2021年上海市高二第一学期物理培优讲义第1讲-物体的内能与能量守恒（教案）

学员姓名：                                        学科教师：

年    级：高二                                    辅导科目：物理

授课日期

时    间

A / B / C / D / E / F 段

主    题

物体的内能与能量守恒同步

学习目标

1.知道内能的组成；

2.了解分子动能的相关知识；

3.了解分子势能的规律；

4.掌握能量守恒；掌握能量转化的方向性

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思考：我们的能量来自哪里？

教学建议：这部分内容比较简单，内容比较琐碎，也是初三学过的内容，可以通过问答的方式来回顾和学习。点电荷和试探电荷为两个新的模型，可做重点讲解。

【知识梳理】

一、物体的内能

（1）分子动能：分子无规则运动而具有的动能叫做分子动能．

物体内大量分子无规则运动的剧烈程度与温度有关，所以我们又把这种运动叫做热运动。

（2）平均动能：物体里所有分子动能的平均值叫做分子热运动的平均动能 ．由温度决定，温度越高，分子平均动能越大

（3）温度

①宏观含义：温度是表示物体的冷热程度．

②微观含义（即从分子动理论的观点来看）：温度是物体分子热运动的平均动能的标志，温度越高，物体分子热运动的平均动能越大．

(4)分子势能：由于分子间存在相互作用力，并由它们的相对位置决定的能叫做分子势能．宏观上有体积和状态决定

(5)分子力做功跟分子势能变化的关系（类同于重力做功与重力势能变化的关系）

  分子力做正功时，分子势能减少，分子力做负功时，分子势能增加．

(6)物体的内能：物体中所有分子做热运动的动能和分子势能的总和叫做物体的内能．

(7)任何物体都具有内能：因为一切物体都是由不停地做无规则热运动并且相互作用着的分子所组成．

1．物体的内能：物体中所有分子做热运动的分子动能和分子势能的总和叫做物体的内能．也叫做物体的热力学能．

2．任何物体都具有内能．因为一切物体都是由不停地做无规则热运动并且相互作用着的分子所组成．

3．决定物体内能的因素：

（1）从宏观上看：物体内能的大小由物体的摩尔数、温度和体积三个因素决定．

（2）从微观上看：物体内能的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的距离三个因素决定．

能的转化

（1）内能变化的两个途径

①做功 ：是能量的转化。

②热传递 ：是能量的转移。

热传递方式：传导、对流、热辐射。

做功和热传递在改变物体内能上效果是相同的

焦耳测定热功当量的实验：证实了做功和热传递在改变物体内能上可以收到相同的效果，并找到了热与功的关系。

【例题精讲】

例1、（黄浦二模）金属制成的气缸中装有柴油与空气的混合物，有可能使气缸中柴油达到燃点的过程是（  ）

    A．迅速向里推活塞             B．迅速向外拉活塞

    C．缓慢向里推活塞             D．缓慢向外技活塞

【解析】物体内能的改变有两种方式，做功和热传递，而且两者是等效的．迅速向里推活塞，外界对气体做功，而且没来得及进行充分热交换，内能增加温度升高，如果达到燃点即点燃，故A正确．迅速向外拉活塞气体对外做功，内能减小，温度降低，故B错．缓慢向里推活塞，外界对气体做功，但由于缓慢推，可充分进行热交换无法确定温度情况，故C错．同理D错．

【答案】A

例2、（静安二模）如图所示的实验装置中，把浸有乙醚的一小块棉花放在厚玻璃筒内底部，当很快向下压活塞时，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，此实验的目的是要说明对物体(  )

A、做功可以增加物体的热量

B、做功可以改变物体的内能

C、做功一定会升高物体的温度

D、做功一定可以使物态发生变化

【解析】把浸过乙醚的棉花放入玻璃筒内，把活塞迅速压下去，棉花会燃烧，这是因为压缩筒内空气做功，空气的内能增加，温度升高。

【答案】B

例3、（徐汇二模）关于物体内能，下列说法中正确的是（    ）

    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大

    C．阳光照晒衣服，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，简内气体变热，是利用热传递来改变物体的内能

