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高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册1 功、热和内能的改变导学案
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这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册1 功、热和内能的改变导学案，共7页。学案主要包含了焦耳的实验，功与内能的改变，热与内能的改变，内能和相关概念的辨析等内容，欢迎下载使用。
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．
一、焦耳的实验
1．绝热过程：系统不从外界吸热，也不向外界放热的过程．
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，水由于摩擦而温度上升．
(2)通过电流的热效应给液体加热．
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始末两个状态决定，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自身状态的物理量．
二、功与内能的改变
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＝W.
2．理解
(1)ΔU＝W的适用条件是绝热过程．
(2)在绝热过程中：外界对系统做功，系统的内能增加；系统对外做功，系统的内能减少．
3．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．
4．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 (1)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．
(2)在绝热过程中，做功一定能引起内能的变化．在绝热过程中，系统内能的增加量等于外界对系统所做的功．
三、热与内能的改变
1．传热
(1)条件：物体的温度不同．
(2)传热：热从高温物体传到了低温物体．
2．热和内能
(1)热量：在单纯的传热过程中系统内能变化的量度．
(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＝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内能的改变．
②做功时，内能与其他形式的能发生转化；传热只是不同物体(或一个物体的不同部分)之间内能的转移．
3．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.
4．传热改变物体内能的过程是不同物体之间(或同一物体不同部分之间)内能的转移．
5．热传递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．
四、内能和相关概念的辨析
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，可以通过热传递和做功两种方式来完成．
(2)热量是热传递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．
热传递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．
3．改变内能的两种方式的比较
一、单选题
1．关于物体的内能和热量，下列说法中正确的有（ ）
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．在热传递过程中，热量从高温物体传递到低温物体，直到两物体的温度相同为止
2．关于系统的内能，下述说法中正确的是（ ）
A．物体内所有分子的动能与分子势能的总和叫物体的内能
B．一个物体的机械能发生变化时，其内能也一定发生变化
C．外界对系统做功W，系统的内能增加
D．系统从外界吸收了热量Q，系统的内能增加
3．如图所示，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（ ）
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
4．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．热量总是从内能大的物体流向内能小的物体
D．热量总是自发地从温度高的物体流向温度低的物体
5．两物体接触后发生了热传递，说法正确的是（ ）
A．内能大的物体向内能小的物体传递热量
B．密度大的物体向密度小的物体传递热量
C．含热量多的物体向含热量少的物体传递
D．分子平均动能大的物体向分子平均动能小的物体传递
6．关于物体的内能，以下说法正确的是（ ）
A．质量、温度和体积都相等的物体具有相同的内能
B．物体内能改变时温度不一定改变
C．吸收相等热量的物体内能增量一定相等
D．内能相等的两物体接触时，不会发生热传递
二、填空题
7．指出下列例子中，各是通过什么方式改变物体内能的？
(1)古人钻木取火______。
(2)写在纸上的墨水干了______。
(3)冬天使劲搓手，感到暖和______。
(4)锉刀锉铁块时，铁块发热______。
(5)用打气筒打气时，气筒壁会发热______。
(6)太阳能集热器中的水在阳光照射下温度升高______。
8．用下述各种方法改变物体的内能_______，是属于做功的方式，_______是属于热传递的方式.
