第10讲 功、热和内能的改变（解析版） 试卷

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第10讲 功、热和内能的改变
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课程标准
课标解读
1.知道热力学第一定律。
2.通过有关史实，了解热力学第一定律和能量守恒定律的发现过程，体会科学探索中的挫折和失败对科学 发现的意义。

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。


知识精讲

知识点01 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。
【即学即练1】在焦耳的许多实验中，有两个最具有代表性：一个实验是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；另一个实验是通过电流的热效应给液体加热．焦耳的这两个实验说明了什么问题？
【解析】绝热过程中，外界对系统做的功仅由过程的始末状态决定，与做功的具体过程和方式无关．
知识点02 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。
【知识拓展】
1．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W0,即气体将吸热
7．能量转化和守恒是自然界中一条普遍规律．请结合相关知识完成下列问题：
（1）机械运动中的能量转化和守恒．
如图所示，以光滑斜面固定在水平面上，斜面倾角为θ，长度为L．一质量为m的小物块由静止开始，由斜面顶端滑到底端，求此过程中重力做的功，并说明能量转化情况．

（2）电磁感应中的能量转化和守恒．
如图所示，在垂直于纸面向里的磁感应强度为B的匀强磁场中，两根光滑平行金属轨道，MN、PQ固定在竖直平面内，相距为L，电阻不计，中间连接阻值为R的电阻．电阻为r的金属导体棒ab垂直于MN、PQ放在导轨上，且与轨道接触良好，以速度v竖直向下做匀速运动．探究此过程中，在时间∆t内重力做的功与感应电流的电功之间的关系，并说明能量转化情况．

（3）机械能与内能转化和守恒．
理想气体的分子可视为质点，分子间除相互碰撞外，无相互作用力．如图所示，正方体容器密封着一定质量的某种理想气体．每个气体分子的质量为m，已知该理想气体分子平均动能与温度的关系为Ek=kT（k为常数，T为热力学温度）．如果该正方体容器以水平速度u匀速运动，某时刻突然停下来，求该容器中气体温度的变化量∆T．（容器与外界不发生热传递）

【答案】见解析
【解析】（1）物块下滑过程中重力做功

重力势能转化为物块的动能，总的机械能不变．
（2）导体棒下落过程产生的电动势

感应电流

因导体棒匀速下落，有

这段时间内感应电流的电功是
；
所以

在此过程中，重力克服安培力做功，重力做功数值等于电流做的功，减少的重力势能等于电路中产生的电能，电能通过电流做功转化为内能．
（3）设气体初始温度为，末温度为，容器中气体分子总数为N；
初始时分子平均动能

末态时分子平均动能

由能量守恒，气体的动能转化为气体的内能

解得