高二物理課件 10.1 《功和內(nèi)能》 10.2 熱和內(nèi)能 （人教選修3-3）

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歡迎進(jìn)入物理課堂 一 焦耳兩個(gè)實(shí)驗(yàn)比較及功和能的關(guān)系 1 焦耳的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的比較 2 功和內(nèi)能的關(guān)系 1 內(nèi)能與內(nèi)能變化的關(guān)系 物體的內(nèi)能是指物體內(nèi)所有分子的動(dòng)能和勢(shì)能之和 因此物體的內(nèi)能是一個(gè)狀態(tài)量 當(dāng)物體溫度變化時(shí) 分子平均動(dòng)能變化 物體體積變化時(shí) 分子勢(shì)能發(fā)生變化 因此物體的內(nèi)能變化只由初 末狀態(tài)決定 與中間過程及方式無關(guān) 2 做功與內(nèi)能變化的關(guān)系 做功改變物體內(nèi)能的過程是其他形式的能 如機(jī)械能 與內(nèi)能相互轉(zhuǎn)化的過程 在絕熱過程中 外界對(duì)物體做多少功 就有多少其他形式的能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 物體的內(nèi)能就增加多少 3 功和內(nèi)能的區(qū)別 功是過程量 內(nèi)能是狀態(tài)量 在絕熱過程中 做功一定能引起內(nèi)能的變化 物體的內(nèi)能大 并不意味著做功多 在絕熱過程中 只有內(nèi)能變化越大時(shí) 對(duì)應(yīng)著做功越多 在絕熱過程中 外界對(duì)系統(tǒng)做功 系統(tǒng)的內(nèi)能增加 外界對(duì)系統(tǒng)做多少功 系統(tǒng)的內(nèi)能就增加多少 系統(tǒng)對(duì)外界做功 系統(tǒng)的內(nèi)能減少 系統(tǒng)對(duì)外界做多少功 系統(tǒng)的內(nèi)能就減少多少 典例1 2010 福建高考 如圖所示 一定質(zhì)量的理想氣體密封在絕熱 即與外界不發(fā)生熱交換 容器中 容器內(nèi)裝有一可以活動(dòng)的絕熱活塞 今對(duì)活塞施以一豎直向下的壓力F 使活塞緩慢向下移動(dòng)一段距離后 氣體的體積減小 若忽略活塞與容器壁間的摩擦 則被密封的氣體 A 溫度升高 壓強(qiáng)增大 內(nèi)能減少B 溫度降低 壓強(qiáng)增大 內(nèi)能減少C 溫度升高 壓強(qiáng)增大 內(nèi)能增加D 溫度降低 壓強(qiáng)減小 內(nèi)能增加 解題指導(dǎo) 明確研究對(duì)象是密閉的氣體 由功和內(nèi)能的關(guān)系得出溫度的變化 再利用理想氣體狀態(tài)方程求解 標(biāo)準(zhǔn)解答 選C 由F對(duì)密閉的氣體做正功 容器及活塞絕熱 則Q 0 由功和內(nèi)能的關(guān)系知理想氣體內(nèi)能增大 T升高 再根據(jù)pV T C V減小 p增大 故選C 規(guī)律方法 分析絕熱過程的方法 1 在絕熱的情況下 若外界對(duì)系統(tǒng)做正功 系統(tǒng)內(nèi)能增加 U為正值 若系統(tǒng)對(duì)外界做正功 系統(tǒng)內(nèi)能減少 U為負(fù)值 此過程做功的多少為內(nèi)能轉(zhuǎn)化多少的量度 2 在絕熱過程中 內(nèi)能和其他形式的能一樣也是狀態(tài)量 氣體的初 