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DISANZHANG
第三章
1　功、热和内能的改变
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，明确两种方式的区别(重难点)。
3.明确内能、功、热量、温度四个物理量的区别和联系。
学习目标
一、焦耳的实验
二、功与内能的改变
课时对点练
三、热与内能的改变
内容索引
焦耳的实验
一
1.绝热过程：系统不从外界 ，也不向外界 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 。
(2)通过电流的 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 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 的物理量。
吸热
放热
热效应
上升
始末
自身状态
1.在焦耳研究功与热等效性的实验中，为什么要求盛水的容器采用绝热材料做外皮？
思考与讨论
答案　隔绝与外界热量的交换，使水温度的升高只由叶片搅拌引起。
返回
2.焦耳的重物下落使水温升高实验和电流热效应给液体加热实验中外界做功的方式相同吗？通过两个实验你能得出什么结论？
答案　不同。在各种不同的绝热过程中，系统状态的改变与做功方式无关，仅与做功多少有关。
功与内能的改变
二
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= 。
2.理解
(1)ΔU=W的适用条件是 过程。
(2)在绝热过程中，外界对系统做功，则W 0，外界对系统做多少功，系统的内能就 多少，系统对外界做功，则W 0，系统对外界做多少功，系统的内能就 多少。
W
绝热
>
增加
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减少
在空气压缩引火仪底部放置少量的硝化棉，迅速压下筒中的活塞，可以观察到硝化棉燃烧的火苗。为什么筒底的硝化棉会被点燃呢？
思考与讨论
答案　外界对筒内气体做功，使气体内能增加，温度升高，达到硝化棉的燃点后引起硝化棉燃烧。
　如图为某种椅子与其升降部分的结构示意图。M、N两筒间密闭了一定质量的气体，M可沿N的内壁上下滑动，设筒内气体不与外界发生热交换，在M向下滑动的过程中
A.外界对气体做功，气体内能增大
B.外界对气体做功，气体内能减小
C.气体对外界做功，气体内能增大
D.气体对外界做功，气体内能减小
例1
√
筒内气体不与外界发生热交换，当M向下滑动时，筒内气体体积变小，外界对气体做功，使气体的内能增大，故选A。
　一定质量的理想气体经历一绝热膨胀过程。设气体分子间的势能可忽略，则在此过程中
A.外界对气体做功，气体分子的平均动能增大
B.外界对气体做功，气体分子的平均动能减小
C.气体对外界做功，气体分子的平均动能增大
D.气体对外界做功，气体分子的平均动能减小
例2
√
绝热膨胀过程是指气体膨胀过程未发生热传递，膨胀过程气体体积增大，气体对外界做功，则W<0，由ΔU=U2-U1=W可知，气体内能减少，由于理想气体分子间的势能忽略，因此气体分子的平均动能减小。故选项D正确。
总结提升
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，并不意味着外界对它做功多。只有在绝热过程中，内能变化越大时，相应地做功才越多。
返回
热与内能的改变
三
1.传热
(1)条件：物体的 不同。
(2)传热：热从 物体传到了 物体。
2.热和内能
(1)热量：在单纯的传热过程中系统 变化的量度。
(2)热与内能的改变
①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= 。
温度
高温
低温
内能
Q
②理解：在单纯传热的过程中，系统从外界吸收热量，则Q 0，系统从外界吸收了多少热量，系统的内能就 多少，系统向外界放热，则Q
___0，系统向外界放了多少热量，系统的内能就 多少。
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 的改变。
(2)做功时，内能与其他形式的能(如内能与机械能、内能与电能等)发生
；传热只是不同物体(或一个物体的不同部分)之间内能的 。
>
增加
<
减少
内能
转化
转移
如图所示是传热的三种方式——传导、对流和辐射。这三种方式在传递能量时有什么共同点？
思考与讨论
答案　三种方式都是热量从一个物体传递到另一个物体。
(1)热量一定从内能多的物体传递给内能少的物体。(　　)
