资源简介

1　功　热　内能的改变
素养测练
基础巩固练
考点一　做功和内能的关系
1.如图所示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　)
A.外界对气体做功,气体内能增加
B.外界对气体做功,气体内能减少
C.气体对外界做功,气体内能增加
D.气体对外界做功,气体内能减少
解析:由题意知,在M向下滑动的过程中,外界对气体做功,因为气体不与外界发生热交换,所以气体的内能增加,故A正确。
2.(宁波期中)如图甲所示,内壁光滑的绝热汽缸内用绝热活塞封闭了一定质量的理想气体,初始时汽缸开口向上放置,活塞处于静止状态。现将汽缸倒立挂起,稳定后如图乙所示,该过程中缸内气体(　C　)
A.内能增加,外界对气体做正功
B.内能减小,所有分子热运动速率都减小
C.温度降低,速率大的分子数占总分子数比例减少
D.温度升高,速率大的分子数占总分子数比例增加
解析:初始时汽缸开口向上,活塞处于平衡状态,汽缸内外气体对活塞的压力差与活塞所受的重力平衡,设初始时汽缸内气体的压强为p1,活塞的面积为S,则有p1S=p0S+mg,将汽缸倒立挂起,设汽缸内气体的压强为p2,则有p2S=p0S-mg,由此可知气体的压强减小,气体膨胀,气体对外做功,W<0,汽缸、活塞都是绝热的,内能变化量等于外界对系统做的功,即ΔU=W,可知内能减小,故A错误;由以上分析可知,气体内能减小,缸内理想气体的温度降低,分子热运动的平均速率减小,并不是所有分子热运动的速率都减小,温度降低后,速率大的分子数占总分子数的比例减少,故B、D错误,C正确。
考点二　传热和内能变化的关系
3.关于物体的内能,下列说法错误的是(　D　)
A.夏天从室内冰箱里取一杯水去晒太阳,过一段时间水的温度升高,这是通过传热的方式改变物体的内能
B.传热可以改变物体的内能
C.做功可以改变物体的内能
D.一块0 ℃的冰融化成0 ℃的水,内能减少
解析:晒太阳使温度较低的水升温,是通过传热的方式改变物体的内能,故A不符合题意;物体吸收热量,内能增加,放出热量,内能减少,所以传热可以改变物体的内能,故B不符合题意;物体对外做功,物体的内能减少,外界对物体做功,物体的内能增加,所以做功可以改变物体的内能,故C不符合题意;冰熔化成水,吸收热量,内能增加,故D符合题意。
4.(多选)甲、乙两物体之间接触,但没有发生传热,则(　CD　)
A.两物体所含的热量相等
B.两物体的内能一定相等
C.两物体的温度相等
D.两物体的内能不一定相等
解析:热量是过程量,不是状态量,不能说物体所含的热量;处于热平衡的两物体温度一定相等,不发生传热;物体的内能取决于物体的物质的量、温度、体积及物态,甲、乙两物体温度相等,其内能不一定相等,选项C、D正确。
考点三　温度、热量和内能的区别与联系
5.关于内能、温度和热量,下列说法正确的是(　C　)
A.物体的温度升高时,一定吸收热量
B.物体沿光滑斜面下滑时,内能将增大
C.物体沿斜面匀速下滑时,内能可能增大
D.内能总是从高温物体传递给低温物体,当内能相等时传热停止
解析:物体的温度升高时,可能是外界对物体做了功,不一定吸收热量,选项A错误;物体沿光滑斜面下滑时,没有摩擦力做功,则物体的内能不会增大,选项B错误;物体沿斜面匀速下滑时,可能有摩擦力做功转化为物体的内能,则物体的内能可能增大,选项C正确;热量总是从高温物体传递给低温物体,当温度相等时传热停止,选项D错误。
6.(多选)下列有关物体的内能、温度、热量的说法正确的是(　CD　)
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
解析:物体的内能由物体的物质的量、温度和体积共同决定,两物体的质量相等,而物质的量不一定相同,A错误;温度升高,分子的平均动能增加,但不是每个分子的动能都增加,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。
能力提升练
7.(多选)如图所示,甲、乙两装置均由一支一端封闭、一端开口且带有玻璃泡的管状容器和水银槽组成,除玻璃泡在管上的位置不同外,其他条件都相同。将两管抽成真空后,开口向下竖直插入水银槽中(插入过程没有空气进入管内),水银柱上升至图示位置停止。假设这一过程水银与外界没有热交换,则下列说法正确的是(　BC　)
A.甲中水银的内能增加量大于乙中水银的内能增加量
B.甲内水银的重力势能大于乙的