【解析】对于本题，要明白做功的方式与条件就可以了。

【答案】A C

例4、（浦东一模）关于内能和机械能下列说法正确的是（      ）

A、机械能大的物体内能一定很大             B、物体的机械能损失时内能可能增加

C、物体的内能损失时机械能必然减少         D、物体的机械能为零而内能不可为零

【解析】机械能和内能是两种不同形式的能。物体的机械能可为零，但物体的内能不可是零。物体的机械能损失时内能可能增加。物体的内能损失时机械能可能增加也可能减少。但两者之间没有直接的联系。

【答案】B D

【巩固测试】

1、（杨浦一模）关于分子势能以下说法正确的是（    ）

A．分子势能只由分子引力决定             B．分子势能跟物体的体积有关

C．物体体积增大时，分子势能一定增加     D．物体体积减小时，分子势能一定减小

【解析】本题要求学生熟悉内能产生以及内能与分子间距离、物体体积的关系。

【答案】B

2、（普陀一模）用r表示两分子间的距离，表示分子势能，当时引力等于斥力，设两分子相距大于十倍的时，EP=0，则（     ）

    A．当r>时，随r的增大而增加        B．当r<时，随r的减小而增加

    C．当r<时，不随r变化              D．当r>时，=0

【解析】本题要求学生熟悉势能变化图像能，准确把握两者的关系。

【答案】AB

3、有甲、乙两种气体，如果甲气体内分子平均速率比乙气体内平均速率大，则（     ）

A．甲气体温度，一定高于乙气体的温度

B．甲气体温度，一定低于乙气体的温度

C．甲气体的温度可能高于也可能低于乙气体的温度

D．甲气体的每个分子运动都比乙气体每个分子运动的快

【解析】本题要求学生准确理解平均动能的含义。

【答案】C

4、质量相同、温度相同的氢气和氧气，它们的（　）

A．分子数相同；　　　      B．内能相同　；　 

C．分子平均速度相同 ；     D．分子的平均动能相同。

【解析】本题要求学生准确理解平均动能的含义。

【答案】D

二、热力学第一定律：

1、改变物体内能的方式有两种：做功和热传递。在一般情况下，物体跟外界可以单独发生热传递或做功，也可以同时发生做功和热传递的过程。

2、热力学第一定律内容：物体内能的增量△U等于外界对物体做的功W和物体吸收的热量Q的总和.

3、表达式：ΔU = W + Q

4、符号法则：物体内能增加时，ΔU为正，物体内能减少时，ΔU为负；外界对物体做功时，W为正，物体对外界做功时，W为负；物体吸收热量时，Q为正，物体放出热量时，Q为负．

5、几种特殊情况：

（1）．物体与外界没有热交换时（绝热过程）Q=0

外界对物体做多少功，它的内能就增加多少，反之物体对外界做功多少，它的内能就减少多少，

  W = U 

（2）．物体与外界间没有做功时，物体从外界吸收多少热量，它的内能就增加多少；物体向外界放出多少热量，它的内能就减少多少，

  Q = U

（3）．若过程中始、末物体内能不变， U =0，　则W+Q=0或W=-Q

外界对物体做的功等于物体放出的热量　　

6、热力学第一定律是反映机械能与内能的转化和守恒的具体表现形式;

三、能量守恒定律：

（1）能量守恒定律 ：能量既不能创生，也不能消失，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。在转化或转移的过程中，其总量保持不变。这就是能的转化和守恒定律

（2）自然过程的不可逆性、单向性：大量事实表明，自然界中的一切实际变化过程都具有方向性，朝某个方向的变化是可以自发的发生的，相反方向的变化却是受到限制的。这时如果要使变化了的事物重新恢复到原来的状态，一定会对外界产生无法消除的影响，这就是自然过程的不可逆性。

