高中物理第十章热力学定律课时1功和内能课时2热和内能学案新人教版选修33整理.docx
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高中物理第十章热力学定律课时1功和内能课时2热和内能学案新人教版选修33整理
2018-2019学年高中物理第十章热力学定律课时1功和内能课时2热和内能学案新人教版选修3-3
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学案1功和内能
学案2热和内能
[目标定位]1.了解焦耳的两个实验的原理,知道做功和热传递的实质.2。
知道做功和热传递是改变内能的两种方式,理解做功和热传递对改变系统内能是等效的,明确两种方式的区别.3。
明确内能、功、热量、温度四个物理量的区别和联系.
一、功和内能
[问题设计]
在焦耳的许多实验中,有两个最具有代表性:
一个实验是让重物下落带动叶片搅拌容器中的水,引起水温上升;另一个实验是通过电流的热效应给水加热.焦耳的这两个实验说明了什么问题?
答案 要使系统状态通过绝热过程发生变化,做功的数量只由过程始末两个状态决定,而与做功方式无关.
[要点提炼]
1.内能
(1)微观:
所有分子的动能和势能之和.
(2)宏观:
只依赖于热力学系统自身状态的物理量.
2.功和内能
(1)功是过程量,内能是状态量.
(2)物体的内能大,并不意味着做功多.
(3)做功可以改变系统的内能,功是系统内能转化的量度,在绝热过程中:
①外界对系统做功,系统内能增加,即ΔU=U2-U1=W;
②系统对外界做功,系统内能减少,即ΔU=W.
二、热和内能
[问题设计]
用铁锤反复敲击铁棒,铁棒的温度会升高,把铁棒放在碳火上烧,铁棒的温度也会升高,这说明了什么问题?
答案 说明做功和热传递都能改变物体的内能.
[要点提炼]
1.热量
热量是单纯的传热过程中系统内能变化的量度,是过程量.
2.热量和内能变化的关系
在只有热传递的情况下,内能的变化量等于物体吸收或放出的热量,即ΔU=Q。
一、功和内能
例1
如图1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( )
图1
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
解析 本题解题的关键是明确甲、乙两气室气体都经历绝热过程,内能的改变取决于做功的情况.对甲室内的气体,在拉杆缓慢向外拉的过程中,活塞左移,压缩气体,外界对甲室内的气体做功,其内能应增大;对乙室内的气体,活塞左移,气体膨胀,乙室内的气体对外界做功,内能应减小.
答案 D
针对训练 如图2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( )
图2
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
答案 C
解析 向下压活塞,力F对气体做功,气体的内能增加,温度升高,对活塞受力分析可得出气体的压强增大,故选项C正确.
二、热和内能
例2
在外界不做功的情况下,物体的内能增加了50J,下列说法中正确的是( )
A.一定是物体放出了50J的热量
B.一定是物体吸收了50J的热量
C.一定是物体分子动能增加了50J
D.物体的分子平均动能可能不变
解析 在外界不做功的情况下,内能的改变量等于传递的热量,内能增加,一定是吸收了相等数量的热量,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50J并不一定是分子动能增加了50J,物体的分子平均动能有可能不变,这时吸收的50J热量全部用来增加分子势能,故C错,D对.
答案 BD
三、内能与相关概念的辨析
例3
关于物体的内能和热量,下列说法中正确的是( )
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.在热传递过程中,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.热量是热传递过程中内能转移的量度
答案 D
解析 物体的内能由温度、体积及物体的质量决定,不是只由温度决定,故选项A、B错;在热传递过程中,热量由高温物体传给低温物体,而与物体的内能大小无关,所以完全有可能是内能大的物体内能继续增大,内能小的物体内能继续减小,故选项C错;关于热量的论述,选项D是正确的.
1.(功和内能)在给自行车轮胎打气时,会发现胎内气体温度升高,这是因为( )
A.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胎内气体温度
D.打气时,外界不断对胎内气体做功
答案 D
解析 给自行车轮胎打气,外界对胎内气体做功,气体内能增加,温度升高,D正确.
