人教版 (新课标)选修31 功和内能复习课件ppt

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一、焦耳两个实验比较及功和能的关系
1.焦耳的两个实验的比较
2.功和内能的关系(1)内能与内能变化的关系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，因此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.
(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.
(3)功和内能的区别①功是过程量，内能是状态量.②在绝热过程中，做功一定能引起内能的变化.③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，对应着做功越多.
在绝热过程中，外界对系统做功，系统的内能增加，外界对系统做多少功，系统的内能就增加多少；系统对外界做功，系统的内能减少，系统对外界做多少功，系统的内能就减少多少.
【典例1】(2010·福建高考)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，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
【解题指导】明确研究对象是密闭的气体,由功和内能的关系得出温度的变化，再利用理想气体状态方程求解.【标准解答】选C.由F对密闭的气体做正功，容器及活塞绝热，则Q=0,由功和内能的关系知理想气体内能增大,T升高,再根据pV/T=C,V减小,p增大,故选C.
【规律方法】 分析绝热过程的方法(1)在绝热的情况下，若外界对系统做正功，系统内能增加，ΔU为正值；若系统对外界做正功，系统内能减少，ΔU为负值.此过程做功的多少为内能转化多少的量度.(2)在绝热过程中，内能和其他形式的能一样也是状态量，气体的初、末状态确定了，即在初、末状态的内能也相应地确定了，内能的变化ΔU也确定了，而功是能量转化的量度，所以ΔU=W，即W为恒量，这也是判断绝热过程的一种方法.
【变式训练】(2011·汕头高二检测)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
【解析】选D.接触面是绝热面，拉动拉杆，对乙部分气体来讲，气体推动活塞对活塞做功，内能减小，温度降低；对甲部分气体来讲，活塞压缩气体做功，内能增大.
【变式备选】采用绝热(即不与外界交换热量)的方式使一定量的气体由初状态A变化至末状态B.对于不同的绝热方式下面说法正确的是( )A.对气体所做的功不同B.对气体所做的功相同C.对气体不需做功，因为没有能量的传递D.以上三种说法都不对
【解析】选B.一个系统的内能只与状态有关，内能的变化只与始末状态有关，与过程无关，对绝热过程由ΔU=W可知，ΔU相同则W相同，B对，A、C、D错.
二、温度、内能和热量的区别与联系
1.温度与内能从宏观看，温度表示的是物体的冷热程度；从微观看，温度反映了分子热运动的激烈程度，是分子平均动能的标志.物体的温度升高，其内能一定增加.但向物体传递热量，物体的内能却不一定增加(可能同时对外做功).
2.热量和内能热量是热传递过程中的特征物理量，和功一样，热量只是反映物体在状态变化过程中所迁移的能量，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.就某一状态而言，只有“内能”，根本不存在什么“热量”和“功”，因此，不能说一个系统中含有“多少热量”或“多少功”.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，可以通过热传递或做功两种过程来完成.
热传递改变物体内能的过程是物体间内能转移的过程.在仅有热传递使物体的内能发生变化时，内能改变的多少可用热量来量度.物体吸收了多少热量，物体的内能就增加多少；物体放出了多少热量，物体的内能就减少多少.
【典例2】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相同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
【解题指导】求解此题应把握以下三点：
【标准解答】选D.物体的内能是指物体所有分子的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项错.热量是表示在热传递过程中物体内能变化多少的物理量，而功也是用做功的方式来量度改变物体内能多少的物理量，B项错.三者单位都是焦耳，C项错，热量和功是过程量，内能是状态量，D项正确.
【规律方法】 区别热量、功和内能的技巧(1)就某一状态而言，只有“内能”，根本谈不上“热量”和“功”.(2)就某一过程而言，“内能”有变化，与“热量”、“功”对应.(3)一个物体的内能无法计算，但物体的内能变化是可以计算的.
【变式训练】关于温度、热量、功、内能，以下说法正确的是( )A.同一物体温度高时，含有的热量多B.物体的内能越大，含有的热量就越多，温度也越高C.外界对系统做功W，内能必定增加WD.热量总是从温度高的物体传给温度低的物体
【解析】选D.同一物体温度高时，内能大，只有热传递过程转移的内能才能称为热量，A错，B错；在热传递过程中，热量从温度高的物体传给温度低的物体，D对；只有在绝热过程中ΔU=W，C错.
【典例】(2011·海口高二检测)如图所示，厚壁容器的一端通过胶塞插进一个灵敏温度计和一根气针，另一端有个用卡子卡住的可移动的胶塞.用打气筒慢慢向筒内打气，使容器内的压强增加到一定程度，这时读出温度计示数.打开卡子，胶塞冲出容器后( )
A.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
【解题指导】本题中打开卡子，气体迅速膨胀，这样的过程可以当作绝热过程，再根据功是能量转化的量度来解题.【标准解答】选C.气体膨胀对外界做功，内能减少，温度降低.
一、选择题1.指出下面例子中通过热传递改变物体内能的是( )A.感到手冷时，搓搓手就会觉得暖和些B.擦火柴时，火柴头上的红磷温度升高到红磷的燃点，火柴燃烧起来C.物体在阳光照射下温度升高D.反复弯折一根铁丝，弯折的部分温度升高【解析】选C.A、B、D均是通过做功改变物体的内能，C项是通过热传递的方式之一热辐射来改变物体内能，故C项正确.