末狀態(tài)確定了 即在初 末狀態(tài)的內(nèi)能也相應(yīng)地確定了 內(nèi)能的變化 U也確定了 而功是能量轉(zhuǎn)化的量度 所以 U W 即W為恒量 這也是判斷絕熱過程的一種方法 變式訓(xùn)練 2011 汕頭高二檢測(cè) 如圖所示 活塞將汽缸分成甲 乙兩氣室 汽缸 活塞 連同拉桿 是絕熱的 且不漏氣 以E甲 E乙分別表示甲 乙兩氣室中氣體的內(nèi)能 則在將拉桿緩慢向左拉的過程中 A E甲不變 E乙減小B E甲不變 E乙增大C E甲增大 E乙不變D E甲增大 E乙減小 解析 選D 接觸面是絕熱面 拉動(dòng)拉桿 對(duì)乙部分氣體來講 氣體推動(dòng)活塞對(duì)活塞做功 內(nèi)能減小 溫度降低 對(duì)甲部分氣體來講 活塞壓縮氣體做功 內(nèi)能增大 變式備選 采用絕熱 即不與外界交換熱量 的方式使一定量的氣體由初狀態(tài)A變化至末狀態(tài)B 對(duì)于不同的絕熱方式下面說法正確的是 A 對(duì)氣體所做的功不同B 對(duì)氣體所做的功相同C 對(duì)氣體不需做功 因?yàn)闆]有能量的傳遞D 以上三種說法都不對(duì) 解析 選B 一個(gè)系統(tǒng)的內(nèi)能只與狀態(tài)有關(guān) 內(nèi)能的變化只與始末狀態(tài)有關(guān) 與過程無關(guān) 對(duì)絕熱過程由 U W可知 U相同則W相同 B對(duì) A C D錯(cuò) 二 溫度 內(nèi)能和熱量的區(qū)別與聯(lián)系 1 溫度與內(nèi)能從宏觀看 溫度表示的是物體的冷熱程度 從微觀看 溫度反映了分子熱運(yùn)動(dòng)的激烈程度 是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志 物體的溫度升高 其內(nèi)能一定增加 但向物體傳遞熱量 物體的內(nèi)能卻不一定增加 可能同時(shí)對(duì)外做功 2 熱量和內(nèi)能熱量是熱傳遞過程中的特征物理量 和功一樣 熱量只是反映物體在狀態(tài)變化過程中所遷移的能量 是用來衡量物體內(nèi)能變化的 有過程 才有變化 離開過程 毫無意義 就某一狀態(tài)而言 只有 內(nèi)能 根本不存在什么 熱量 和 功 因此 不能說一個(gè)系統(tǒng)中含有 多少熱量 或 多少功 內(nèi)能是由系統(tǒng)的狀態(tài)決定的 狀態(tài)確定 系統(tǒng)的內(nèi)能也隨之確定 要使系統(tǒng)的內(nèi)能發(fā)生變化 可以通過熱傳遞或做功兩種過程來完成 熱傳遞改變物體內(nèi)能的過程是物體間內(nèi)能轉(zhuǎn)移的過程 在僅有熱傳遞使物體的內(nèi)能發(fā)生變化時(shí) 內(nèi)能改變的多少可用熱量來量度 物體吸收了多少熱量 物體的內(nèi)能就增加多少 物體放出了多少熱量 物體的內(nèi)能就減少多少 典例2 對(duì)于熱量 功和內(nèi)能三者的說法正確的是 A 熱量 功 內(nèi)能三者的物理意義相同B 熱量 功都可以作為物體內(nèi)能的量度C 熱量 功 內(nèi)能的單位不相同D 熱量和功是由過程決定的 而內(nèi)能是由物體狀態(tài)決定的 解題指導(dǎo) 求解此題應(yīng)把握以下三點(diǎn) 標(biāo)準(zhǔn)解答 選D 物體的內(nèi)能是指物體所有分子的動(dòng)能和分子勢(shì)能的總和 而要改變物體的內(nèi)能可以通過做功和熱傳遞兩種途徑 這三者的物理意義不同 A項(xiàng)錯(cuò) 