(2)做功和传热都可以改变物体的内能，从效果上是等效的。(　　)
(3)传热只能发生在两个物体间，同一物体不能发生传热。(　　)
×
√
×
　(多选)在外界不做功的情况下，物体的内能增加了50 J，下列说法正确的是
A.一定是物体放出了50 J的热量
B.一定是物体吸收了50 J的热量
C.一定是物体分子动能增加了50 J
D.物体分子的平均动能可能不变
例3
√
√
在外界不做功的情况下，内能的变化量等于传递的热量，内能增加50 J，一定是吸收了50 J的热量，故A错，B对；
物体内能包括所有分子的动能和势能，内能由分子数、分子平均动能、分子势能共同决定，所以内能增加了50 J并不一定是分子动能增加了50 J，物体分子的平均动能有可能不变，这时吸收的50 J热量全部用来增加分子势能，故C错，D对。
　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.在传热过程中，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.在传热过程中，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
例4
√
物体的内能由温度、体积及物体的质量(物质的量)决定，不是只由温度决定，故A、B错误；
在传热过程中，热量由高温物体传给低温物体，而与物体的内能大小无关，所以有可能是内能大的物体内能增大，内能小的物体内能减小，故C错误，D正确。
总结提升
热量、温度与内能的区别
1.热量是系统内能变化的量度，而温度是系统内大量分子做无规则运动剧烈程度的标志，传热的前提是两个系统之间要有温度差，传递的是热量而不是温度。
2.内能是状态量，热量是过程量。热量只有在涉及能量的转移时才有意义。不能说物体具有多少热量，只能说某一过程中物体吸收或放出了多少热量。
3.物体的内能大，并不意味着传热多。只有在仅传热过程中，内能变化越大时，相应地传热才越多。
返回
课时对点练
四
考点一　焦耳的实验
1.(多选)如图为焦耳实验装置示意图，用绝热性能良好的材料制作容器，重物下落时带动叶片转动，搅拌容器里的水，引起水温升高，关于这个实验，下列说法正确的是
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基础对点练
A.该装置可测定做功和内能变化的关系
B.做功增加了水的热量
C.做功增加了水的内能
D.功和热量是完全等价的，无区别
√
√
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该实验测定做功和内能变化的关系，故选项A正确；
该实验是绝热过程，没有传热，水内能的改变
是由于做功，故选项C正确；
做功表示能量的转化，而热量表示传热中内能
的转移，二者有区别，故选项B、D错误。
2.如图是研究内能改变与功之间关系的两个典型实验，那么从这两个实验中可得出的结论是
A.能量守恒定律
B.机械能守恒定律
C.在各种不同的绝热过程中，系统状态的改
变与做功方式无关，仅与做功数量有关
D.在各种不同的绝热过程中，系统状态的改变不仅与做功方式有关，还
与做功数量有关
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通过这两个实验，可得出的结论是在各种不同的绝热过程中，系统状态的改变与做功方式无关，仅与做功数量有关。故选项C正确。
考点二　功与内能的改变
3.(多选)(2024·西安市高二月考)在以下事例中，通过做功的方式来改变物体内能的是
A.两小球碰撞后粘合起来，同时温度升高
B.冬天暖气为房间供暖
C.汽油机的压缩冲程，燃料温度升高
D.汽车的车轮与地面相互摩擦发热
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改变内能的方式有两种：做功和传热。做功的实质是能量的转化过程，做功的过程中能量的形式发生改变；传热是内能的转移，能量的形式不发生变化。两小球碰撞后粘在一起，温度升高，是机械能转化为内能，是利用做功的方式改变物体的内能，故A正确；
冬天暖气为房间供暖，是通过传热的方式来改变物体的内能，故B错误；
汽油机的压缩冲程，燃料温度升高，属于做功改变物体的内能，故C正确；
车轮与地面摩擦生热，是机械能转化为内能，属于做功改变物体的内能，故D正确。
4.拥有私家车的人越来越多，说明人们生活水平不断提高。某汽车的发动机汽缸内装有汽油与空气的混合气体，如图所示，要使该混合气体温度达到其燃点，应
A.迅速向外拉活塞 B.迅速向里推活塞
C.缓慢向里推活塞 D.缓慢向外拉活塞
