資源簡介

3.1 功、熱和內能的改變
知識梳理
知識點一 焦耳的實驗
1.絕熱過程：系統不從外界 熱量，也不向外界 熱量的過程。
2.代表實驗 (1)重物下落帶動葉片攪拌容器中的水，引起水溫上升。
(2)通過電流的熱效應給水加熱。
3.實驗結論：在各種不同的絕熱過程中，系統狀態變化相同，則外力所做的功相同，與做功的方式無關。
知識點二　功與內能的改變
1.內能：依賴于一個熱力學系統 的物理量，是熱力學系統的一種能量。
2.功和內能：在絕熱過程中，外界對系統做的功等于系統內能的變化量，即 。
(1)ΔU＝W適用條件是 。
(2)在絕熱過程中：外界對系統做功，系統的內能 ；系統對外界做功，系統的內能 。
知識點三　熱與內能的改變
1.傳熱 (1)條件：物體的 不同。
(2)過程：溫度不同的物體發生傳熱，溫度高的物體要降溫，溫度低的物體要升溫，熱量從高溫物體傳到低溫物體。
(3)傳熱的三種方式：熱傳導、熱對流、熱輻射。
2.熱和內能
(1)單純地對系統傳熱也能改變系統的熱力學狀態，即傳熱能改變物體的內能。
(2)熱量：在單純的傳熱過程中系統內能變化的量度。
①公式： 。 ②物體 ，Q為正；物體 ，Q為負。
隨堂練習
[例1] 判斷題
(1)從微觀角度說，內能是所有分子熱運動動能與分子勢能之和。( )
(2)從宏觀角度說，內能是只依賴于熱力學系統自身狀態的物理量。( )
(3)功是狀態量，內能是過程量。( )
(4)外界對物體做功多，就意味著物體的內能大。( )
(5)若A、B兩物體接觸但沒有傳熱，則兩物體所包含的熱量相等。( )
(6)做功和傳熱的共同點是都能使系統內能改變。( )
(7)一物體先后經過幾個不同的物理過程，其溫度均從t1升高到t2，則在這些過程中物體一定從外界吸收相同的熱量。( )
(8)高溫物體內能多，低溫物體內能少。( )
[例2] 如圖所示是焦耳在研究熱與功之間關系的兩個典型實驗，那么從焦耳的這兩個實驗中可得出的結論是(　　)
A.熱量可由高溫物體傳給低溫物體
B.機械能守恒
C.在各種不同的絕熱過程中，系統狀態的改變與做功的方無關，僅與做功數量有關
D.在各種不同的絕熱過程中，系統狀態的改變不僅與做功方式有關，還與做功數量有關
[例3] 如圖所示，一定質量的理想氣體密封在絕熱(即與外界不發生熱交換)容器中，容器內裝有一可以活動的絕熱活塞。今對活塞施加一豎直向下的壓力F，使活塞緩慢向下移動一段距離后，氣體的體積減小。若忽略活塞與容器壁間的摩擦力，則被密封的氣體(　　)
A.溫度升高，壓強增大，內能減少
B.溫度降低，壓強增大，內能減少
C.溫度升高，壓強增大，內能增加
D.溫度降低，壓強減小，內能增加
[例4] (多選)如圖所示，絕熱的容器內密閉一定質量的理想氣體(不考慮分子間的作用力)，用電阻絲緩慢對其加熱時，絕熱活塞無摩擦地上升，下列說法正確的是(　　)
A.單位時間內氣體分子對活塞碰撞的次數減少
B.電流做功，氣體對外做功，氣體內能可能減少
C.電流做功，氣體又對外做功，其內能可能不變
D.電流做功一定大于氣體對外做功
[例5] 下列說法正確的是(　　)
A.熱水的內能比冷水的內能多
B.溫度高的物體其熱量必定多，內能必定大
C.物體從外界吸收熱量，其內能不一定增加
D.物體對外界做功，其內能一定減少
課后鞏固
1.(多選)下列關于系統的內能的說法正確的是(　　)
A.系統的內能是由系統的狀態決定的
B.分子動理論中引入的系統內能和熱力學中引入的系統內能是一致的
C.做功可以改變系統的內能，但單純地對系統傳熱不能改變系統的內能
D.氣體在大氣中做絕熱膨脹時做了功，但氣體的內能不變
2.如圖所示，絕熱容器中間用隔板隔開，左側裝有氣體，右側為真空。現將隔板抽掉，使左側氣體自由膨脹直至達到平衡，則在此過程中(　　)
A.氣體對外界做功，溫度降低，內能減少
B.氣體對外界做功，溫度不變，內能減少