A.电流通过灯丝发热
B.热的物体放在通风的地方凉得快
C.用锤子捶击金属块后，锤子和金属块都变热
D.摩擦冰块使其熔解
E.冷物体接触热物体后变热
F.物体在火炉旁被烤热
参考答案
1．D
【详解】
AB.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A、B错误；
CD.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C错误，D正确。
故选D。
2．A
【详解】
A．根据内能的定义可知，物体内所有分子的平均动能与分子势能的总和叫物体的内能，故A正确；
B．物体宏观的机械能与内能无关，故B错误；
CD．根据热力学第一定律
可知外界对系统做了多少功W，系统的内能不一定增加多少，同理，系统从外界吸收了多少热量Q，系统的内能也不一定增加多少，故CD错误；
故选A。
3．C
【详解】
胶塞冲出容器口，气体膨胀，对外做功。由于没来得及发生热交换，由可知内能减少温度降低，ABD错误，C正确。
4．D
【详解】
A．从物理角度讲，马铃薯所含热量高，有点不妥，热量是过程量，不是状态量，不能像内能那样蕴含在物体中，A错误；
B．热量不是状态量，物体的内能与热量间，在数量上没有必然联系，B错误；
C．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，C错误；
D．热量总是自动从温度高的物体流向温度低的物体，D正确。
故选D。
5．D
【详解】
热传递时是热量从温度高的物体传向温度低的物体，而温度是平均动能大小的标志，温度越高，分子平均动能越大。因此两物体接触后发生了热传递时，是分子平均动能大的物体向分子平均动能小的物体传递。选项D正确，ABC错误。
故选D。
6．B
【详解】
A．温度相同表示平均动能相同，质量相同，分子数不一定相同，总动能不一定相同，体积相同分子势能不一定相同，选项A错误；
B．内能改变时分子动能不一定改变，可能由于分子势能改变，所以温度不一定改变，选项B正确；
C．改变内能方式有两种，只有在不做功情况下，吸收热量相等，内能增量才一定相等，选项C错误；
D．热传递的条件是存在温度差，与内能大小无直接关系，选项D错误。
故选B。
7．做功 热传递 做功 做功 做功 热传递
【详解】
(1)[1]古人钻木取火，是通过做功改变物体内能的。
(2)[2]写在纸上的墨水干了，是通过热传递改变物体内能的。
(3)[3]冬天使劲搓手，感到暖和，是通过做功改变物体内能的。
(4)[4]锉刀锉铁块时，铁块发热，是通过做功改变物体内能的。
(5)[5]用打气筒打气时，气筒壁会发热，是通过做功改变物体内能的。
(6)[6]太阳能集热器中的水在阳光照射下温度升高，是通过热传递改变物体内能的。
8．ACD BEF
【解析】
【详解】
[1][2]A．电流通过灯丝发热，是通过电流做功改变灯丝的内能；
B．热的物体放在通风的地方凉得快，是通过热传递的方式改变物体的内能；
C．用锤子捶击金属块后，锤子和金属块都变热，是通过做功的方式改变物体的内能；
D．摩擦冰块使其熔解，是通过做功的方式改变物体的内能；
E．冷物体接触热物体后变热，是通过热传递的方式改变物体的内能；
F．物体在火炉旁被烤热，是通过热传递的方式改变物体的内能；
故ACD是属于做功的方式改变内能；BEF是属于热传递的方式改变内能。
比较项目
做功
热传递
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
不同物体间或同一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
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．
一、焦耳的实验
1．绝热过程：系统不从外界吸热，也不向外界放热的过程．
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，水由于摩擦而温度上升．
(2)通过电流的热效应给液体加热．
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始末两个状态决定，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自身状态的物理量．
二、功与内能的改变
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＝W.
2．理解
(1)ΔU＝W的适用条件是绝热过程．
(2)在绝热过程中：外界对系统做功，系统的内能增加；系统对外做功，系统的内能减少．
3．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．
4．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 (1)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．
(2)在绝热过程中，做功一定能引起内能的变化．在绝热过程中，系统内能的增加量等于外界对系统所做的功．
三、热与内能的改变
1．传热
(1)条件：物体的温度不同．
(2)传热：热从高温物体传到了低温物体．
2．热和内能
(1)热量：在单纯的传热过程中系统内能变化的量度．
(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＝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内能的改变．
②做功时，内能与其他形式的能发生转化；传热只是不同物体(或一个物体的不同部分)之间内能的转移．
3．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.
4．传热改变物体内能的过程是不同物体之间(或同一物体不同部分之间)内能的转移．
5．热传递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．
四、内能和相关概念的辨析
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，可以通过热传递和做功两种方式来完成．
(2)热量是热传递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．
热传递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．
3．改变内能的两种方式的比较
一、单选题
1．关于物体的内能和热量，下列说法中正确的有（ ）
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．在热传递过程中，热量从高温物体传递到低温物体，直到两物体的温度相同为止
2．关于系统的内能，下述说法中正确的是（ ）
A．物体内所有分子的动能与分子势能的总和叫物体的内能
B．一个物体的机械能发生变化时，其内能也一定发生变化
C．外界对系统做功W，系统的内能增加
D．系统从外界吸收了热量Q，系统的内能增加
3．如图所示，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（ ）
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
4．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．热量总是从内能大的物体流向内能小的物体
D．热量总是自发地从温度高的物体流向温度低的物体
5．两物体接触后发生了热传递，说法正确的是（ ）
A．内能大的物体向内能小的物体传递热量
B．密度大的物体向密度小的物体传递热量
C．含热量多的物体向含热量少的物体传递
D．分子平均动能大的物体向分子平均动能小的物体传递
6．关于物体的内能，以下说法正确的是（ ）
A．质量、温度和体积都相等的物体具有相同的内能
B．物体内能改变时温度不一定改变
C．吸收相等热量的物体内能增量一定相等
D．内能相等的两物体接触时，不会发生热传递
二、填空题
7．指出下列例子中，各是通过什么方式改变物体内能的？
(1)古人钻木取火______。
(2)写在纸上的墨水干了______。
(3)冬天使劲搓手，感到暖和______。
(4)锉刀锉铁块时，铁块发热______。
(5)用打气筒打气时，气筒壁会发热______。
(6)太阳能集热器中的水在阳光照射下温度升高______。
8．用下述各种方法改变物体的内能_______，是属于做功的方式，_______是属于热传递的方式.
