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§10.1 功和内能

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【学习指导】：
兴趣、好奇心、不断尝试、自主性、积极性
动脑思考，头脑清晰
狠抓落实，而且要有具体的落实措施
听懂是骗人的，看懂是骗人的，做出来才是自己的
独立、限时、满分作答
不仅要去学习，而且要学出效果，还要提高效率。
保证效果就要每个点都要达标。达标的标准是能够“独立做（说、写）出来”，不达标你的努力就体现不出来
该记的记，该理解的理解，该练习的练习，该总结的总结，勿懈怠！
费曼学习法：确定一个学习的知识点；假设你在教授别人该知识点；遇到卡壳时回顾相关知识点；简化你的语言，达到通俗易懂的程度。该法尤其适合概念、定义、定理、定律等的理解和记忆。
明确在学习什么东西，对其中的概念、定律等要追根溯源，弄清来龙去脉才能理解透彻、应用灵活
总结：
每题总结：每做完一道题都要总结该题涉及的知识点和方法
题型总结：先会后熟，一种题型先模仿、思考，弄懂后，总结出这类题型的出现特征、解题方法，然后再多做几道同类型的，直到遇到这种题型就条件反射得知道怎么做
小节总结：总结该小节的知识结构、常见题型及做法
章节总结：总结该章节的知识结构、常见题型及做法
多做多思，孰能生巧，熟到条件反射，这样一是能见到更多的出题方式，二是能提高做题速度
根据遗忘曲线，进行循环复习
步骤规范，书写整洁，条理清晰
步骤一步一步的写，最好不要把几个公式合成一个式子来写，因为有步骤分
错题本的建立：在每次发的试卷资料的右上角写上日期，同一科目的试卷按日期顺序放好。在做错的题号上画叉号，在不会做的题号上画问号，以后就是一本很好的错题集。其他资料亦如此处理。这种方式简单实用。同时，当你积攒到一定程度，看到自己做过的厚厚的资料，难道不会由衷的产生一种成就感么？！
【一分钟德育】(将下面的内容对照自身，理论要落地)
历史名言毁三观的下半句
-------言必信，行必果，硁硁然小人哉！
此句原出自《论语·子路第十三》里子贡和孔子的对话。原文如下：
子贡问曰：“何如斯可谓之士矣？”子曰：“行己有耻，使于四方，不辱君命，可谓上矣。”
曰：“敢问其次。”曰：“宗族称孝焉，乡党称弟焉。”
曰：“敢问其次。”曰：“言必信，行必果，硁硁然小人哉！抑亦可以为次矣。”
曰：“今之从政者何如？”子曰：“噫！斗筲之人，何足算也？”
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【综述】
本章以焦耳的实验为基础，研究了功和内能变化、热和内能变化之间的关系，总结出做功和热传递是改变系统内能的两种方式，两种方式对改变物体的内能是等效的，但是这两种方式又存在着重要区别。在此基础上，进一步提出了热力学第一定律和能量守恒定律。能量守恒定律使我们认识到“第一类永动机”不可能制成，使我们认识到一切与热现象有关的客观自然过程都是不可逆的，热力学第二定律就是反映这种宏观自然过程的方向性的定律。热力学第二定律的两种表述是等价的，同时又使我们认识到“第二类永动机”也不可能制成。熵的概念使我们认识到热力学第二定律的微观本质，能量在数值上虽然守恒，但其转移和转化却具有方向性，因而我们要合理开发能源，要节约能源，减小能源利用过程中对环境的破坏，保护环境，树立可持续发展的观念，开发清洁、高效的新能源。
本章的特点是要求学生有较强的理论联系实际的能力，在学习过程中，不断提高理解能力、分析能力；会用热力学第一定律分析系统内能的变化，会用能量守恒观点解释有关的自然现象，了解熵是反映系统无序程度的物理量。
【回眸一瞥】内能的概念
【目标及达标标准】
知识与技能
1．知道什么是绝热过程。
2．从热力学的角度认识内能的概念。
3．理解做功与内能改变的数量关系。
4．知道内能和功的单位是相同的。
过程与方法 从焦耳的实验理解功与内能变化的关系
情感、态度与价值观 通过焦耳实验了解功与内能变化关系的得来，学习科学家探究过程的艰辛
【重点、难点】绝热过程中的功与内能的关系
【教学方法】合作探究
【教学用具】多媒体
【物理背景、物理模型】做功与内能变化
【导读导思】达标标准：思考并完成下列问题和任务，并能独立向别人表述出来（书面或口述）
自主学习、课前诊断
先通读教材，画出本节课中的基本概念及物理规律，回答导学案预习中涉及的问题，独立完成，限时25分钟。
一、焦耳的实验：阅读课本第50-51页“焦耳的实验”部分，思考并回答下列问题：
简述焦耳的两个典型实验。什么是绝热系统？焦耳的实验说明了什么？