2.(功和内能)地面附近有一正在上升的空气团,它与外界的热交换忽略不计.已知大气压强随高度增加而降低,则该空气团在上升过程中(不计空气团内分子间的势能)( )
A.体积减小,温度降低B.体积减小,温度不变
C.体积增大,温度降低D.体积减小,温度不变
答案 C
解析 空气团与外界的热交换忽略不计,随高度上升压强逐渐减小,体积逐渐增大,对外界做功,所以内能逐渐减小,则温度逐渐降低,只有选项C正确,选项A、B、D均错误.
3.(热和内能)下列说法正确的是( )
A.若A、B两物体接触但没有热传递,则两物体所包含的热量相等
B.做功和热传递的共同点是都能使系统内能改变
C.一物体先后经几个不同的物理过程,其温度均从t1升高到t2。
则在这些过程中物体一定从外界吸收相同的热量
D.高温物体内能多,低温物体内能少
答案 B
解析 A、B两物体没有发生热传递是因为两物体温度相等,A错.做功和热传递都是改变内能的方式,B对.一物体温度从t1升高到t2,内能的改变可能是由于吸收了热量,也可能是外界对物体做了功,C错.高温物体分子的平均动能大,内能不一定大,D错.
4.(内能与相关概念的辨析)对于热量、功、内能三个量,下列说法中正确的是( )
A.热量、功、内能三个量的物理意义是等同的
B.热量和功二者可作为物体内能大小的量度
C.热量、功和内能的国际单位都相同
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
答案 CD
解析 热量、功和内能的国际单位都是焦耳,但热量、功、内能三个量的物理意义是不同的,热量和功是过程量,内能是状态量,热量和功二者可作为物体内能改变的量度而不是内能大小的量度.故A、B错误,C、D正确.
题组一 功和内能
1.用下述方法改变物体的内能,属于做功的方式是( )
A.用锤子打铁时,铁块发热
B.用磨刀石磨刀时,刀发热
C.双手互搓,手发热
D.用天然气烧水
答案 ABC
解析 A、B、C中的过程都是力对系统(铁块、刀、手)做功,内能增加和温度升高的过程.而D中的用天然气烧水则是通过热传导和热对流来实现水温升高的.
2.一个铁块沿斜面匀速下滑,关于铁块的机械能和内能的变化(忽略热传递),下列判断中正确的是( )
A.铁块的机械能和内能都不变
B.铁块的机械能减小,内能不变
C.铁块的机械能增大,内能增大
D.铁块的机械能减小,内能增大
答案 D
解析 铁块沿斜面匀速下滑时,动能不变,势能减小,所以铁块的机械能一定减小.铁块沿斜面匀速滑下,说明此斜面一定是不光滑的,铁块下滑时克服摩擦力做功,铁块损失的机械能转化为铁块和斜面的内能,因此铁块的温度会略有升高,内能增大.
3.一定质量的气体经历一缓慢的绝热膨胀过程.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加
B.外界对气体做功,气体分子的平均动能减少
C.气体对外界做功,气体分子的平均动能增加
D.气体对外界做功,气体分子的平均动能减少
答案 D
解析 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W<0.由ΔU=U2-U1=W可知,气体内能减小.由于气体分子间的势能忽略,故气体分子的平均动能减小.
4.图1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( )
图1
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
答案 A
解析 在M向下滑动的过程中,气体体积缩小,外界对气体做功,再根据热力学第一定律知,气体不与外界发生热交换,气体内能增加,故正确答案为A.
5.如图2所示,厚壁容器的一端通过胶塞插进一支灵敏温度计和一根气针,另一端有个用卡子卡住的可移动胶塞.用打气筒缓慢地向容器内打气,使容器内的压强增大到一定程度,这时读出温度计示数.打开卡子,胶塞冲出容器口后( )
图2
A.温度计示数变大,实验表明气体对外界做功,内能减少
B.温度计示数变大,实验表明外界对气体做功,内能增加
C.温度计示数变小,实验表明气体对外界做功,内能减少
D.温度计示数变小,实验表明外界对气体做功,内能增加
答案 C
解析 打开卡子,胶塞冲出容器口后,密封气体体积增大,气体膨胀对外做功,气体内能减少,同时温度降低,温度计示数变小.