A.电流通过灯丝发热
B.热的物体放在通风的地方凉得快
C.用锤子捶击金属块后，锤子和金属块都变热
D.摩擦冰块使其熔解
E.冷物体接触热物体后变热
F.物体在火炉旁被烤热
参考答案
1．D
【详解】
AB.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A、B错误；
CD.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C错误，D正确。
故选D。
2．A
【详解】
A．根据内能的定义可知，物体内所有分子的平均动能与分子势能的总和叫物体的内能，故A正确；
B．物体宏观的机械能与内能无关，故B错误；
CD．根据热力学第一定律
可知外界对系统做了多少功W，系统的内能不一定增加多少，同理，系统从外界吸收了多少热量Q，系统的内能也不一定增加多少，故CD错误；
故选A。
3．C
【详解】
胶塞冲出容器口，气体膨胀，对外做功。由于没来得及发生热交换，由可知内能减少温度降低，ABD错误，C正确。
4．D
【详解】
A．从物理角度讲，马铃薯所含热量高，有点不妥，热量是过程量，不是状态量，不能像内能那样蕴含在物体中，A错误；
B．热量不是状态量，物体的内能与热量间，在数量上没有必然联系，B错误；
C．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，C错误；
D．热量总是自动从温度高的物体流向温度低的物体，D正确。
故选D。
5．D
【详解】
热传递时是热量从温度高的物体传向温度低的物体，而温度是平均动能大小的标志，温度越高，分子平均动能越大。因此两物体接触后发生了热传递时，是分子平均动能大的物体向分子平均动能小的物体传递。选项D正确，ABC错误。
故选D。
6．B
【详解】
A．温度相同表示平均动能相同，质量相同，分子数不一定相同，总动能不一定相同，体积相同分子势能不一定相同，选项A错误；
B．内能改变时分子动能不一定改变，可能由于分子势能改变，所以温度不一定改变，选项B正确；
C．改变内能方式有两种，只有在不做功情况下，吸收热量相等，内能增量才一定相等，选项C错误；
D．热传递的条件是存在温度差，与内能大小无直接关系，选项D错误。
故选B。
7．做功 热传递 做功 做功 做功 热传递
【详解】
(1)[1]古人钻木取火，是通过做功改变物体内能的。
(2)[2]写在纸上的墨水干了，是通过热传递改变物体内能的。
(3)[3]冬天使劲搓手，感到暖和，是通过做功改变物体内能的。
(4)[4]锉刀锉铁块时，铁块发热，是通过做功改变物体内能的。
(5)[5]用打气筒打气时，气筒壁会发热，是通过做功改变物体内能的。
(6)[6]太阳能集热器中的水在阳光照射下温度升高，是通过热传递改变物体内能的。
8．ACD BEF
【解析】
【详解】
[1][2]A．电流通过灯丝发热，是通过电流做功改变灯丝的内能；
B．热的物体放在通风的地方凉得快，是通过热传递的方式改变物体的内能；
C．用锤子捶击金属块后，锤子和金属块都变热，是通过做功的方式改变物体的内能；
D．摩擦冰块使其熔解，是通过做功的方式改变物体的内能；
E．冷物体接触热物体后变热，是通过热传递的方式改变物体的内能；
F．物体在火炉旁被烤热，是通过热传递的方式改变物体的内能；
故ACD是属于做功的方式改变内能；BEF是属于热传递的方式改变内能。
比较项目
做功
热传递
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
不同物体间或同一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