（3）能量的耗散与退化：1852年，英国物理学家汤姆生的研究发现，在自然界发生的种种变化中，能量的总值虽然保持不变，但是能量可被利用的价值却越来越小，或者说能量的品质在逐步降级，这就是能量的耗散与退化。

（4）能的转化和守恒是自然界的普遍规律，违背该定律的永动机是永远无法实现的。它是没有条件的。

（5）理解：

1.某种形式的能减小，一定存在其他形式的能增加，且减小量和增加量一定相等。

2.某个物体的能减小，一定存在其他物体的能量增加，且减小量和增加量一定相等。

（6）第一类永动机：

（1）、永动机----不需要任何能量而能永远运动的装置。

（2）、第一类永动机：人们把设想中的不消耗能量的机器叫做第一类永动机．

（3）、第一类永动机的设想由于违背了能量守恒定律，所以不可能制成．

【例题精讲】

例1、（浦东一模）A、B两装置，均由一支一端封闭，一端开口且带有玻璃泡的管状容器和水银槽组成，除玻璃泡在管上的位置不同外，其他条件都相同。将两管抽成真空后，开口向下竖直插入水银槽中（插入过程没有空气进入管内），水银柱上升至图示位置停止。假设这一过程水银与外界没有热交换，则下列说法正确的是（     ）

A．A中水银的内能增量大于B中水银的内能增量

B．B中水银的内能增量大于A中水银的内能增量

C．A和B中水银体积保持不变，故内能增量相同

D．A和B中水银温度始终相同，故内能增量相同

【解析】两种情况下气体对水银做功相同，但A中水银克服重力做的功多，所以增加的内能少，B中水银克服重力做功少，所以增加的内能多．故选B。

【答案】B

例2、（嘉定一模）如图所示反映的是，一定质量的理想气体从状态a变化到状态b再变化到状态c最后又变化到状态a的p－1/V图，由图线可知（    ）

A．在状态a到状态b的变化过程中，气体的内能增加

B．在状态b到状态c的变化过程中，气体的内能减小

C．在状态c到状态a的变化过程，气体的内能不变

D．从a状态到b状态、从b状态到c状态，这两个变化过程中内能变化量的大小是相等的

【答案】A

【解析】p－1/V图的斜率反映的是温度，斜率越大，温度越高。a→d过程气体的温度降低，b→d过程气体的温度不变，c→d过程气体的温度增加，b→d过程，气体体积变小，外界对气体做功。

【巩固测试】

1、（静安一模）在温度恒定的水池中，有一气泡缓慢地向上浮起，如将泡内气体看作理想气体，则在气泡上浮的过程中                                          （     ）                                                    

A．外界对气泡内气体做功，放出热量，内能不变

B．外界对气泡内气体做功，不吸热也不放热，内能增加

C．气泡内气体对外界做功，吸收热量，内能不变

D．气泡内气体对外界做功，不吸热也不放热，内能减少

【答案】C

【解析】知道理想气体的特点

2、（徐汇一模）若某种实际气体分子之间的作用力表现为引力。则一定质量的该气体内能的大小与气体体积和温度的关系是(   )

A．如果保持其体积不变，温度升高，内能不变

B．如果保持其体积不变，温度升高，内能减少

C．如果保持其温度不变，体积增大，内能增大

D．如果保持其温度不变，体积增大，内能减小

【解析】本题要求学生灵活处理内能变化的判断途径

【答案】C

对本次课所学内容进行检测

1、下列关于物体内能的说法中正确的是（    ）。

（A）0℃的水比0℃的冰内能大      （B）100 g 0℃的水比100 g 0℃的冰内能大

（C）水分子内能比冰分子内能大     （D）物体运动速度越大，内能就越大

2．用r表示两个分子的距离，Ep表示两分子间相互作用的势能，当r＝r0时两分子间的斥力等于引力，则下列说法中正确的是（    ）。

（A）当r＞r0时，Ep随r的增大而增大    （B）当r＜r0时，Ep随r的增大而增减小

（C）当r＞r0时，Ep随r的减小而增大    （D）当r＜r0时，Ep随r的增大而减小

3．在标准大气压下,1g100℃的水吸收2264J的热量变为1g100℃的水蒸气.在这个过程中,下列四个关系式中正确的是(              ).