熱量是表示在熱傳遞過程中物體內(nèi)能變化多少的物理量 而功也是用做功的方式來量度改變物體內(nèi)能多少的物理量 B項(xiàng)錯(cuò) 三者單位都是焦耳 C項(xiàng)錯(cuò) 熱量和功是過程量 內(nèi)能是狀態(tài)量 D項(xiàng)正確 規(guī)律方法 區(qū)別熱量 功和內(nèi)能的技巧 1 就某一狀態(tài)而言 只有 內(nèi)能 根本談不上 熱量 和 功 2 就某一過程而言 內(nèi)能 有變化 與 熱量 功 對(duì)應(yīng) 3 一個(gè)物體的內(nèi)能無法計(jì)算 但物體的內(nèi)能變化是可以計(jì)算的 變式訓(xùn)練 關(guān)于溫度 熱量 功 內(nèi)能 以下說法正確的是 A 同一物體溫度高時(shí) 含有的熱量多B 物體的內(nèi)能越大 含有的熱量就越多 溫度也越高C 外界對(duì)系統(tǒng)做功W 內(nèi)能必定增加WD 熱量總是從溫度高的物體傳給溫度低的物體 解析 選D 同一物體溫度高時(shí) 內(nèi)能大 只有熱傳遞過程轉(zhuǎn)移的內(nèi)能才能稱為熱量 A錯(cuò) B錯(cuò) 在熱傳遞過程中 熱量從溫度高的物體傳給溫度低的物體 D對(duì) 只有在絕熱過程中 U W C錯(cuò) 典例 2011 海口高二檢測(cè) 如圖所示 厚壁容器的一端通過膠塞插進(jìn)一個(gè)靈敏溫度計(jì)和一根氣針 另一端有個(gè)用卡子卡住的可移動(dòng)的膠塞 用打氣筒慢慢向筒內(nèi)打氣 使容器內(nèi)的壓強(qiáng)增加到一定程度 這時(shí)讀出溫度計(jì)示數(shù) 打開卡子 膠塞沖出容器后 A 溫度計(jì)示數(shù)變大 實(shí)驗(yàn)表明氣體對(duì)外界做功 內(nèi)能減少B 溫度計(jì)示數(shù)變大 實(shí)驗(yàn)表明外界對(duì)氣體做功 內(nèi)能增加C 溫度計(jì)示數(shù)變小 實(shí)驗(yàn)表明氣體對(duì)外界做功 內(nèi)能減少D 溫度計(jì)示數(shù)變小 實(shí)驗(yàn)表明外界對(duì)氣體做功 內(nèi)能增加 解題指導(dǎo) 本題中打開卡子 氣體迅速膨脹 這樣的過程可以當(dāng)作絕熱過程 再根據(jù)功是能量轉(zhuǎn)化的量度來解題 標(biāo)準(zhǔn)解答 選C 氣體膨脹對(duì)外界做功 內(nèi)能減少 溫度降低 一 選擇題1 指出下面例子中通過熱傳遞改變物體內(nèi)能的是 A 感到手冷時(shí) 搓搓手就會(huì)覺得暖和些B 擦火柴時(shí) 火柴頭上的紅磷溫度升高到紅磷的燃點(diǎn) 火柴燃燒起來C 物體在陽光照射下溫度升高D 反復(fù)彎折一根鐵絲 彎折的部分溫度升高 解析 選C A B D均是通過做功改變物體的內(nèi)能 C項(xiàng)是通過熱傳遞的方式之一熱輻射來改變物體內(nèi)能 故C項(xiàng)正確 2 金屬制成的汽缸中裝有柴油與空氣的混合物 有可能使汽缸中柴油達(dá)到燃點(diǎn)的過程是 A 迅速向里推活塞B 迅速向外拉活塞C 緩慢向里推活塞D 緩慢向外拉活塞 解析 選A 要使汽缸中柴油達(dá)到燃點(diǎn) 即要讓封閉氣體溫度升高 內(nèi)能增加 故要對(duì)氣體做功 向里推活塞 若動(dòng)作緩慢 由于有熱傳遞達(dá)不到理想溫度 故要迅速 選項(xiàng)A正確 3 2011 太原高二檢測(cè) 關(guān)于熱傳遞 下列說法正確的是 A 熱傳遞的實(shí)質(zhì)是溫度的傳遞B 物體間存在溫度差 