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第三章　热力学定律
1　功、热和内能的改变
学习任务一　焦耳的实验
[教材链接] 阅读教材“焦耳的实验”相关内容,完成下列填空:
(1)代表性实验
实验一:重物下落带动叶片搅拌容器中的水,引起水温上升.对于同一个系统,如果过程是绝热的,尽管悬挂重物的质量不同,下落的高度不同,但只要　　　　　　　　相同,系统状态的变化就相同.
实验二:通过电流的热效应给水加热.对于同一个系统,如果过程是绝热的,那么不管通过电阻丝的电流或大或小、通电时间或长或短,只要所做的　　　　相等,系统的状态变化就相同.
实验结论:在各种不同的　　　　中,系统状态的改变与做功方式无关,仅与　　　　有关.
(2)绝热过程:系统只通过　　　　　　　或外界对它做功而与外界交换能量,它不　　　　　　　,也不向外界放热.
(3)内能的定义:任何一个热力学系统必定存在一个只依赖于系统　　　　　　的物理量,这个物理量在两个状态间的差别与外界在绝热过程中对系统做的功相联系,是系统的一种能量,我们把它称为系统的　　　　.
例1 [2024·福建厦门一中月考] 如图所示是焦耳研究热与功之间关系的两个典型实验,那么从焦耳的这两个实验中可得出的结论是 (　)
A.系统状态的改变只能通过传热来实现
B.机械能守恒
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,仅与做功的数量有关
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
学习任务二　功与内能的改变
[科学探究] 采用如图所示装置进行实验:向透明塑料瓶内注入少量水,将打孔的橡胶塞安装上气门嘴后塞紧瓶口,用打气筒向瓶内打气,观察到橡胶塞跳出瓶口时瓶内出现　　　　,这是因为橡胶塞跳出后瓶内的气体迅速膨胀对外做功,导致气体的内能　　　　,瓶内气体温度迅速　　　　,瓶内水蒸气液化,出现大量的雾状小水珠,此实验说明　　　　可以改变物体的内能.
[教材链接] 阅读教材内容,完成下列填空:
(1)内能变化与做功的关系:在绝热过程中,内能的变化量ΔU=U2-U1就等于外界对系统所做的功W,即ΔU=W.
(2)在绝热过程中,外界对系统做功,系统的内能　　　　;系统对外做功,系统的内能　　　　.
例2 [2024·安徽合肥一中月考] 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.今对活塞施以一竖直向下
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,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
【要点总结】
功和内能的联系:
(1)功是过程量,内能是状态量;
(2)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;
(3)在绝热过程中,做功一定能引起内能变化;
(4)物体的内能变化大,并不意味着做功多,只有在绝热过程中,内能变化较大才对应着做功较多.
学习任务三　热与内能的改变
[教材链接] 阅读教材“热与内能的改变”相关内容,完成下列填空:
(1)内能变化与传热的关系:在单纯的传热过程中,内能的变化量ΔU=U2-U1就等于外界向系统传递的热量Q,即ΔU=Q.
(2)热量是在单纯的传热过程中系统　　　　　　的量度.传热是指不同物体(或一个物体的不同部分)之间内能的　　　　,热量的概念只有在涉及　　　　　　时才有意义.
例3 下列各事例中是通过传热改变物体内能的是(　)
A.车床上车刀切削工件后发热
B.用肥皂水淋车刀后车刀降温
C.擦火柴时火柴头温度升高
D.搓搓手就会觉得手发热
【要点总结】
1.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.
2.传热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到低温物体.
学习任务四　改变物体内能的两种方式
[物理观念] 改变物体内能的两种方式的比较
做功 传热
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,物体的内能增加;物体放出热量,物体的内能减少
物理实质 其他形式的能与内能之间的转化 不同物体之间或同一物体的不同部分之间内能的转移
异同点 做功和传热在改变物体的内能上是　　　的,但做功和传热在　　　　上是不同的,做功是能量的转化,传热是热量的转移
例4 关于物体的内能及其变化,以下说法正确的是(　)
　　　　　　　　　　　　　　　
A.物体的温度改变时,其内能一定改变
B.物体对外做功,其内能不一定改变;向物体传热,其内能也不一定改变
C.物体对外做功,其内能一定改变;物体向外放出热量,其内能也一定改变
D.若物体与外界不发生热交换,则物体的内能一定不改变
[反思感悟]

变式 (多选)[2024·湖北武汉二中月考] 对于热量、功和内能三者的关系,下列说法中正确的是 (　)
A.三者单位相同,物理意义相同
B.热量和功是内能的量度
C.热量和功由过程决定,而内能由物体状态决定
D.系统内能增加了100 J,可能是外界采用绝热方式对系统做功100 J,也可能是外界单纯地对系统传递100 J的热量
[反思感悟]