C.氣體不做功，溫度不變，內能不變
D.氣體不做功，溫度不變，內能減少
3.有一個小氣泡從水池底緩慢地上升，氣泡跟水不發生傳熱，而氣泡內氣體體積不斷增大，小氣泡上升的過程中(　　)
A.由于氣泡克服重力做功，則它的內能減少
B.由于重力和浮力的合力對氣泡做功，則它的內能增加
C.由于氣泡內氣體膨脹做功，則它的內能增加
D.由于氣泡內氣體膨脹做功，則它的內能減少
4.金屬制成的汽缸中放入浸了少許乙醚的脫脂棉，有可能使其達到燃點而燃燒的過程是(　　)
A.迅速向里推活塞 B.迅速向外拉活塞
C.緩慢向里推活塞 D.緩慢向外拉活塞
5.某駕駛員發現中午時車胎內的氣壓高于清晨時的，且車胎體積增大。若這段時間胎內氣體質量不變且可視為理想氣體，那么(　　)
A.外界對胎內氣體做功，氣體內能減小 B.外界對胎內氣體做功，氣體內能增大
C.胎內氣體對外界做功，內能減小 D.胎內氣體對外界做功，內能增大
6.(多選)下列關于傳熱的說法中正確的是(　　)
A.熱量是從含熱量較多的物體傳到含熱量較少的物體
B.熱量是從溫度較高的物體傳到溫度較低的物體
C.熱量是從內能較多的物體傳到內能較少的物體
D.熱量是傳熱過程中，物體間內能的轉移量
7.關于物體的內能以及變化，以下說法正確的是(　　)
A.物體的溫度改變時，其內能必定改變
B.物體對外做功，其內能不一定改變，向物體傳遞熱量，其內能不一定改變
C.物體對外做功，其內能必定改變，物體向外傳出一定熱量，其內能必定改變
D.若物體與外界不發生熱交換，則物體的內能必定不改變
8.(多選)指出下面例子中哪些是通過做功過程來改變物體內能的(　　)
A.陽光照射衣服，衣服的溫度升高 B.用打氣筒打氣，筒壁變熱
C.手感到冷時，搓搓手就會覺得暖和些 D.擦火柴時，火柴頭上的紅磷溫度升高到紅磷的燃點
9.絕熱過程中，外界壓縮氣體做功20 J，下列說法中正確的是(　　)
A.氣體內能一定增加20 J B.氣體內能增加必定小于20 J
C.氣體內能增加可能小于20 J D.氣體內能可能不變
10.如圖所示，密閉絕熱容器內有一絕熱的具有一定質量的活塞，活塞的上部封閉著氣體，下部為真空，活塞與器壁的摩擦忽略不計，置于真空中的輕彈簧的一端固定于容器的底部，另一端固定在活塞上，彈簧被壓縮后用繩扎緊，此時彈簧的彈性勢能為Ep(彈簧處在自然長度時的彈性勢能為零)。現繩突然斷開，彈簧推動活塞向上運動，經過多次往復運動后活塞靜止，氣體達到平衡態，經過此過程(　　)
A.Ep全部轉換為氣體的內能
B.Ep一部分轉換成活塞的重力勢能，其余部分仍為彈簧的彈性勢能
C.Ep全部轉換成活塞的重力勢能和氣體的內能
D.Ep一部分轉換成活塞的重力勢能，一部分轉換為氣體的內能，其余部分仍為彈簧的彈性勢能
★11.如圖所示的容器中，A、B中各有一個可自由移動的活塞，活塞下面是水，上面是大氣，大氣壓恒定，A、B的底部由帶閥門K的管道相連，整個裝置與外界絕熱。打開閥門前，A中水面比B中水面高，打開閥門后，A中的水逐漸向B中流，最后達到同一高度，在這個過程中(　　)
A.大氣壓力對水做功，水的內能增加
B.水克服大氣壓力做功，水的內能減少
C.大氣壓力對水不做功，水的內能不變 D.大氣壓力對水不做功，水的內能增加
12.鉛彈以 200 m/s的速度射入木塊后停在木塊中，木塊沒有移動。若增加的內能的80%使
鉛彈的溫度升高，鉛彈的溫度升高了多少？鉛的比熱容c為1.3×102 J/（kg·℃）。
第1節 功、熱和內能的改變答案
知識梳理
知識點一：1.吸收、放出
知識點二：1.自身狀態 2. ΔU＝W，絕熱過程，增加，減少
知識點三：1.溫度 2.①公式：ΔU＝Q ②物體吸熱；物體放熱。
隨堂練習
[例1] 判斷題(1) (√) (2) (√) (3) (×) (4) (×) (5) (×) (6) (√) (7) (×) (8) (×)