二、内能：阅读课本第51页“内能”部分，思考并回答下列问题：
1.对绝热系统来说，内能变化与做功是什么关系？


2.本节课中“内能”与第七章中的“内能”概念是什么关系？


3.课本P51“做一做”
提示：研究对象是瓶内被封闭的气体；在瓶塞跳出的过程中，系统对外界做功；这个过程中系统的内能减少；从瓶塞跳出获得动能可以推断出它的内能减少。


【知识小结】
一、绝热过程：物质系统与外界没有__________ 交换的情况下进行的物理过程。
即系统不从外界__________热量，也不向外界__________热量。
二、功与系统内能改变的关系。
__________可以改变系统的内能。
1、外界对系统做功，系统的内能__________
在绝热过程中，内能的增量就等于外界对系统做的功，即ΔU=U2-U1=W
2、系统对外界做功，系统的内能__________
在绝热过程中，系统对外界做多少功，内能就减少多少，即W=-ΔU
三、__________是系统内能转化的量度。
四、在国际单位制中，内能和功的单位都是焦耳( J )。
五、循环过程中的功与内能
1、循环过程（正循环、逆循环）


2、由图象求外界对系统做的功

辨析：
本节课中“内能”与第七章中的“内能概念是什么关系”？
在分子动理论中，系统中所有分子热运动动能和分子间相互作用的分子势能的总和，叫做系统的内能；在热力学中，存在一个只与依赖于系统自身状态的物理量，由于这个物理量在两个状态之间的差别与外界在绝热过程中对系统所做的功相联系，而功是能量转化的量度，我们把这个物理量称为系统的内能。
由于在绝热过程中对系统做功，系统的温度、体积等状态就要发生变化，所有分子热运动的动能和分子间相互作用的分子势能就要发生变化，系统的内能就要发生变化，因此分子动理论是从微观的角度来定义内能，热力学是从宏观的角度来定义内能，但两者是一致的。
【巩固练习】
达标标准：（1）每道题都能独立做出来，并总结涉及的知识点；（2）尝试总结出常见题型及其做法。
本试卷分第I卷（选择题）和第II卷（非选择题）两部分。
限时训练：请计时，在保证正确的情况下，尽量快些。提高效率，节省时间，提高专注力。
第I卷（选择题）
选择题（每题6分，多选题对而不全得3分，错选得0分）
1.(单选)下列实例中说明做功改变了系统的内能的是(　　)
A．热水袋取暖　　　　 B．用双手摩擦给手取暖
C．把手放在火炉旁取暖 D．用嘴对手呵气给手取暖
2.(单选)如图所示，带有活塞的烧瓶内封闭一定的气体，不考虑烧瓶和外界的热传递，现在外力F作用下，活塞向内移动一段距离，则烧瓶内的气体温度会(　　)

A．升高 B．降低 C．不变 D．无法确定
3.(单选)景颇族祖先发明的点火器如图所示，用牛角做套筒，木制推杆前端粘着艾绒，猛推推杆，艾绒即可点燃，对筒内封闭的气体，在此压缩过程中(　　)

A．气体温度升高，压强不变 B．气体温度升高，压强变大
C．气体对外界做正功，气体内能增加 D．外界对气体做正功，气体内能减少
4.(单选)在给自行车轮胎打气时，会发现轮胎内空气温度升高，这是因为(　　)
A．轮胎内气体压强不断增大，而容积不变 B．轮胎从外界吸热
C．外界空气温度本来就高于轮胎内气体温度 D．打气时，外界不断地对轮胎内气体做功
5.(单选)下列哪个实例说明做功改变了系统的内能 （ ）
A.用热水袋取暖 B.用双手摩擦给手取暖
C.把手放在火炉旁取暖 D.用嘴对手呵气给手取暖
6.(单选)如图所示，瓶内装有少量的水，瓶口已塞紧，水上方空气中有水蒸气，用打气筒向瓶内打气，当塞子从瓶口跳出时，瓶内出现“白雾”，这一现象产生的原因可以用下面三句话解释：①水蒸气凝结成小水珠；②瓶内气体推动瓶塞做功，内能减小；③温度降低．三句话正确的顺序是(　　)