题组二 热和内能
6.下列现象中,哪些是通过热传递的方式改变物体内能的( )
A.打开电灯开关,灯丝的温度升高,内能增加
B.夏天喝冰镇汽水来解暑
C.陨石在大气层中下落,温度升高
D.太阳能热水器在阳光照射下,水的温度逐渐升高
答案 BD
解析 A选项是电流做功改变内能,C选项是摩擦力做功改变内能,只有B、D选项是通过热传递的方式改变物体内能的,故选B、D.
7.关于热传递,下列说法正确的是( )
A.热传递中,热量一定从含热量多的物体传向含热量少的物体
B.两个物体之间发生热传递的条件是它们之间有温度差
C.在热传递中,热量一定从内能多的物体传向内能少的物体
D.内能相等的两个物体相互接触时,也可能发生热传递
答案 BD
解析 热量的概念只有在涉及能量的传递时才有意义,所以不能说物体含有多少热量,故A错;物体间发生热传递的必要条件是存在温度差,故B对;在热传递中,热量一定从温度高的物体传向温度低的物体,温度高的物体内能不一定多,故C错,D对.故正确答案为B、D。
8.一铜块和一铁块,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.从两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.在两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.达到热平衡时,铜块的温度T=
D.达到热平衡时,两者的温度相等
答案 AD
解析 一个系统在热交换的过程中,如果不与外界发生热交换,温度高的物体放出的热量等于温度低的物体吸收的热量,直到温度相等,不再发生热交换为止.而热量是热传递过程中内能的变化量,所以选项A、D正确,选项B错误.设c铁、c铜分别为铁、铜的比热容,根据热平衡方程c铜m(T1-T)=c铁m(T-T2),解得T=
,由此可知选项C错误.
题组三 内能与相关概念的辨析
9.关于物体的内能,下列说法中正确的是( )
A.温度相同的同种气体它们的内能一定相等
B.体积相同的同种气体它们的内能一定相等
C.机械能越大的物体内能也越大
D.物体的内能与物体的温度和体积都有关系
答案 D
解析 决定内能的因素有温度、体积及物质的量,D正确,A、B错误;内能与机械能无直接关系,C错误.
10.关于物体的内能,下列说法正确的是( )
A.手感到冷时,搓搓手就会感到暖和些,这是利用做功来改变物体的内能
B.将物体举高或使它们的速度增大,是利用做功来使物体的内能增加
C.阳光照射衣服,衣服的温度升高,是利用热传递来改变物体的内能
D.用打气筒打气,筒内气体变热,是利用热传递来改变物体的内能
答案 AC
11.下列说法中正确的是( )
A.如果取水平地面为零势能面,则静止在水平地面上的物体的机械能和内能都为零
B.如果取水平地面为零势能面,则静止在水平地面上的物体的机械能为零,内能不为零
C.一个装有气体的绝热密封容器做匀速运动,如果使容器突然停止运动,则气体的温度要升高
D.一个装有气体的绝热密封容器做匀速运动,如果使容器突然停止运动,则气体的温度保持不变
答案 BC
解析 内能与零势能面的选取无关,重力势能与零势能面的选取有关,重力势能为零的静止物体机械能为零,但内能永不为零,A错误,B正确;绝热容器停止运动,内部气体的机械能转化为内能,温度升高,C正确,D错误.
12.关于内能、温度和热量,下列说法中正确的是( )
A.物体的温度升高时,一定吸收热量
B.物体沿斜面下滑时,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,当内能相等时热传递停止
答案 C
解析 改变物体内能的两种方法:
做功和热传递.温度升高,内能增加,但不一定是吸收热量,A错误;物体沿斜面下滑时,可能不受摩擦力,内能可能不变,B错误;物体克服摩擦力做功,摩擦生热,内能可能增大,C正确;热传递的条件是物体间存在温度差,热量从温度高的物体传递给温度低的物体,温度相同后热传递停止,D错误.
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