[例2] 答案　C 解析：焦耳通過多次實驗，最后得到的結論是，在各種不同的絕熱過程中，系統狀態的改變與做功方式無關，僅與做功數量有關，故選項C正確。
[例3] 答案　C
[例4]答案AD 解析：由題意知，氣體壓強不變，活塞上升，體積增大，由理想氣體狀態方程知，氣體溫度升高，內能一定增加，電流做功一定大于氣體對外做功，B、C錯誤，D正確；由氣體壓強的微觀解釋知溫度升高，氣體分子對活塞的沖力增大，而壓強不變，單位時間內對活塞的沖力不變，因此單位時間內氣體分子對活塞的碰撞次數減少，A正確。
[例5] 答案C 解析：物體的內能由溫度、體積及物質的量決定，不是只由溫度決定，故A、B錯誤；物體從外界吸收熱量，有可能同時對外做功，其內能不一定增加，同時，物體對外做功，有可能同時從外界吸收熱量，其內能不一定減少，故C正確，D錯誤。
課后鞏固
1．答案AB 解析：系統的內能是一個只依賴于系統自身狀態的物理量，由系統的狀態決定，A正確；因為內能是由系統的狀態決定的，所以分子動理論中引入的內能和熱力學中引入的內能是一致的，B正確；做功和傳熱都可以改變系統的內能，C錯誤；氣體做絕熱膨脹時對外界做了功，且與外界沒有熱交換，所以系統的內能要減少，故D錯誤。
2.答案C
3..答案D 解析：在小氣泡上升過程中，重力和浮力的合力對氣泡做功，或者氣泡克服重力做功，它只能改變氣泡的機械能，而不影響氣泡內氣體的內能，故A、B錯誤；在上升的過程中，氣泡內氣體膨脹而對外界做功，使它的內能減少，故C錯誤，D正確。
4.答案A 解析：浸了乙醚的脫脂棉較容易燃燒，但在常溫或稍高于常溫的情況下也不會自燃，因此，想使其達到燃點而燃燒必須使其溫度升高足夠高，即使其內能有足夠的增加。若向外拉活塞，無論是緩慢拉還是迅速拉，都會因為氣體膨脹對外做功而導致汽缸內氣體內能減少(溫度降低)；當緩慢向里推活塞時，盡管外界對缸內氣體做功而使氣體溫度升高，但由于氣體同時要向外散熱，此過程氣體溫度升高不多，也不能達到乙醚燃點；而當迅速向里推活塞時，外界對氣體做功的功率很大，由于氣體來不及向外散熱，因此，氣溫急劇上升，這樣就可以使缸內氣體溫度達到乙醚燃點而使之燃燒，故A正確。
5.答案D 解析：對車胎內的理想氣體分析知，體積增大時氣體對外做功。由于氣體分子間勢能可忽略，內能只與分子的平均動能有關，分子總數不變，分子平均動能的標志是溫度，中午溫度升高，內能增加，故選D。
6.答案BD 解析：熱量不是狀態量，不能說含有或者具有多少熱量，故A錯誤；在傳熱的過程中熱量總是由溫度高的物體傳遞給溫度低的物體，故B正確，C錯誤；熱量是傳熱過程中物體內能變化的量度，故D正確。
7. 答案B 解析：一定質量的物體，其內能由溫度和體積共同決定。物體的溫度改變時，其內能不一定改變，所以A錯誤；做功和傳熱是改變物體內能的兩種方式。若物體對外做功W焦，同時吸收Q焦的熱量，①W>Q，則物體的內能減少；②W＝Q，則物體的內能不變；③W8.答案BCD
9. 答案A
10.答案D 解析：以活塞為研究對象，設氣體壓強為p1，活塞質量為m，截面積為S，末態時壓強為p2，初態F彈>mg＋p1S，由題意可得末態位置必須高于初位置，否則不能平衡，則由ΔU＝W(絕熱)知，W為正，ΔU必為正，溫度升高，內能增加，活塞重力勢能增加。末態時，由力的平衡條件知F彈′＝mg＋p2S，仍然具有一部分彈性勢能，D正確。
11.答案D 解析：打開閥門K穩定后，容器A、B中的水面相平，相當于圖中畫斜線部分的水從A移到B，這部分水的重力勢能減少了，即重力對水做了功，同時大氣壓力對A容器中的水做正功為p0SAhA，對B容器中的水做負功為p0SBhB，因為兩部分水的體積相等，所以大氣壓力對水做的總功為零。由于容器絕熱，系統與外界之間沒有熱交換，而重力對系統做正功，故水的內能增加，選項D正確。
12.解析：由：
解得

展開更多......

收起↑