C.乙中水银的内能增加量大于甲中水银的内能增加量
D.甲和乙中水银体积保持不变,故内能增加量相同
解析:对于吸入容器甲、乙中的水银,其体积相等,则大气压力做的功相同,但克服重力做功不同,甲中较大,乙中较小,可知甲中水银内能增加量小,但甲中水银的重力势能增加量大,B、C正确。
8.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力,则被密封的气体(　C　)
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
解析:绝热容器和活塞使得气体不能与外界发生传热,那么活塞向下移动,外力对气体做正功,气体内能增加,而理想气体的内能取决于分子平均动能,分子平均动能的标志是温度,所以内能增加,温度升高,体积变小,分子平均动能变大,那么单位时间内分子对单位面积的容器壁撞击力增大,压强增大,选项C正确。
9.(多选)如图所示,绝热汽缸中间用固定栓将可无摩擦移动的导热隔板固定,隔板质量不计,左右两室分别充有一定质量的氢气和氧气(视为理想气体)。初始时,两室气体的温度相等,氢气的压强大于氧气的压强,松开固定栓直至系统重新达到平衡,下列说法正确的是(　CD　)
A.初始时氢气分子的平均动能大于氧气分子的平均动能
B.系统重新达到平衡时,氢气的内能比初始时的小
C.松开固定栓直至系统重新达到平衡的过程中,有热量从氧气传递到氢气
D.松开固定栓直至系统重新达到平衡的过程中,氧气的内能先增加后减少
解析:温度是分子热运动平均动能的标志,与分子质量无关,初始时,两室气体的温度相同,故分子的平均动能相同,故A错误;松开固定栓后,氢气体积变大,对外做功,内能减少,温度降低,氧气体积减小,外界对氧气做功,内能增加,温度升高,由于存在温度差,故会发生传热,最后二者温度相同,故氧气内能又减少,由于汽缸是绝热的,所以达到热平衡后,两种气体的内能与初始时相同,故B错误,C、D正确。
10.(多选)如图所示,绝热的汽缸与绝热的活塞A、B密封一定质量的理想气体后水平放置在光滑地面上,不计活塞与汽缸壁的摩擦,现用电热丝给汽缸内的气体加热,在加热过程中,下列说法正确的是(　AC　)
A.汽缸仍保持静止
B.活塞A、B均向左移动
C.密封气体的内能一定增加
D.汽缸中单位时间内作用在活塞A和活塞B上的分子个数相同
解析:对汽缸整体分析,外部各个方向上受到大气的压力平衡,所以汽缸保持静止,故A正确;用电热丝给汽缸内的气体加热后,汽缸内的气体温度升高,内能增加,压强变大,活塞A、B均向外运动,故B错误,C正确;活塞A的面积大于活塞B的面积,单位时间内作用在活塞A和活塞B上的分子个数不同,故D错误。1　功　热　内能的改变
[课标引领]
学习目标要求 核心素养和关键能力
1.了解焦耳的两个实验的原理。 2.知道做功和传热是改变内能的两种方式及做功、传热与内能改变的关系。 3.明确内能、功、热量和温度四个物理量的区别和联系。 1.科学思维 用等效思维理解做功和传热在改变物体内能上的等效性。 2.科学探究 体会焦耳实验的科学探究过程。
知识点一　焦耳实验
科学思维
1.思考判断
(1)系统不从外界吸热,同时也不向外界放热,这样的过程叫作绝热过程。(　√　)
(2)要使系统状态通过绝热过程发生变化,做功的数量与做功的方式有关。(　×　)
2.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(　C　)
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
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,仅与做功数量有关,故选C。
知识点二　功　内能的改变
情境探究　
如图所示,在有机玻璃筒底放少量浸有乙醚的棉花,用活塞封闭筒中空气,并迅速压下活塞,观察出现的现象。
探究:(1)对出现的现象,你如何解释
(2)图中用力按压活塞时为什么一定要迅速
答案:(1)快速压下活塞,会看到棉花燃烧。这是因为外界压缩空气做功,使空气内能增大,温度升高,达到乙醚的燃点后引起棉花燃烧。
(2)迅速按压活塞是为了使系统与外界来不及交换热量,创造一个绝热条件。
科学思维
1.思考判断
(1)在绝热过程中,外界对系统做多少功,内能就增加多少。(　√　)
(2)功和内能都是能量转化的量度。(　×　)
