分子势能的变化.【解析】当r<r0时,分子力表现为斥力,r减小时分子力做负功,分子势能增大;当r>r0时,分子力表现为引力,r减小时分子力做正功,分子势能减小;当r=r0时,分子力为零,分子势能最小,故本题应选A、C.【答案】AC有关分子势能及其改变的问题比较复杂,但若把分子势能的变化与分子力做的功联系起来考虑,就不难解决.必要时,还可以把分子力做功与分子势能的变化关系同重力做功与重力势能的变化关系进行类比,来帮助分析和判断.2.如图所示,用F表示两分子间的作用力,E p表示分子间的分子势能,在两个分子之间的距离由10r0变为r0的过程中( )A.F不断增大,E p不断减小B.F先增大后减小,E p则不断减小C.F不断增大,E p先增大后减小D.F、E p都是先增大后减小【解析】分子间的作用力是矢量,分子势能是标量,由图象可知F先增大后变小,E p则不断减小,B正确.【答案】 B对物体内能的理解【问题导思】1.物体温度升高,内能一定增加吗?2.物体温度不变,内能一定不变吗?3.物体机械能为零时物体内能也为零吗?1.物体中所有分子做热运动的动能和分子势能的总和,叫作物体的内能.2.物体的内能与分子数有关,物体的分子数越多,质量越大,内能越大.物体的内能还与温度和体积有关,当温度和体积变化时,分子的平均动能和分子势能也发生改变.可以认为,物体的热力学状态改变时,内能也随着变化.3.内能与机械能的区别和联系内能是对大量分子而言的,对单个分子来说无意义.内能的大小跟物体的机械运动状态无关.内能机械能对应的运动形式微观分子热运动宏观物体机械运动能量常见的形式分子动能、分子势能物体的动能、重力势能或弹性势能能量存在的原因由物体内大量分子的无规则热运动和分子间相对位置决定由物体做机械运动、与地球相对位置或物体形变决定影响因素物质的量、物体的温度和体积物体做机械运动的速度、离地高度(或相对于零势能面的高度)或弹性形变是否为零永远不能等于零一定条件下可以等于零联系在一定条件下可以相互转化A.相同质量的两种物质,升高相同的温度,内能增量一定相同B.一定质量0 ℃的水结成0 ℃的冰,内能一定减小C.一定质量的气体体积增大,但既不吸热也不放热,内能一定减小D.相同质量的两个同种物体,运动物体的内能一定大于静止物体的内能【审题指导】影响物体内能的因素有温度、体积和物体的质量,内能和机械能的本质不同.【解析】质量相同的两种物质,升高相同的温度时,分子总数和体积变化情况不一定相同,故选项A 错.水结成冰要对外放热,因此0 ℃的水结成0 ℃的冰,水的内能一定大于冰的内能,选项B正确.当气体体积增大时,气体要对外做功,因此在既不吸热又不放热的条件下,其内能必然减小,故选项C正确.内能和机械能无关,是两个不相干的量,选项D错.【答案】BC3.(双选)把一个物体竖直下抛,下列哪种情况是在下落的过程中发生的(不考虑空气阻力)( ) A.物体的动能增加,分子的平均动能也增加B.物体的重力势能减少,分子势能却增加C.物体的机械能保持不变D.物体的内能保持不变【解析】物体下落的过程,不考虑空气阻力,只有系统内的重力做功,机械能不变;物体下落过程中,物体的温度和体积也没有发生变化,所以分子热运动的平均动能和分子势能都保持不变,因此,选项A和B 是错误的.【答案】CD图象法分析分子势能的变化p 与两分子间距离的变化关系如图中曲线所示.图中分子势能的最小值为-E0.若两分子所具有的总能量为0,则下列说法中正确的是( )A.乙分子在P点(x=x2)时,加速度最大B.乙分子在P点(x=x2)时,其动能为E0C.乙分子在Q点(x=x1)时,处于平衡状态D.乙分子的运动范围为x≥x1【审题指导】分子势能曲线与分子力曲线尽管形状上相同,但图线与横轴交点对应的坐标不同,题图中P点(x=x2)对应分子的平衡位置.【解析】由图象可知,乙分子在P点(x=x2)时的分子势能最小,且分子势能为-E0,由能量守恒可知,此时乙分子的动能为E0,故B正确.P点对应的是分子平衡位置,故乙分子受甲分子的分子力为零,加速度最小,故A错.当乙分子在Q点(x=x1)时,两分子的势能为零,此时乙分子的动能为零,所以乙分子的运动范围为x≥x1,故D正确.而乙分子此时所受的分子力不为零,不处于平衡状态,故C错.【答案】BD用E pr图象判断分子势能变化的规律分子势能与距离的关系如图所示.应用过程中抓住距离为r0时,分子势能最小的特点,解题非常简捷(如图所示).1.(双选)关于分子的动能,下列说法中正确的是( )A.物体运动速度大,物体内分子的动能一定大B.物体的温度升高,物体内每个分子的动能都增大C.物体的温度降低,物体内大量分子的平均动能一定减小D.物体内分子的平均动能与物体做机械运动的速度大小无关【解析】分子的动能与机械运动的速度无关,温度升高,分子的平均动能一定增加,但对单个分子来讲,其动能可能增加也可能减小.【答案】CD2.下列说法中正确的是( )A.物体自由下落时速度增大,所以物体内能也增大B.物体的机械能为零时内能也为零C.物体的体积减小温度不变时,物体内能一定减小D.气体体积增大时气体分子势能一定增大【解析】物体的机械能和内能是两个完全不同的概念.物体的动能由物体的宏观速率决定,而物体内分子的动能由分子热运动的速率决定.分子动能不可能为零(温度不可能达到绝对零度),而物体的动能可能为零,所以A、B不正确.物体体积减小时,分子间距离减小,但分子势能不一定减小,例如0 ℃的冰变成0 ℃的水,温度相同,分子平均动能相同,但内能变大,则分子势能将增大,所以C也不正确.由于气体分子间距离一定大于r0,体积增大时分子间距离增大,分子力做负功,分子势能增大,所以D正确.【答案】 D3.(双选)关于分子间的作用力和分子势能,下列说法正确的是( )A.分子之间的斥力和引力大小都随分子间距离的增加而减小B.分子之间的距离减小时,分子力一直做正功C.分子之间的距离增加时,分子势能一直减小D.分子之间的距离增加时,可能存在分子势能相等的两个点【解析】分子间存在相互作用的引力和斥力,引力和斥力都随分子间距离的增加而减小,故A正确;两分子之间的距离大于r0,分子力为引力,故当相互靠近时分子力做正功;当分子间距小于r0,分子力为斥力,相互靠近时,分子力做负功,故B错误;两分子之间的距离大于r0,分子力为引力,故当分子之间的距离增加时,分子力做负功,分子势能增加,故C错误;分子势能在r0处最小,故在分子距离增加前后经过r0时,可能存在分子势能相等的两个点,故D正确,故选A、D.【答案】AD4.在温度相同的条件下,下列有关氧气、氢气分子说法正确的是( )A.每一个氧分子和每一个氢分子的动能相同B.1克氧气分子动能之和与1克氢气分子动能之和相等C.1摩尔氧气分子动能总和与1摩尔氢气分子动能总和相等D.1摩尔氧气分子动能总和大于1摩尔氢气分子动能总和【解析】温度相同,表明氧气和氢气分子平均动能相等,若质量相同则氢气分子数多,氢气分子总动能大,故B错;每个氧分子和每个氢分子动能无法比较,分子平均动能是对系统而言,对单个分子无意义,故A错;温度相同,分子平均动能相同,1摩尔氧气与1摩尔氢气所含有的分子数相同,只有C项正确.【答案】 C。