A．①②③ B．②③① C．③①② D．②①③
7.(单选)金属筒内装有与外界温度相同的压缩空气，打开筒的开关，筒内高压空气迅速向外溢出，待筒内外压强相等时，立即关闭开关．在外界保持恒温的条件下，经过一段较长的时间后，再次打开开关，这时出现的现象是(　　)
A．筒外空气流向筒内 B．筒内空气流向筒外
C．筒内外有空气交换，处于动平衡态，筒内空气质量不变 D．筒内外无空气交换
8.(单选)如图所示，气缸放置在水平地面上，质量为m的活塞将气缸分成甲、乙两气室，两气室中均充有气体，气缸、活塞是绝热的且不漏气．开始活塞被销钉固定，现将销钉拔掉，活塞最终静止在距原位置下方h处，设活塞移动前后甲气体内能的变化量为ΔE，不计气体重心改变的影响，下列说法正确的是(　　)

A．ΔE＝mgh　　　 B．ΔE>mgh C．ΔE9.(单选)如图所示，活塞将气缸分成甲、乙两气室，气缸、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，则在将拉杆缓慢向外拉的过程中(　　)

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
10.(多选)下列实例中，属于做功来增加物体内能的是 （ ）
A.铁棒放在炉子里被烧红 B.锯条锯木头时会发热
C.古时候的猿人钻木取火 D.冬天在阳光下取暖
11.(单选)下列现象属于用做功的方法改变系统内能的是 （ ）
A.放在火炉边的物体温度升高了 B.把一杯热水放在冷水中冷却
C.用铁锤锻打工件，工件会发热 D.拉弯的弓把箭射出去
12.(单选)下列过程中，由于做功而使系统内能增加的是 （ ）
A.把铁丝反复弯曲，弯曲处温度升高 B.烧开水时，蒸汽将壶盖顶起
C.铁块在火炉中被加热 D.铁球从空中自由下落（不计空气阻力）
13.(多选)用下列方法改变物体的内能，属于做功方式的是　( )
A.搓搓手会感到手暖和些 B.汽油机气缸内被压缩的气体
C.车刀切下的炽热的铁屑 D.物体在阳光下被晒热
14.(单选)气体在等压变化中 （ ）
A.一定对外做正功 B.外界一定对气体做正功
C.若温度升高，一定对外做正功 D.可能既不对外做功，外界也不对气体做功
15.(多选)下列有关内能的说法正确的是 （ ）
A.质量和温度相同的物体，内能一定相同
B.一定质量的理想气体的内能只与温度有关
C.一定质量的理想气体在等容变化过程中若吸了热，内能一定增加
D.气体压缩时分子势能减少，内能可能不变
16.(多选)一定质量的理想气体从压强为P1、体积为V1的A状态，绝热变化到压强为P2、体积为V2的B状态，内能的增量为ΔU，则在此过程中（ ）
A.气体对外做功等于ΔU B.外界对气体做功等于ΔU
C.外界对气体做功等于P2V2-P1V1 D.外界对气体做功等于ΔU＋P2V2-P1V1
17.(单选)下列哪个实例说明做功改变了系统的内能
A.用热水袋取暖 B.用双手摩擦给手取暖
C.把手放在火炉旁取暖 D.用嘴对手呵气给手取暖
18.（多选）下列实例中，属于做功来增加物体内能的是 （ ）
A.铁棒放在炉子里被烧红 B.锯条锯木头时会发热
C.古时候的猿人钻木取火 D.冬天在阳光下取暖
19. （单选）下列现象属于用做功的方法改变系统内能的是 （ ）
A.放在火炉边的物体温度升高了 B.把一杯热水放在冷水中冷却
C.用铁锤锻打工件，工件会发热 D.拉弯的弓把箭射出去
20. （单选）下列过程中，由于做功而使系统内能增加的是 （ ）
A.把铁丝反复弯曲，弯曲处温度升高 B.烧开水时，蒸汽将壶盖顶起
C.铁块在火炉中被加热 D.铁球从空中自由下落（不计空气阻力）
21. （多选）用下列方法改变物体的内能，属于做功方式的是　( )
A.搓搓手会感到手暖和些 B.汽油机气缸内被压缩的气体
C.车刀切下的炽热的铁屑 D.物体在阳光下被晒热
第II卷（非选择题）
注意事项：?用钢笔或圆珠笔答在答题卡中指定位置（用铅笔答卷不得分，作图除外）

填空题（每题6分）
1.一个系统内能增加了20J。如果系统与周围环境不发生热交换，周围环境需要对系统做多少功？__________
2.某系统在初态具有内能5J，在外界对它做了0.5J的功后，系统的内能变为_________
解答题（每题12分）
1.用5 N的力垂直于活塞推动压缩绝热气缸的气体，活塞的位移为0.1 m时，气体内能的变化量是多少？内能增加了还是减少了？