2.如图所示,在演示做功可以改变气体内能的实验中,下列说法正确的是(　B　)
A.要缓缓地压下活塞,防止损坏圆筒
B.实验的研究对象是圆筒中的空气
C.观察到棉花着火说明做功使棉花的内能增加了
D.实验说明通过传热使筒内空气温度升高
解析:为减小传热的影响,应迅速压下活塞,快速压下活塞时,活塞对筒内的空气做功,将机械能转化为筒内空气的内能,使空气的温度升高,说明做功可以改变物体的内能;筒内空气又将热量传递给棉花,当棉花的温度达到燃点时,棉花将燃烧起来,棉花的内能增加不是通过做功的方式实现的,故A、C、D错误。做功可以改变气体内能,是外力对空气做功,空气的内能增加,实验的研究对象是圆筒中的空气,故B正确。
知识点三　热　内能的改变
情境探究　
某同学做了一个小实验:先把空的烧瓶放入冰箱冷冻一段时间后取出,并迅速把一个气球紧密地套在瓶颈上,然后将烧瓶放进盛满热水的水槽内,气球逐渐膨胀起来。
探究:(1)烧瓶放进热水中,烧瓶内气体的内能增加了还是减少了 气球膨胀的原因是什么
(2)气球内气体内能变化的本质是什么
答案:(1)增加了。将烧瓶放进盛满热水的水槽内,开始时烧瓶内气体温度低,则气体吸收热量,内能增加,温度升高,体积增大而使气球逐渐膨胀起来。
(2)气球内气体的内能变化的本质是能量由水转移到气球内的气体上。
科学思维
1.思考判断
(1)温度高的物体含有的热量多。(　×　)
(2)内能多的物体含有的热量多。(　×　)
(3)热量一定从内能多的物体传递给内能少的物体。(　×　)
(4)做功和传热都可以改变物体的内能,从效果上是等效的。(　√　)
(5)传热只能发生在两个物体间,同一物体不能发生传热。(　×　)
(6)系统只从外界吸热,而不向外界放热的过程就是绝热过程。(　×　)
2.下列生活实例中通过传热的方式改变物体内能的是(　B　)
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.划火柴点火
D.铁钉被锤子敲打后会升温
解析:野外生存中利用钻木取火是通过做功改变内能,选项A错误;暖手宝可以使手变得暖和是通过传热改变内能,选项B正确;划火柴点火,属于擦燃,是摩擦生热,是通过做功改变内能,选项C错误;铁钉被锤子敲打后会升温是通过做功改变内能,选项D错误。
要点一　做功和内能的关系
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)当系统从某一状态经过绝热过程达到另一状态时,内能的变化量ΔU就等于外界对系统所做的功W,表达式为ΔU=U2-U1=W。
(3)外界对某一系统做功时系统的内能不一定增加,还要看该系统有没有向外放热,以及向外放热的多少。
2.功与内能的区别
(1)功是过程量,内能是状态量。
(2)在绝热过程中,做功一定能引起内能的变化。
(3)物体的内能大,并不意味着做功多。在绝热过程中,只有内能变化越大时,相应地做功才越多。
[例1] 有一种点火器如图所示,用牛角做套筒,木质推杆前端粘着艾绒。猛推推杆,艾绒即可点燃。对筒内封闭的气体,在压缩过程中(　B　)
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
解析:气体在压缩过程中,来不及与外界进行热交换,所以外界对气体做正功,气体内能增加,温度升高,压强变大,选项B正确。
[针对训练1] 礼花喷射器原理如图。通过扭动气阀可释放压缩气罐内气体产生冲击,将纸管里填充的礼花彩条喷向高处,营造气氛。在喷出礼花彩条的过程中,罐内气体(　B　)
A.温度保持不变
B.内能减少
C.分子热运动加剧
D.通过传热方式改变自身的内能
解析:高压气体膨胀对外做功,气体内能转化为礼花彩条的机械能,气体内能减少,温度降低,分子热运动减慢,故A、C错误,B正确;气体对外做功,内能减少,这是通过做功的方式改变自身的内能,故D错误。
要点二　传热和内能变化的关系
1.在单纯传热过程中,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.做功和传热的区别与联系
比较项目 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,内能增加;物体放出热量,内能减少
物理 实质 其他形式的能与内能之间的转化。当机械能转化为内能时,必须通过物体的宏观运动才能实现 不同物体间或同一物体的不同部分之间内能的转移。物体间发生传热的必要条件是存在温度差