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气体被压缩时，外界对气体做功使其内能增大，气体膨胀时，气体对外做功内能减少。将装有汽油与空气的混合气体的汽缸中的活塞迅速向里推，
该汽缸内混合气体来不及与外界发生热交换，可以看作绝热过程，通过活塞对混合气体做功，使该混合气体的内能增加，温度升高而达到其燃点，故B正确。
5.(多选)某汽车后备箱内安装有撑起箱盖的装置，它主要由汽缸和活塞组成。开箱时，密闭于汽缸内的压缩气体膨胀，将箱盖顶起，如图所示。在此过程中，若缸内气体与外界无热量交换，忽略气体分子间的相互作用，则缸内气体
A.对外做正功，分子的平均动能减小
B.对外做正功，内能增大
C.对外做负功，分子的平均动能增大
D.对外做正功，内能减小
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气体膨胀，气体对外做正功，W<0，又因为气体与外界无热量交换，由此可知气体内能减小，ΔU<0，B错误，D正确；
因忽略气体分子间的相互作用，忽略分子势能，所以气体分子平均动能减小，A正确，C错误。
考点三　热与内能的改变
6.(2023·上海市浦东新区高二期末)下列生活实例中通过传热改变物体内能的是
A.野外生存中利用钻木取火
B.暖手宝可以使手变得暖和
C.搓搓手可以让手变得暖和
D.铁钉被锤子敲打后会升温
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野外生存中利用钻木取火是做功改变内能，选项A错误；
暖手宝可以使手变得暖和是传热改变内能，选项B正确；
搓搓手可以让手变得暖和是做功改变内能，选项C错误；
铁钉被锤子敲打后会升温是做功改变内能，选项D错误。
7.关于传热，下列说法正确的是
A.传热的实质是温度的传递
B.物体间存在温度差，才能发生传热
C.传热可以在任何情况下进行
D.物体内能发生改变，一定是吸收或放出了热量
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传热的实质是物体间能量的转移，故A错误；
传热的条件是物体间存在温度差，高温物体放出热量，低温物体吸收热量，若两物体温度相同，它们之间便不会发生传热，故B正确，C错误；
物体吸收或放出热量，内能会发生变化，但内能变化不一定是传热引起的，也可能是做功引起的，故D错误。
8.(2023·包头市第六中学高二月考)下列说法正确的是
A.物体的温度升高，物体所含的热量就增多
B.物体的温度不变，内能一定不变
C.热量和功的单位与内能的单位相同，所以热量和功都可作为物体内能
的量度
D.热量和功是由过程决定的，而内能是由物体的状态决定的
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热量是一个过程量，不能说物体含有多少热量，A错误；
物体的温度不变，内能不一定不变，例如0 ℃的冰变为0 ℃的水内能增加，B错误；
热量和功都可以作为物体内能变化的量度，而不是内能的量度，C错误；
热量和功是由过程决定的，而内能是由物体的状态决定的，D正确。
9.如图所示，一定质量的理想气体密封在绝热(即与外界不发生热交换)容器中，容器内装有一可以活动的绝热活塞。现对活塞施加一竖直向下的压力F，使活塞缓慢向下移动一段距离后，气体的体积减小。若忽略活塞与容器壁间的摩擦力，则被密封的气体
A.温度升高，压强增大，内能减少
B.温度降低，压强增大，内能减少
C.温度升高，压强增大，内能增加
D.温度降低，压强减小，内能增加
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能力综合练
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绝热容器中，向下压活塞，活塞对气体做功，气体的内能增加，温度升高，气体的体积减小，可得出气体的压强增大，故选项C正确。
10.(多选)(2024·江西省模拟)如图所示，一绝热容器被隔板K隔开成a、b两部分。已知a内有一定量的稀薄气体，b内为真空。抽开隔板K后，a内气体进入b，最终达到平衡状态，不计分子间的势能。在此过程中下列说法正确的是
A.气体对外界做功，内能减少
B.气体不做功，内能不变
C.气体压强变小，温度不变
D.单位时间内撞击容器壁的分子数减少
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稀薄气体向b真空扩散没有对外界做功，W=0，
故选项A错误；
绝热容器内的稀薄气体与外界不发生传热也没
做功，所以气体内能不变，故选项B正确；
根据题意知，气体体积增大，压强减小，气体的内能不变，则温度不变，故选项C正确；