(A)2264J=汽的内能＋水的内能      (B)2264J=汽的内能-水的内能

(C)2264J＞汽的内能-水的内能      (D)2264J＜汽的内能-水的内能

4．在地球表面上横截面积为3×10－2m2的圆筒内装有0.6kg的水，太阳光垂直照射了2 min，水温升高了1oC,设大气顶层的太阳能只有45％到达地面，试估算出太阳的全部辐射功率（设太阳与地球表面之间的平均距离为1.5×1011m）

5．如图17所示的绝热容器，把隔板抽掉，让左侧理想气体自由膨胀到右侧直至平衡，则下列说法正确的是（   ）

A．气体对外做功，内能减少，温度降低；

B．气体对外做功，内能不变，温度不变；

C．气体不做功，内能不变，温度不变，压强减小；

D．气体不做功，内能减少，压强减小。

6．如图所示的实验装置中,把浸有乙醚的一小块棉花放在厚玻璃筒内底部,当很快向下压活塞时,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,此实验的目的是要说明对物体(              ).

(A)做功可以增加物体的热量

(B)做功可以改变物体的内能

(C)做功一定会升高物体的温度

(D)做功一定可以使物态发生变化

7．下列关于温度的微观解释，正确的有  （    ）

①物体温度低，物体内不可能有动能大的分子

②物体温度高，物体内每个分子的动能一定都大

③不论温度高低，物体内都可能有动能大或动能小的分子

④物体温度高，物体内动能大的分子就多，分子平均动能大

A．①② B．②③ C．①③      D．③④

8.一定质量的气体可经不同的过程从状态1（p1、V1、T1）变到状态2（p2、V2、T2），已知T1>T2，则在这些过程中（    ）

    A. 气体一定从外界吸收热量

    B. 气体和外界交换的热量都是相等的

    C. 外界对气体所做的功都是相等的

         D. 气体内能的变化量都是相等的

9． 100oC的水完全变成100oC的水蒸气的过程中（   ）

A、     水分子的平均动能增加　　　　　　　　B、水分子的势能增加

C、水所增加的内能小于所吸收的热量　　　D、水所增加的内能等于所吸收的热量

【答案】：1、B   2、AB  3、C  4、4×1026W  5、C  6、B  7、D  8、D  9、BC

我的总结重在让学生进行总结与回顾，老师适当引导。

主要是对本次课所学知识点进行巩固练习

1．关于分子的动能，下列说法中正确的是（    ）

    A．物体运动速度越大，物体内分子的动能一定越大

    B．物体的温度升高，物体内每个分子的动能都增大

    C．物体的漫度降低，物体内大量分子的平均动能一定减小

    D．物体的内分子的平均动能与物体做机械运动的速度大小无关

2．关于分子势能，下列说法中正确的是（   ）

    A．物体的高度越高，物体内分子势能就越大      

   B．物体的体积越大，物体内分子势能越大

    C．物体的体积减小了，物体内分子势能也减小   

   D．物体的体积减小，分子势能可能先减小后增大

3．设分子甲和分子乙相距较远时，它们之间的分子力可忽略不计，现让分子乙固定不动，将分子甲由较远处逐渐靠近直到不再靠近为止，在这一过程中（    ）

    A．乙分子力总是对甲做正功       B．甲分子总是克服分子力做功

    C．先是分子力对分子甲做正功，然后是分子甲克服分子力做功

    D．分子力先对甲做正功，再做负功，最后又做正功

4．下列现象中，哪些是通过热传递的方法改变物体内能的（    ）

    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．冬天搓搓手，会感觉到手变得暖和起来          

   D．太阳能热水器阳光照射下，水的温度逐渐升高

5．下列有关物体内能改变的判断中，正确的是（   ）

    A．外界对物体做功，物体的内能一定增加      B．外界和物体传递热量，物体的内能一定增加