相互 联系 做一定量的功或传递一定量的热在改变内能的效果上是相同的
[例2] (多选)一铜块和一铁块,质量相等,铜块的温度T1比铁块的温度T2高,当它们接触在一起时,如果不和外界交换能量,则(　AC　)
A.从二者开始接触到达到热平衡的整个过程中,铜块内能的减少量等于铁块内能的增加量
B.在二者达到热平衡以前的任意一段时间内,铜块内能的减少量不等于铁块内能的增加量
C.在二者达到热平衡以前的任意一段时间内,铜块内能的减少量都等于铁块内能的增加量
D.达到热平衡时,铜块的温度比铁块的低
解析:热平衡条件是温度相等,传热的方向是从温度高的物体传向温度低的物体。在传热过程中高温物体放出的热量等于低温物体吸收的热量,而内能的改变量等于系统间传递热量的多少,因此选项A、C正确,B、D错误。
[针对训练2] 下列所述现象中,属于通过传热改变了物体内能的是(　B　)
A.将一段铁丝反复弯折,弯折处会发热
B.放在空气中的一杯热水会冷却
C.在转动的砂轮上磨车刀,车刀发热
D.电流通过电阻丝
解析:弯折铁丝是力对物体做功,在转动的砂轮上磨车刀是摩擦力做功,电流通过电阻丝做功,三者都是通过做功改变物体的内能;热水放在空气中,自身的内能减少,温度降低,因此是通过传热方式改变物体的内能,故选B。
[针对训练3] 下列关于做功、传热与内能变化的说法正确的是(　A　)
A.不通过做功的过程,物体的内能也可以改变
B.不对物体做功,物体内能总保持不变
C.外力对物体做2 J的功,物体就一定增加2 J的内能
D.物体吸收热量,内能一定增加
解析:做功和传热都可以改变物体的内能,A正确,B错误;外力对物体做2 J的功,若物体与外界没有热交换时,则内能一定增加2 J,C错误;物体吸收热量时,如果对外做功,内能不一定增加,D错误。
要点三　温度、热量和内能的区别与联系
1.热量与内能
(1)内能是由系统的状态决定的,状态确定,系统的内能也随之确定,要使系统的内能发生变化,可以通过传热和做功两种方式来完成。
(2)对某一状态而言,只有“内能”,根本不存在“热量”和“功”,不能说一个系统中含有多少热量。
2.热量与温度
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。传热的前提条件是两个系统之间有温度差,传递的是热量而不是温度。
3.热量与功
热量和功都是系统内能变化的量度,都是过程量,一定量的热量与一定量的功相当,热量可以通过系统转化为功,功也可以通过系统转化为热量,但它们之间有着本质的区别。
4.温度与内能
温度表示物体的冷热程度,它是一个状态量,所以只能说“物体的温度是多少”。温度是不能“传递”和“转移”的。内能大小与物质的量、体积、温度及构成物体的物质种类都有关系。内能是能量的一种形式,它是物体内部所有分子无规则运动的动能与势能的总和。
[例3] 关于温度、热量、功和内能,下列说法正确的是(　D　)
A.同一物体温度高时,含有的热量多
B.物体的内能越大,含有的热量就越多,温度也越高
C.外界对系统做功,内能必定增加
D.发生传热的条件是两物体之间存在温度差
解析:热量是物体间进行传热时内能的转移,不能说物体含有多少热量,故A、B错误;由于做功和传热都可以引起物体内能的变化,只根据做功无法准确判断物体内能的变化,故C错误;两物体之间发生传热的条件是存在温度差,故D正确。
温度、热量和内能的理解要点
(1)温度高,内能不一定多;温度低,内能也不一定少。
(2)热量从温度高的物体向温度低的物体传递,而不是从内能多的物体向内能少的物体传递。
(3)热量的概念只有在涉及能量的传递时才有意义,因此不能说物体具有多少热量,只能说物体吸收或放出了多少热量。
[针对训练4] 对于热量、功和物体的内能这三个物理量,下列叙述正确的是(　D　)
A.热量、功、内能三者的物理意义相同
B.热量和功都可以作为物体内能的量度
C.热量、功、内能的单位肯定不相同
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
解析:热量、功和内能是三个不同的物理量,它们的物理意义不同,功与热量都是能量转化的量度,都可以作为物体内能变化的量度,但不是物体内能的量度,功和热量由过程决定,内能由物体的状态决定,故A、B错误,D正确;热量、功和内能的单位相同,都是焦耳,故C错误。
素养测练
基础巩固练
考点一　做功和内能的关系