稀薄气体扩散，体积增大，分子数密度减小，单位时间内和容器壁碰撞的分子数减少，故选项D正确。
11.如图所示，一个绝热汽缸竖直放置，绝热活塞的质量为5 kg，面积为0.1 m2，处于静止状态时被封闭气体的高度为50 cm，现在活塞上方加一质量为15 kg的物体，待稳定后，被封闭气体的高度变为40 cm。求在这一过程中气体的内能增加了多少？(p0=1.01×105 Pa，g取10 m/s2)
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答案　1 030 J
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由于汽缸及活塞均绝热，故外界对气体所做的功全部转化为气体的内能，即ΔU=W外=(m活塞+m物体)gΔh+p0SΔh
=(5+15)×10×0.1 J+1.01×105×0.1×0.1 J=1 030 J。
12.某学生利用自行车内胎、打气筒、温度传感器以及计算机等装置研究自行车内胎打气、打气结束、突然拔掉气门芯放气与放气后静置一段时间的整个过程中内能的变化情况，车胎内气体温度随时间变化的情况如图所示。可获取的信息是
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尖子生选练
A.从开始打气到打气结束的过程中由于气体
对外做功，内能迅速增大
B.从打气结束到拔掉气门芯前由于气体对外做功，其内能缓慢减少
C.拔掉气门芯后，气体冲出对外做功，其内能急剧减少
D.放气后静置一段时间，由于再次对气体做功，气体内能增大
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从开始打气到打气结束的过程外界对车胎内
气体做功，故A错误；
从打气结束到拔掉气门芯前由于传热，车胎
内气体内能减少，故B错误；
拔掉气门芯后车胎内气体冲出对外界做功，气体内能急剧减少，故C正确；
放气后静置一段时间，由于传热车胎内气体温度上升，故D错误。
返回1　功、热和内能的改变
［学习目标］　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，明确两种方式的区别(重难点)。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　　　　，也不向外界　　　　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　　　　。
(2)通过电流的　　　　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　　　　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　　　　　　的物理量。
1.在焦耳研究功与热等效性的实验中，为什么要求盛水的容器采用绝热材料做外皮？
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________2.焦耳的重物下落使水温升高实验和电流热效应给液体加热实验中外界做功的方式相同吗？通过两个实验你能得出什么结论？
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________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=　　　　。
2.理解
(1)ΔU=W的适用条件是　　　　过程。
(2)在绝热过程中，外界对系统做功，则W　　　　0，外界对系统做多少功，系统的内能就　　　　多少，系统对外界做功，则W　　　　0，系统对外界做多少功，系统的内能就　　　　多少。
在空气压缩引火仪底部放置少量的硝化棉，迅速压下筒中的活塞，可以观察到硝化棉燃烧的火苗。为什么筒底的硝化棉会被点燃呢？
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
例1　如图为某种椅子与其升降部分的结构示意图。M、N两筒间密闭了一定质量的气体，M可沿N的内壁上下滑动，设筒内气体不与外界发生热交换，在M向下滑动的过程中(　　)
A.外界对气体做功，气体内能增大
B.外界对气体做功，气体内能减小
C.气体对外界做功，气体内能增大
D.气体对外界做功，气体内能减小
例2　一定质量的理想气体经历一绝热膨胀过程。设气体分子间的势能可忽略，则在此过程中(　　)
A.外界对气体做功，气体分子的平均动能增大
B.外界对气体做功，气体分子的平均动能减小
C.气体对外界做功，气体分子的平均动能增大
D.气体对外界做功，气体分子的平均动能减小