    C．物体对外界做功，物体的内能可能增加      D．物体向外放热，物体的内能可能增加

6．在下更说法中，正确的是（   ）

    A．温度高的物体的分子平均动能一定比温度低的物体的分子平均动能大

    B．温度高的物体中每一个分子的动能，一定大于温度低的物体中的每一个分子的动能   

    C．温度高的物体中的分子运动的平均速率，一定比温度低的物体中的分子运动的平均速率大

    D．温度高的物体中的每一个分了运动的速率，一定比温度低的物体中的每一个分子运动的速率大

7．把浸有醚的一小块棉花放在厚玻璃筒的底部，当快速向下压活塞时，由于被压缩的空气骤然变热，温度升高，达到醚的燃点，使浸有醚的棉花燃烧起来，此实验的目的是要说明（    ）

    A．做功可以升高物体的温度           B．做功可以改变物体的内能

    C．做功一定可以增加物体的内能       D．做工可以增加物体的热量

8．对于热量、功、内能三个物理量，下列说法中正确的是（   ）

    A．热量、功、内能三个物理量的物理意义相同

    B．热量、功两个物理量都可以作为物体内能的量度

    C．热量、功、内能三个物理量的单位都相同

    D．热量、功是由过程决定的，而内能是由物体的状态决定

9．关于物体的机械能和内能，下列说法中哪些是可能发生的？（    ）

    A．机械能增大的同时，内能也在增大     B．机械能减小的同时，内能也在减小 

    C．机械能增大的同时，内能却在减不     D．机械能减小的同时，内能却在增大

10.将盛有水的密闭的隔热容器摇晃一段时间后放在某处，等到容器中的水静止下来时，下列情况中符合事实的有（   ）

    A． 水分子的平均动能变为零      B． 水的温度升高

    C．水的机械能减少，内能增大     D．水分子不再冲击容器壁

11.下列关于温度、热和内能的说法中正确的是（   ）

    A．物体吸收热量，温度不一定升高，而内能一定增加

    B．物体内能增加，不一定是吸收热量，温度也不一定升高

    C．热量总是从内能多的物体传递给内能少的物体

    D．物体与外界不发生热交换，则物体的内能一定不会改变

12.有一水池里盛有温度均匀的水，在池的底部水中有一小气泡缓慢浮至水面，气泡上升过程中逐渐变大，若不计气泡中空气中分子势能的变化则（    ）

    A．气泡中的空气对外做功，吸收热量      B．外界对气泡中的空气做功，放出热量

C.气泡中的空气内能增加，吸收热量        D．气泡中的空气内能不变，放出热量

13.气体内能是所有气体分子热运动动能和势能的总和，其大小与气体的状态有关，分子热运动的平均动能与分子间势能分别取决于气体的（              ）

     A．温度和体积      B．体积和压强  

     C.温度和压强      D．压强和温度

14．关于能量转化与守恒的理解，下列说法中正确的是     （       ）

 A．凡是能量守恒的过程就一定会发生

     B．摩擦生热的过程是不可逆过程

 C．空调机既能致热又能制冷，说明热传递不存在方向性

 D．由于能量的转化过程符合能量守恒定律，所以不会发生能源危机

15．以下关于热运动的说法中正确的是      （      ）

  A．做功只能改变物体的机械能而热传递只能改变物体的内能

  B．自然界中可以存在上万度的高温，但低温的极限是0开（K）

  C．凡是能量守恒的过程一定能够自发地发生的

  D．布朗运动是分子永不停息的无规则热运动

16．如图所示，一定质量的理想气体从状态a沿图中的直线变化到状态b，在这个过程中它的分子平均动能的变化情况是（    ）

 A．始终增大          B．始终减小

 C．先减小后增大      D．先增大后减小

【答案】：1.C   2.D   3.C   4.BD   5.CD   6.A    7.B   8.CD   9.ABCD   10.B  11.B  12.A 13A 14B   15 B    16D

主要对下次课的内容进行预习

电荷间的相互作用

电荷基础知识