1.如图所示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　)
A.外界对气体做功,气体内能增加
B.外界对气体做功,气体内能减少
C.气体对外界做功,气体内能增加
D.气体对外界做功,气体内能减少
解析:由题意知,在M向下滑动的过程中,外界对气体做功,因为气体不与外界发生热交换,所以气体的内能增加,故A正确。
2.(宁波期中)如图甲所示,内壁光滑的绝热汽缸内用绝热活塞封闭了一定质量的理想气体,初始时汽缸开口向上放置,活塞处于静止状态。现将汽缸倒立挂起,稳定后如图乙所示,该过程中缸内气体(　C　)
A.内能增加,外界对气体做正功
B.内能减小,所有分子热运动速率都减小
C.温度降低,速率大的分子数占总分子数比例减少
D.温度升高,速率大的分子数占总分子数比例增加
解析:初始时汽缸开口向上,活塞处于平衡状态,汽缸内外气体对活塞的压力差与活塞所受的重力平衡,设初始时汽缸内气体的压强为p1,活塞的面积为S,则有p1S=p0S+mg,将汽缸倒立挂起,设汽缸内气体的压强为p2,则有p2S=p0S-mg,由此可知气体的压强减小,气体膨胀,气体对外做功,W<0,汽缸、活塞都是绝热的,内能变化量等于外界对系统做的功,即ΔU=W,可知内能减小,故A错误;由以上分析可知,气体内能减小,缸内理想气体的温度降低,分子热运动的平均速率减小,并不是所有分子热运动的速率都减小,温度降低后,速率大的分子数占总分子数的比例减少,故B、D错误,C正确。
考点二　传热和内能变化的关系
3.关于物体的内能,下列说法错误的是(　D　)
A.夏天从室内冰箱里取一杯水去晒太阳,过一段时间水的温度升高,这是通过传热的方式改变物体的内能
B.传热可以改变物体的内能
C.做功可以改变物体的内能
D.一块0 ℃的冰融化成0 ℃的水,内能减少
解析:晒太阳使温度较低的水升温,是通过传热的方式改变物体的内能,故A不符合题意;物体吸收热量,内能增加,放出热量,内能减少,所以传热可以改变物体的内能,故B不符合题意;物体对外做功,物体的内能减少,外界对物体做功,物体的内能增加,所以做功可以改变物体的内能,故C不符合题意;冰熔化成水,吸收热量,内能增加,故D符合题意。
4.(多选)甲、乙两物体之间接触,但没有发生传热,则(　CD　)
A.两物体所含的热量相等
B.两物体的内能一定相等
C.两物体的温度相等
D.两物体的内能不一定相等
解析:热量是过程量,不是状态量,不能说物体所含的热量;处于热平衡的两物体温度一定相等,不发生传热;物体的内能取决于物体的物质的量、温度、体积及物态,甲、乙两物体温度相等,其内能不一定相等,选项C、D正确。
考点三　温度、热量和内能的区别与联系
5.关于内能、温度和热量,下列说法正确的是(　C　)
A.物体的温度升高时,一定吸收热量
B.物体沿光滑斜面下滑时,内能将增大
C.物体沿斜面匀速下滑时,内能可能增大
D.内能总是从高温物体传递给低温物体,当内能相等时传热停止
解析:物体的温度升高时,可能是外界对物体做了功,不一定吸收热量,选项A错误;物体沿光滑斜面下滑时,没有摩擦力做功,则物体的内能不会增大,选项B错误;物体沿斜面匀速下滑时,可能有摩擦力做功转化为物体的内能,则物体的内能可能增大,选项C正确;热量总是从高温物体传递给低温物体,当温度相等时传热停止,选项D错误。
6.(多选)下列有关物体的内能、温度、热量的说法正确的是(　CD　)
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
解析:物体的内能由物体的物质的量、温度和体积共同决定,两物体的质量相等,而物质的量不一定相同,A错误;温度升高,分子的平均动能增加,但不是每个分子的动能都增加,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。
能力提升练
7.(多选)如图所示,甲、乙两装置均由一支一端封闭、一端开口且带有玻璃泡的管状容器和水银槽组成,除玻璃泡在管上的位置不同外,其他条件都相同。将两管抽成真空后,开口向下竖直插入水银槽中(插入过程没有空气进入管内),水银柱上升至图示位置停止。假设这一过程水银与外界没有热交换,则下列说法正确的是(　BC　)
A.甲中水银的内能增加量大于乙中水银的内能增加量
B.甲内水银的重力势能大于乙的
C.乙中水银的内能增加量大于甲中水银的内能增加量
D.甲和乙中水银体积保持不变,故内能增加量相同