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，并不意味着外界对它做功多。只有在绝热过程中，内能变化越大时，相应地做功才越多。
三、热与内能的改变
1.传热
(1)条件：物体的　　　　不同。
(2)传热：热从　　　　物体传到了　　　　物体。
2.热和内能
(1)热量：在单纯的传热过程中系统　　　　变化的量度。
(2)热与内能的改变
①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=　　　　。
②理解：在单纯传热的过程中，系统从外界吸收热量，则Q　　　　0，系统从外界吸收了多少热量，系统的内能就　　　　多少，系统向外界放热，则Q　　　　0，系统向外界放了多少热量，系统的内能就　　　　多少。
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　　　　的改变。
(2)做功时，内能与其他形式的能(如内能与机械能、内能与电能等)发生　　　　；传热只是不同物体(或一个物体的不同部分)之间内能的　　　　。
如图所示是传热的三种方式——传导、对流和辐射。这三种方式在传递能量时有什么共同点？
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
(1)热量一定从内能多的物体传递给内能少的物体。(　　)
(2)做功和传热都可以改变物体的内能，从效果上是等效的。(　　)
(3)传热只能发生在两个物体间，同一物体不能发生传热。(　　)
例3　(多选)在外界不做功的情况下，物体的内能增加了50 J，下列说法正确的是(　　)
A.一定是物体放出了50 J的热量
B.一定是物体吸收了50 J的热量
C.一定是物体分子动能增加了50 J
D.物体分子的平均动能可能不变
例4　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.在传热过程中，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.在传热过程中，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
热量、温度与内能的区别
1.热量是系统内能变化的量度，而温度是系统内大量分子做无规则运动剧烈程度的标志，传热的前提是两个系统之间要有温度差，传递的是热量而不是温度。
2.内能是状态量，热量是过程量。热量只有在涉及能量的转移时才有意义。不能说物体具有多少热量，只能说某一过程中物体吸收或放出了多少热量。
3.物体的内能大，并不意味着传热多。只有在仅传热过程中，内能变化越大时，相应地传热才越多。
答案精析
一、
1.吸热　放热　
2.(1)上升　(2)热效应　
3.始末　
4.自身状态　
思考与讨论
1.隔绝与外界热量的交换，使水温度的升高只由叶片搅拌引起。
2.不同。在各种不同的绝热过程中，系统状态的改变与做功方式无关，仅与做功多少有关。
二、
1.W　
2.(1)绝热　(2)>　增加　<　减少　
思考与讨论
外界对筒内气体做功，使气体内能增加，温度升高，达到硝化棉的燃点后引起硝化棉燃烧。
例1　A　［筒内气体不与外界发生热交换，当M向下滑动时，筒内气体体积变小，外界对气体做功，使气体的内能增大，故选A。］
例2　D　［绝热膨胀过程是指气体膨胀过程未发生热传递，膨胀过程气体体积增大，气体对外界做功，则W<0，由ΔU=U2-U1=W可知，气体内能减少，由于理想气体分子间的势能忽略，因此气体分子的平均动能减小。故选项D正确。］
三、
1.(1)温度　(2)高温　低温　
2.(1)内能　(2)①Q　②>　增加　<　减少　
3.(1)内能　(2)转化　转移　
思考与讨论
三种方式都是热量从一个物体传递到另一个物体。
易错辨析
(1)×　(2)√　(3)×
例3　BD　［在外界不做功的情况下，内能的变化量等于传递的热量，内能增加50 J，一定是吸收了50 J的热量，故A错，B对；物体内能包括所有分子的动能和势能，内能由分子数、分子平均动能、分子势能共同决定，所以内能增加了50 J并不一定是分子动能增加了50 J，物体分子的平均动能有可能不变，这时吸收的50 J热量全部用来增加分子势能，故C错，D对。］
例4　D　［物体的内能由温度、体积及物体的质量(物质的量)决定，不是只由温度决定，故A、B错误；在传热过程中，热量由高温物体传给低温物体，而与物体的内能大小无关，所以有可能是内能大的物体内能增大，内能小的物体内能减小，故C错误，D正确。］

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