2.金属制成的汽缸中装有柴油与空气的混合物，有可能使汽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.缓慢向外拉活塞【解析】选A.要使汽缸中柴油达到燃点，即要让封闭气体温度升高，内能增加，故要对气体做功，向里推活塞，若动作缓慢，由于有热传递达不到理想温度，故要迅速，选项A正确.
3.(2011·太原高二检测)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
【解析】选B.热传递的实质是物体间内能的转移，故A错.热传递发生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热传递，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，还可以用做功的方式，故D错.
4.下列关于热量、功和内能三者的说法中正确的是( )A.三者单位相同，物理意义相同B.热量和功是内能的量度C.热量和功由过程决定，而内能由物体状态决定D.系统内能增加了100 J，可能是外界采用绝热方式对系统做功100 J，也可能是外界单纯地对系统传热100 J
【解析】选C、D.热量、功和内能三者尽管单位相同，但物理意义有本质区别，A错.热量和功由过程决定，内能由物体状态决定，热量和功是内能变化的量度，C对，B错.对一个绝热过程ΔU=W=100 J，对一个单纯热传递过程ΔU=Q=100 J，D对.
【方法技巧】功、热传递、内能关系问题的分析方法解答此类问题要注意：(1)要深入理解改变物体内能的两种方式——做功和热传递.(2)物体的内能即所有分子热运动动能和分子势能的总和.(3)热传递是内能从高温物体向低温物体(或一个物体高温部分向低温部分)的转移.(4)做功的过程是能量转化的过程，分析做功过程时，一定要将各种能量分析全，弄清楚能量转化的实际情况.
5.(2011·武汉高二检测)关于物体的内能和热量，下列说法正确的是( )A.内能大的物体其热量必定多B.热传递是热量从热量多的物体转移到热量少的物体的过程C.热量是热传递过程中内能转移多少的量度D.热传递过程中，内能大的物体其内能减少，内能小的物体其内能增加，直到两物体的内能相等
【解析】选C.热量的概念只在涉及内能的传递时才有意义，所以不能说物体具有多少热量，只能说物体吸收或放出了多少热量，因而选项A、B错误，选项C正确；热传递的过程中，热量一定从温度高的物体传向温度低的物体，而温度高的物体其内能不一定大，选项D错误.
6.高温物体甲和低温物体乙发生热传递，最后达到热平衡，这个过程的实质是( )A.甲把温度传给乙，最后甲、乙两者温度相等B.甲把内能传给乙，最后甲、乙两者内能相等C.甲把温度传给乙，最后甲、乙两者内能相等D.甲把内能传给乙，最后甲、乙两者温度相等
【解析】选D.宏观上甲的温度降低，乙的温度升高，因而有的同学会错误地认为甲物体向乙物体传递了温度，而实质上是甲将内能传递给了乙，因而选项A、C错；热传递完成后，最后甲、乙两物体达到热平衡，即两者温度相同，并不是内能相等，选项B错，而选项D正确.
7.器壁透热的汽缸放在恒温环境中，如图所示.汽缸内封闭着一定量的气体，气体分子间相互作用的分子力可以忽略不计，当缓慢推动活塞Q向左运动的过程中，有下列说法：①活塞对气体做功，气体分子的平均动能增加；②活塞对气体做功，气体分子的平均动能不变；③气体单位体积内的分子数增大，压强增大；④气体单位体积内的分子数增大，压强不变.其中正确的是( )A.①③ B.①④ C.②③ D.②④
【解析】选C.推动活塞Q使活塞对气体做功，本来气体的温度应升高，但是由于缓慢推动活塞，所以使气体增加的内能又以热量的形式释放到周围环境中，由于环境温度恒定，所以汽缸内气体的温度不变，气体分子的平均动能不变，①错误，②正确；由于气体被压缩，气体单位体积内的分子数增大，所以单位面积上，汽缸受到气体分子的碰撞次数增多，因此，气体的压强增大，③正确，④错误.
8.(2011·广州高二检测)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，此实验的目的是要说明( )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】选C.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.
二、非选择题9.在墙壁与外界无热传递的封闭房间里，夏天为了降低温度，有人打开电冰箱，电冰箱工作较长时间后，房内的气温将会怎样变化？并说明原因.【解析】房内的气温升高.电冰箱把里面热量转移到外面，达到降温的效果；但从总体上看，电冰箱消耗的电能最后都转化为内能，因而房内温度升高.答案：见解析
10.若对物体做1 200 J的功，可使物体温度升高3 ℃，改用热传递的方式，使物体温度同样升高3 ℃，那么物体应吸收多少热量？如果对该物体做3 000 J的功，物体的温度升高5 ℃，表明该过程中，物体放出多少热量？
【解析】做功和热传递在改变物体内能上是等效的，因此用吸热方式使温度升高3 ℃，应吸收1 200 J的热量.对物体做功3 000 J，温度升高5 ℃，设物体温度升高5 ℃，需要的功或热量为ΔE.由Q=cmΔt可得，1 200 J=cm×3,ΔE=cm×5,所以ΔE=2 000 J.因此物体放出1 000 J的热量.答案：1 200 J 1 000 J