解析:对于吸入容器甲、乙中的水银,其体积相等,则大气压力做的功相同,但克服重力做功不同,甲中较大,乙中较小,可知甲中水银内能增加量小,但甲中水银的重力势能增加量大,B、C正确。
8.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力,则被密封的气体(　C　)
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
解析:绝热容器和活塞使得气体不能与外界发生传热,那么活塞向下移动,外力对气体做正功,气体内能增加,而理想气体的内能取决于分子平均动能,分子平均动能的标志是温度,所以内能增加,温度升高,体积变小,分子平均动能变大,那么单位时间内分子对单位面积的容器壁撞击力增大,压强增大,选项C正确。
9.(多选)如图所示,绝热汽缸中间用固定栓将可无摩擦移动的导热隔板固定,隔板质量不计,左右两室分别充有一定质量的氢气和氧气(视为理想气体)。初始时,两室气体的温度相等,氢气的压强大于氧气的压强,松开固定栓直至系统重新达到平衡,下列说法正确的是(　CD　)
A.初始时氢气分子的平均动能大于氧气分子的平均动能
B.系统重新达到平衡时,氢气的内能比初始时的小
C.松开固定栓直至系统重新达到平衡的过程中,有热量从氧气传递到氢气
D.松开固定栓直至系统重新达到平衡的过程中,氧气的内能先增加后减少
解析:温度是分子热运动平均动能的标志,与分子质量无关,初始时,两室气体的温度相同,故分子的平均动能相同,故A错误;松开固定栓后,氢气体积变大,对外做功,内能减少,温度降低,氧气体积减小,外界对氧气做功,内能增加,温度升高,由于存在温度差,故会发生传热,最后二者温度相同,故氧气内能又减少,由于汽缸是绝热的,所以达到热平衡后,两种气体的内能与初始时相同,故B错误,C、D正确。
10.(多选)如图所示,绝热的汽缸与绝热的活塞A、B密封一定质量的理想气体后水平放置在光滑地面上,不计活塞与汽缸壁的摩擦,现用电热丝给汽缸内的气体加热,在加热过程中,下列说法正确的是(　AC　)
A.汽缸仍保持静止
B.活塞A、B均向左移动
C.密封气体的内能一定增加
D.汽缸中单位时间内作用在活塞A和活塞B上的分子个数相同
解析:对汽缸整体分析,外部各个方向上受到大气的压力平衡,所以汽缸保持静止,故A正确;用电热丝给汽缸内的气体加热后,汽缸内的气体温度升高,内能增加,压强变大,活塞A、B均向外运动,故B错误,C正确;活塞A的面积大于活塞B的面积,单位时间内作用在活塞A和活塞B上的分子个数不同,故D错误。(共39张PPT)
1　功　热　内能的改变
主题三　热力学定律
[课标引领]
学习目标要求 核心素养和关键能力
1.了解焦耳的两个实验的原理。 2.知道做功和传热是改变内能的两种方式及做功、传热与内能改变的关系。 3.明确内能、功、热量和温度四个物理量的区别和联系。 1.科学思维
用等效思维理解做功和传热在改变物体内能上的等效性。
2.科学探究
体会焦耳实验的科学探究过程。
预学智测
·
科学思维
「科学思维」
知识点一　焦耳实验
1.思考判断
(1)系统不从外界吸热,同时也不向外界放热,这样的过程叫作绝热过程。
(　 　)
(2)要使系统状态通过绝热过程发生变化,做功的数量与做功的方式有关。
(　 　)
√
×
2.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
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,仅与做功数量有关,故选C。
知识点二　功　内能的改变
「情境探究」
如图所示,在有机玻璃筒底放少量浸有乙醚的棉花,用活塞封闭筒中空气,并迅速压下活塞,观察出现的现象。
探究:(1)对出现的现象,你如何解释
答案:(1)快速压下活塞,会看到棉花燃烧。这是因为外界压缩空气做功,使空气内能增大,温度升高,达到乙醚的燃点后引起棉花燃烧。
答案:(2)迅速按压活塞是为了使系统与外界来不及交换热量,创造一个绝热条件。
(2)图中用力按压活塞时为什么一定要迅速
1.思考判断
(1)在绝热过程中,外界对系统做多少功,内能就增加多少。(　 　)
(2)功和内能都是能量转化的量度。(　 　)
√
「科学思维」
×
2.如图所示,在演示做功可以改变气体内能的实验中,下列说法正确的是
(　 　)
A.要缓缓地压下活塞,防止损坏圆筒