学案1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[问题设计]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.打开卡子,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.[要点提炼]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:①外界对系统做功,系统内能增加,即ΔU=W.②系统对外界做功,系统内能减少,即ΔU=W.二、热传递和内能的变化[问题设计]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.[要点提炼]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ΔU=Q.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,则在将拉杆缓慢向外拉的过程中()A.E甲不变,E乙减小B.E甲不变,E乙增大图2 C.E甲增大,E乙不变D.E甲增大,E乙减小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.答案 D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.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,内能减少图3B.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,故选项C正确.二、热传递和内能的变化例2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,故C错,D对.答案BD三、内能与相关概念的辨析例3关于物体的内能和热量,下列说法中正确的是()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.热量是热传递过程中内能转移的量度解析物体的内能由温度、体积及物体的质量决定,不是只由温度决定,故选项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,故选项C错;关于热量的论述,选项D是正确的.答案 D1.(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.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,则温度逐渐降低,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)下列说法正确的是()A.若A、B两物体接触但没有热传递,则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.则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.4.(内能与相关概念的辨析)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.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.物体在阳光下被晒热C.双手互搓,手发热D.用天然气烧水答案AC解析A、C中的过程都是力对系统(铁块、手)做功,内能增加和温度升高的过程.物体在阳光下被晒热、用天然气烧水是通过热传递实现温度升高的.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),下列判断中正确的是()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.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,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,故选D.4.图1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.打开卡子,胶塞冲出容器口后()图2A.温度计示数变大,实验表明气体对外界做功,内能减少B.温度计示数变大,实验表明外界对气体做功,内能增加C .温度计示数变小,实验表明气体对外界做功,内能减少D .温度计示数变小,实验表明外界对气体做功,内能增加答案 C解析 打开卡子,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.下列现象中,哪些是通过热传递的方式改变物体内能的( )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 .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,故选B 、D.7.关于热传递,下列说法正确的是( )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.8.一铜块和一铁块,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 .从两者开始接触到达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 =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 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 (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 错误. 题组三 内能与相关概念的辨析9.关于物体的内能,下列说法中正确的是( )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.关于物体的内能,下列说法正确的是( )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 AC11.下列说法中正确的是( )A .如果取水平地面为零势能面,则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,则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,则气体的温度要升高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,则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,下列说法中正确的是( )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.品味人生1、很多时候,看的太透反而不快乐,还不如幼稚的没心没肺。