2.一个系统内能增加了20J。如果系统与周围环境不发生热交换，周围环境需要对系统做多少功？




3.用打气筒打气时，过一会筒壁会热起来，这是为什么？





【课堂小结】
1.请列出本节的知识框架（20分，不要求多完整，把你想到的列出来就行）
2.你总结了哪几个题型？这些题怎么做？（20分，不要求多完整，把你想到的写出来就行）
3.其他你认为需要写的东西：_____________________________________________________.
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
【小组任务设计】


【开拓视野】
焦耳与热力学
焦耳，英国物理学家。出身于曼彻斯特附近索尔福一个啤酒厂主家庭。青年时经常用业余时间进行有关电的、化学的相互作用和机械作用之间联系的实验，并得到化学家道尔顿的鼓励和支持。焦耳的贡献主要有三个方面。①首先研究了电流的热效应，指出导体中一定时间所生成的热量与导体的电阻及电流平方之积成正比。由于不久楞次也独立地发现了同样的规律，所以被称为焦耳——楞次定律②从1840~1879年用了近40年的时间钻研和测定了热量与机械功的当量关系，最后得到的热功当量数值是1卡=4.2焦耳。焦耳的实验工作以大量确凿的证据否定了热质说，为能量守恒与转化定律奠定了实验基础，因此焦耳是能量守恒与转化定律的发现者之一。③为了研究气体的内能，焦耳于1845年做了焦耳气体自由膨胀实验。发现一般气体的内能是温度和体积的函数，而理想气体的内能仅仅是温度的函数，与体积无关。为了纪念焦耳对科学发展的贡献，国际计量大会将能量、功、热量的单位命名为焦耳。

§10.1 功和内能
参考答案
【知识小结】答案
一、热量 吸收 放出
二、做功 增加 减少
三、功
选择题
1.解析：双手摩擦做功，使手的内能增加，感到暖和；A、C、D都是通过热传递来改变系统的内能，选项B正确．
答案：B
2.解析：在外力F作用下，活塞向下移动一段距离，对烧瓶内的气体做功，不考虑烧瓶和外界的热传递，则ΔU＝W；故气体的内能增加，温度升高．
答案：A
3.解析：压缩气体时，外界对气体做正功，气体内能增加，温度升高，压强增大，选项B对．
答案：B
4.解析：给自行车轮胎打气，人对轮胎内气体做功，气体内能增加，所以温度升高．
答案：D
5.D
6.解析：根据题意因果顺序的进程为：空气推动瓶塞做功—空气内能减小—瓶内空气温度降低—瓶内水蒸气液化成小水珠即“白雾”，而瓶塞跳起的原因是用打气筒往瓶内打气使气体压强增大所致．
答案：B
7.解析：因高压空气急剧外溢时，气体来不及充分与外界发生热交换，可近似看成绝热膨胀过程，气体对外做功，内能减少，所以关闭开关时，筒内气体温度较外界偏低，再经过较长时间后，筒内外气体温度相同．对筒内剩余气体分析，属等容升温过程，压强要升高，大于外界气压，所以再打开开关时，筒内气体要流向筒外．
答案：B
8.解析：气体甲体积减小，外界对它做正功，其中包括mgh和乙气体分子对活塞的力做功W乙，且为正功，ΔE＝mgh＋W乙．
答案：B
9.解析：本题解题的关键是明确甲、乙两气室气体都历经绝热过程，内能改变取决于做功的情况．对甲室内的理想气体，在拉杆缓慢向外拉的过程中，活塞左移，压缩气体，外界对甲室气体做功，其内能应增大；对乙室内的气体，活塞左移，气体膨胀，气体对外界做功，内能应减小．
答案：D
10.BC 11.C 12.A 13.AB 14.C 15.CD 16.BC
17.解析：双手摩擦做功，使手的内能增加，感到暖和；A、C、D都是通过热传递来改变系统的内能。选项B正确。
答案：B
友情提示：注意分清做功和热传递两个过程的不同
18.解析：锯条锯木头与钻木取火时都会做功从而使物体的内能增加，故B、C正确。
答案：B、C
19.解析：用铁锤锻打工件，铁锤对工件做功，使它的内能增加，选C
答案：C
20.解析：选项B是系统对外界做功，内能减小，选项C是吸热使内能增加，而选项D内能不变。故选A。
答案：A
21.解析：选项D是吸热使内能增加，A、B、C正确。
答案：A、B、C
填空题
1.20J 2. 5.5J

解答题
1.解析：外界对气体做功W＝Fs＝5×0.1 J＝0.5 J，气体内能增加，增加量为0.5 J.
答案：增加了0.5 J
2.解析：由功与系统内能改变的关系，则W=ΔU=20J
答案：20J
友情提示：注意功与内能改变的关系。
3.解析：打气时活塞压缩空气做功，使筒内空气内能增加，温度升高；同时克服活塞与筒壁间的摩擦做功也使筒壁内能增加，温度升高。


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