B.实验的研究对象是圆筒中的空气
C.观察到棉花着火说明做功使棉花的内能增加了
D.实验说明通过传热使筒内空气温度升高
B
解析:为减小传热的影响,应迅速压下活塞,快速压下活塞时,活塞对筒内的空气做功,将机械能转化为筒内空气的内能,使空气的温度升高,说明做功可以改变物体的内能;筒内空气又将热量传递给棉花,当棉花的温度达到燃点时,棉花将燃烧起来,棉花的内能增加不是通过做功的方式实现的,故A、C、D错误。做功可以改变气体内能,是外力对空气做功,空气的内能增加,实验的研究对象是圆筒中的空气,故B正确。
知识点三　热　内能的改变
「情境探究」
某同学做了一个小实验:先把空的烧瓶放入冰箱冷冻一段时间后取出,并迅速把一个气球紧密地套在瓶颈上,然后将烧瓶放进盛满热水的水槽内,气球逐渐膨胀起来。
探究:(1)烧瓶放进热水中,烧瓶内气体的内能增加了还是减少了 气球膨胀的原因是什么
答案:(1)增加了。将烧瓶放进盛满热水的水槽内,开始时烧瓶内气体温度低,则气体吸收热量,内能增加,温度升高,体积增大而使气球逐渐膨胀起来。
答案:(2)气球内气体的内能变化的本质是能量由水转移到气球内的气体上。
(2)气球内气体内能变化的本质是什么
1.思考判断
(1)温度高的物体含有的热量多。(　 　)
(2)内能多的物体含有的热量多。(　 　)
(3)热量一定从内能多的物体传递给内能少的物体。(　 　)
(4)做功和传热都可以改变物体的内能,从效果上是等效的。(　 　)
(5)传热只能发生在两个物体间,同一物体不能发生传热。(　 　)
(6)系统只从外界吸热,而不向外界放热的过程就是绝热过程。(　 　)
「科学思维」
×
√
×
×
×
×
2.下列生活实例中通过传热的方式改变物体内能的是(　 　)
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.划火柴点火
D.铁钉被锤子敲打后会升温
B
解析:野外生存中利用钻木取火是通过做功改变内能,选项A错误;暖手宝可以使手变得暖和是通过传热改变内能,选项B正确;划火柴点火,属于擦燃,是摩擦生热,是通过做功改变内能,选项C错误;铁钉被锤子敲打后会升温是通过做功改变内能,选项D错误。
探究重点
·
深化学习
要点一　做功和内能的关系
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)当系统从某一状态经过绝热过程达到另一状态时,内能的变化量ΔU就等于外界对系统所做的功W,表达式为ΔU=U2-U1=W。
(3)外界对某一系统做功时系统的内能不一定增加,还要看该系统有没有向外放热,以及向外放热的多少。
2.功与内能的区别
(1)功是过程量,内能是状态量。
(2)在绝热过程中,做功一定能引起内能的变化。
(3)物体的内能大,并不意味着做功多。在绝热过程中,只有内能变化越大时,相应地做功才越多。
[例1] 有一种点火器如图所示,用牛角做套筒,木质推杆前端粘着艾绒。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
B
解析:气体在压缩过程中,来不及与外界进行热交换,所以外界对气体做正功,气体内能增加,温度升高,压强变大,选项B正确。
[针对训练1] 礼花喷射器原理如图。通过扭动气阀可释放压缩气罐内气体产生冲击,将纸管里填充的礼花彩条喷向高处,营造气氛。在喷出礼花彩条的过程中,罐内气体(　 　)
A.温度保持不变
B.内能减少
C.分子热运动加剧
D.通过传热方式改变自身的内能
B
解析:高压气体膨胀对外做功,气体内能转化为礼花彩条的机械能,气体内能减少,温度降低,分子热运动减慢,故A、C错误,B正确;气体对外做功,内能减少,这是通过做功的方式改变自身的内能,故D错误。
要点二　传热和内能变化的关系
1.在单纯传热过程中,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.做功和传热的区别与联系
比较项目 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,内能增加;物体放出热量,内能减少
物理 实质 其他形式的能与内能之间的转化。当机械能转化为内能时,必须通过物体的宏观运动才能实现 不同物体间或同一物体的不同部分之间内能的转移。物体间发生传热的必要条件是存在温度差
