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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