才能發(fā)生熱傳遞C 熱傳遞可以在任何情況下進(jìn)行D 物體內(nèi)能發(fā)生改變 一定是吸收或放出了熱量 解析 選B 熱傳遞的實(shí)質(zhì)是物體間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移 故A錯(cuò) 熱傳遞發(fā)生的條件是物體間存在溫度差 高溫物體放出熱量 低溫物體吸收熱量 若兩物體溫度相同 它們之間便不會(huì)發(fā)生熱傳遞 故B對(duì) C錯(cuò) 物體吸收或放出熱量 內(nèi)能會(huì)發(fā)生變化 但內(nèi)能變化不一定是熱傳遞引起的 還可以用做功的方式 故D錯(cuò) 4 下列關(guān)于熱量 功和內(nèi)能三者的說法中正確的是 A 三者單位相同 物理意義相同B 熱量和功是內(nèi)能的量度C 熱量和功由過程決定 而內(nèi)能由物體狀態(tài)決定D 系統(tǒng)內(nèi)能增加了100J 可能是外界采用絕熱方式對(duì)系統(tǒng)做功100J 也可能是外界單純地對(duì)系統(tǒng)傳熱100J 解析 選C D 熱量 功和內(nèi)能三者盡管單位相同 但物理意義有本質(zhì)區(qū)別 A錯(cuò) 熱量和功由過程決定 內(nèi)能由物體狀態(tài)決定 熱量和功是內(nèi)能變化的量度 C對(duì) B錯(cuò) 對(duì)一個(gè)絕熱過程 U W 100J 對(duì)一個(gè)單純熱傳遞過程 U Q 100J D對(duì) 方法技巧 功 熱傳遞 內(nèi)能關(guān)系問題的分析方法解答此類問題要注意 1 要深入理解改變物體內(nèi)能的兩種方式 做功和熱傳遞 2 物體的內(nèi)能即所有分子熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)能和分子勢(shì)能的總和 3 熱傳遞是內(nèi)能從高溫物體向低溫物體 或一個(gè)物體高溫部分向低溫部分 的轉(zhuǎn)移 4 做功的過程是能量轉(zhuǎn)化的過程 分析做功過程時(shí) 一定要將各種能量分析全 弄清楚能量轉(zhuǎn)化的實(shí)際情況 5 2011 武漢高二檢測(cè) 關(guān)于物體的內(nèi)能和熱量 下列說法正確的是 A 內(nèi)能大的物體其熱量必定多B 熱傳遞是熱量從熱量多的物體轉(zhuǎn)移到熱量少的物體的過程C 熱量是熱傳遞過程中內(nèi)能轉(zhuǎn)移多少的量度D 熱傳遞過程中 內(nèi)能大的物體其內(nèi)能減少 內(nèi)能小的物體其內(nèi)能增加 直到兩物體的內(nèi)能相等 解析 選C 熱量的概念只在涉及內(nèi)能的傳遞時(shí)才有意義 所以不能說物體具有多少熱量 只能說物體吸收或放出了多少熱量 因而選項(xiàng)A B錯(cuò)誤 選項(xiàng)C正確 熱傳遞的過程中 熱量一定從溫度高的物體傳向溫度低的物體 而溫度高的物體其內(nèi)能不一定大 選項(xiàng)D錯(cuò)誤 6 高溫物體甲和低溫物體乙發(fā)生熱傳遞 最后達(dá)到熱平衡 這個(gè)過程的實(shí)質(zhì)是 A 甲把溫度傳給乙 最后甲 乙兩者溫度相等B 甲把內(nèi)能傳給乙 最后甲 乙兩者內(nèi)能相等C 甲把溫度傳給乙 最后甲 乙兩者內(nèi)能相等D 甲把內(nèi)能傳給乙 最后甲 乙兩者溫度相等 解析 選D 宏觀上甲的溫度降低 乙的溫度升高 因而有的同學(xué)會(huì)錯(cuò)誤地認(rèn)為甲物體向乙物體傳遞了溫度 而實(shí)質(zhì)上是甲將內(nèi)能傳遞給了乙 