相互 联系 做一定量的功或传递一定量的热在改变内能的效果上是相同的 [例2] (多选)一铜块和一铁块,质量相等,铜块的温度T1比铁块的温度T2高,当它们接触在一起时,如果不和外界交换能量,则(　 　)
A.从二者开始接触到达到热平衡的整个过程中,铜块内能的减少量等于铁块内能的增加量
B.在二者达到热平衡以前的任意一段时间内,铜块内能的减少量不等于铁块内能的增加量
C.在二者达到热平衡以前的任意一段时间内,铜块内能的减少量都等于铁块内能的增加量
D.达到热平衡时,铜块的温度比铁块的低
AC
解析:热平衡条件是温度相等,传热的方向是从温度高的物体传向温度低的物体。在传热过程中高温物体放出的热量等于低温物体吸收的热量,而内能的改变量等于系统间传递热量的多少,因此选项A、C正确,B、D错误。
[针对训练2] 下列所述现象中,属于通过传热改变了物体内能的是(　 　)
A.将一段铁丝反复弯折,弯折处会发热
B.放在空气中的一杯热水会冷却
C.在转动的砂轮上磨车刀,车刀发热
D.电流通过电阻丝
B
解析:弯折铁丝是力对物体做功,在转动的砂轮上磨车刀是摩擦力做功,电流通过电阻丝做功,三者都是通过做功改变物体的内能;热水放在空气中,自身的内能减少,温度降低,因此是通过传热方式改变物体的内能,故选B。
[针对训练3] 下列关于做功、传热与内能变化的说法正确的是(　 　)
A.不通过做功的过程,物体的内能也可以改变
B.不对物体做功,物体内能总保持不变
C.外力对物体做2 J的功,物体就一定增加2 J的内能
D.物体吸收热量,内能一定增加
A
解析:做功和传热都可以改变物体的内能,A正确,B错误;外力对物体做2 J的功,若物体与外界没有热交换时,则内能一定增加2 J,C错误;物体吸收热量时,如果对外做功,内能不一定增加,D错误。
要点三　温度、热量和内能的区别与联系
1.热量与内能
(1)内能是由系统的状态决定的,状态确定,系统的内能也随之确定,要使系统的内能发生变化,可以通过传热和做功两种方式来完成。
(2)对某一状态而言,只有“内能”,根本不存在“热量”和“功”,不能说一个系统中含有多少热量。
2.热量与温度
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。传热的前提条件是两个系统之间有温度差,传递的是热量而不是温度。
3.热量与功
热量和功都是系统内能变化的量度,都是过程量,一定量的热量与一定量的功相当,热量可以通过系统转化为功,功也可以通过系统转化为热量,但它们之间有着本质的区别。
4.温度与内能
温度表示物体的冷热程度,它是一个状态量,所以只能说“物体的温度是多少”。温度是不能“传递”和“转移”的。内能大小与物质的量、体积、温度及构成物体的物质种类都有关系。内能是能量的一种形式,它是物体内部所有分子无规则运动的动能与势能的总和。
[例3] 关于温度、热量、功和内能,下列说法正确的是(　 　)
A.同一物体温度高时,含有的热量多
B.物体的内能越大,含有的热量就越多,温度也越高
C.外界对系统做功,内能必定增加
D.发生传热的条件是两物体之间存在温度差
D
解析:热量是物体间进行传热时内能的转移,不能说物体含有多少热量,故A、B错误;由于做功和传热都可以引起物体内能的变化,只根据做功无法准确判断物体内能的变化,故C错误;两物体之间发生传热的条件是存在温度差,故D正确。
温度、热量和内能的理解要点
(1)温度高,内能不一定多;温度低,内能也不一定少。
(2)热量从温度高的物体向温度低的物体传递,而不是从内能多的物体向内能少的物体传递。
(3)热量的概念只有在涉及能量的传递时才有意义,因此不能说物体具有多少热量,只能说物体吸收或放出了多少热量。
名师点拨
[针对训练4] 对于热量、功和物体的内能这三个物理量,下列叙述正确的是(　 　)
A.热量、功、内能三者的物理意义相同
B.热量和功都可以作为物体内能的量度
C.热量、功、内能的单位肯定不相同
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
D
解析:热量、功和内能是三个不同的物理量,它们的物理意义不同,功与热量都是能量转化的量度,都可以作为物体内能变化的量度,但不是物体内能的量度,功和热量由过程决定,内能由物体的状态决定,故A、B错误,D正确;热量、功和内能的单位相同,都是焦耳,故C错误。
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