【要点总结】
温度、内能、热量和功的区别与联系
含义 特点
温度 表示物体的冷热程度,是物体分子平均动能大小的标志,是大量分子热运动的集体表现,对个别分子来说没有意义 状态量
内能 是物体内所有分子热运动的动能和分子势能的总和,是由大量分子的热运动和分子的相对位置决定的能 状态量
热量 是传热过程中内能的改变量,用来量度传热过程中内能转移的多少 过程量
功 用来改变系统的内能,促使机械能或其他形式的能和内能之间转化 过程量
(续表)
含义 特点
1.内能的改变通过传热和做功两种方式来完成 2.有过程,才有内能变化,所以离开了过程,热量和功将毫无意义.就某一状态而言,只有“内能”,不存在“热量”和“功”,因此,不能说一个系统中含有“多少热量”或“多少功”
1.(内能、温度、热量的辨析)(多选)[2024·山东青岛二中月考] 下列有关物体的内能、温度、热量的说法中,正确的是 (　)
A.只要两物体的质量、温度和体积相等,两物体内能一定相等
B.只要温度升高,每个分子的动能就都增加
C.热量是传热过程中物体内能变化的量度
D.做功和传热都能改变物体的内能,两过程的本质不同,但改变物体内能的效果相同
2.(改变物体内能的两种方式)下列属于内能发生转移的过程是 (　)
A.摩擦生热
B.电流做功产生电热
C.铁丝弯折发热
D.传热
3.(改变物体内能的两种方式)(多选)下列说法中正确的是 (　)
A.做功和传热是改变物体内能的两种本质不同的过程
B.外界对物体做功,物体的内能一定增大
C.物体向外界放热,物体的内能一定增大
D.热量是在传热过程中,从一个物体向另一个物体或从物体的一部分向另一部分转移的内能的多少
4.(改变物体内能的两种方式)如果铁丝的温度升高了,则 (　)
A.铁丝一定吸收了热量
B.铁丝一定放出了热量
C.外界可能对铁丝做了功
D.外界一定对铁丝做了功
第三章　热力学定律
1　功、热和内能的改变
[教材链接] (1)重力所做的功　电功　绝热过程　做功的数量　(2)对外界做功　从外界吸热　(3)自身状态　内能
例1　C　[解析] 焦耳通过多次实验,最后得到的结论是: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,仅与做功的数量有关,故选C.
[科学探究] 白雾　减少　下降　做功
[教材链接] (2)增加　减少
例2　C　[解析] 压力F通过活塞对密闭的理想气体做正功,容器及活塞绝热,由功和内能的关系知,理想气体内能增大,温度升高,根据=C,可得体积减小,压强增大,故C正确.
[教材链接] (2)内能变化　转移　能量转移
例3　B　[解析] 车床上车刀切削工件后发热、擦火柴时火柴头温度升高、搓搓手就会觉得手发热都是通过做功改变内能的,而用肥皂水淋车刀后车刀降温是通过传热改变物体内能的,故选B.
[物理观念] 等效　本质
例4　B　[解析] 一定质量的物体,其内能由温度和体积共同决定,物体的温度改变时,其内能不一定改变,A错误.做功和传热是改变物体内能的两种方式,当物体对外做功为W,吸收的热量为Q时,若W>Q,则物体的内能减少;若W=Q,则物体的内能不变;若W变式　CD　[解析] 热量、功和内能三者虽然单位相同,但物理意义有本质区别,A错误.热量和功由过程决定,内能由物体状态决定,热量和功是内能变化的量度,C正确,B错误.对一个绝热过程,有ΔU=W=100 J,对一个单纯传热过程,有ΔU=Q=100 J,D正确.
随堂巩固
1.CD　[解析] 物体的内能由物体中的分子数、温度和体积共同决定,两物体的质量相等,而分子数不一定相同, A错误;温度升高,分子的平均动能增加,每个分子的动能不一定都增加,B错误;热量是传热过程中物体内能变化的量度,C正确;做功和传热都能改变物体的内能,做功是能量转化的过程,传热是能量转移的过程,两过程的本质不同,但改变物体内能的效果相同,D正确.
2.D　[解析] 摩擦生热属于用做功的方式实现机械能转化为内能,故A错误;电流做功产生电热属于用做功的方式改变内能,故B错误;铁丝弯折发热属于用做功的方式改变内能,故C错误;传热属于内能在物体间的转移,故D正确.
3.AD　[解析] 做功和传热改变物体内能的本质不同,因为做功的过程是不同形式的能相互转化的过程,而传热是同种形式的能量(内能)在不同的物体之间或物体的不同部分之间转移,故A正确;使物体内能发生变化有做功和传热两种途径,单就一个方面不足以判断其内能的变化情况,故B、C错误;热量是传热过程中内能转移的量度,D正确.
4.C　[解析] 一个物体温度升高,内能增加,可以是对物体做了功,也可以是物体吸收了热量,故A、B、D错误,C正确.

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