因而選項(xiàng)A C錯(cuò) 熱傳遞完成后 最后甲 乙兩物體達(dá)到熱平衡 即兩者溫度相同 并不是內(nèi)能相等 選項(xiàng)B錯(cuò) 而選項(xiàng)D正確 7 器壁透熱的汽缸放在恒溫環(huán)境中 如圖所示 汽缸內(nèi)封閉著一定量的氣體 氣體分子間相互作用的分子力可以忽略不計(jì) 當(dāng)緩慢推動(dòng)活塞Q向左運(yùn)動(dòng)的過程中 有下列說法 活塞對(duì)氣體做功 氣體分子的平均動(dòng)能增加 活塞對(duì)氣體做功 氣體分子的平均動(dòng)能不變 氣體單位體積內(nèi)的分子數(shù)增大 壓強(qiáng)增大 氣體單位體積內(nèi)的分子數(shù)增大 壓強(qiáng)不變 其中正確的是 A B C D 解析 選C 推動(dòng)活塞Q使活塞對(duì)氣體做功 本來氣體的溫度應(yīng)升高 但是由于緩慢推動(dòng)活塞 所以使氣體增加的內(nèi)能又以熱量的形式釋放到周圍環(huán)境中 由于環(huán)境溫度恒定 所以汽缸內(nèi)氣體的溫度不變 氣體分子的平均動(dòng)能不變 錯(cuò)誤 正確 由于氣體被壓縮 氣體單位體積內(nèi)的分子數(shù)增大 所以單位面積上 汽缸受到氣體分子的碰撞次數(shù)增多 因此 氣體的壓強(qiáng)增大 正確 錯(cuò)誤 8 2011 廣州高二檢測(cè) 如圖所示 把浸有乙醚的一小團(tuán)棉花放在厚玻璃筒的底部 當(dāng)很快地向下壓活塞時(shí) 由于被壓縮的氣體驟然變熱 溫度升高 達(dá)到乙醚的燃點(diǎn) 使浸有乙醚的棉花燃燒起來 此實(shí)驗(yàn)的目的是要說明 A 做功可以增加物體的熱量B 做功一定升高物體的溫度C 做功可以改變物體的內(nèi)能D 做功一定可以增加物體的內(nèi)能 解析 選C 迅速向下壓活塞 實(shí)際上是在對(duì)玻璃氣筒內(nèi)的氣體做功 由于是迅速向下壓筒內(nèi)的氣體 做功時(shí)間極短 因此實(shí)驗(yàn)過程可認(rèn)為是絕熱過程 即Q 0 乙醚達(dá)到燃點(diǎn)而燃燒表明氣體溫度升高內(nèi)能增大 這說明做功可以改變物體的內(nèi)能 二 非選擇題9 在墻壁與外界無熱傳遞的封閉房間里 夏天為了降低溫度 有人打開電冰箱 電冰箱工作較長(zhǎng)時(shí)間后 房?jī)?nèi)的氣溫將會(huì)怎樣變化 并說明原因 解析 房?jī)?nèi)的氣溫升高 電冰箱把里面熱量轉(zhuǎn)移到外面 達(dá)到降溫的效果 但從總體上看 電冰箱消耗的電能最后都轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 因而房?jī)?nèi)溫度升高 答案 見解析 10 若對(duì)物體做1200J的功 可使物體溫度升高3 改用熱傳遞的方式 使物體溫度同樣升高3 那么物體應(yīng)吸收多少熱量 如果對(duì)該物體做3000J的功 物體的溫度升高5 表明該過程中 物體放出多少熱量 解析 做功和熱傳遞在改變物體內(nèi)能上是等效的 因此用吸熱方式使溫度升高3 應(yīng)吸收1200J的熱量 對(duì)物體做功3000J 溫度升高5 設(shè)物體溫度升高5 需要的功或熱量為 E 由Q cm t可得 1200J cm 3 E cm 5 所以 E 2000J 因此物體放出1000J的熱量 答案 1200J1000J Thankyou 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全