高中物理選修3步步高同步講義第三章 1　功、熱和內能的改變

第三章GONG、REHENEINENGDEGAIBIAN1功、熱和內能的改變梳理教材夯實基礎/探究重點提升素養/課時對點練1.了解焦耳的兩個實驗的原理，知道做功和傳熱的實質.2.知道做功和傳熱是改變內能的兩種方式，理解做功和傳熱對改

變系統內能是等效的，明確兩種方式的區別.3.明確內能、功、熱量、溫度四個物理量的區別和聯系.學習目標內容索引梳理教材夯實基礎Part1探究重點提升素養Part2課時對點練Part3梳理教材夯實基礎Part

11.絕熱過程：系統不從外界

，也不向外界

的過程.2.代表性實驗(1)重物下落時帶動葉片轉動，攪拌容器中的水，水由于摩擦而溫度

.(2)通過電流的

給液體加熱.3.實驗結論：在熱力學系統的絕熱過程中，外界對系統做的功僅由過程的

兩個狀態決定，不依賴于做功的具體過程和方式.4.內能：只依賴于熱力學系統

的物理量.一、焦耳的實驗吸熱放熱上升熱效應始末自身狀態1.功與內能的改變在熱力學系統的絕熱過程中，當系統從狀態1經過絕熱過程達到狀態2時，內能的變化量ΔU＝U2－U1，等于外界對系統所做的功W，即ΔU＝

.2.理解(1)ΔU＝W的適用條件是

過程.(2)在絕熱過程中：外界對系統做功，系統的內能

；系統對外做功，系統的內能

.二、功與內能的改變W絕熱增加減少1.傳熱(1)條件：物體的

不同.(2)傳熱：熱從

物體傳到了

物體.2.熱和內能(1)熱量：在單純的傳熱過程中系統

變化的量度.(2)熱與內能的改變當系統從狀態1經過單純的傳熱達到狀態2時，內能的變化量ΔU＝U2－U1等于外界向系統傳遞的熱量Q，即ΔU＝

.三、熱與內能的改變溫度高溫低溫內能Q(3)傳熱與做功在改變系統內能上的異同.①做功和傳熱都能引起系統

的改變.②做功時，內能與其他形式的能(如內能與機械能、內能與電能等)發生

；傳熱只是不同物體(或一個物體的不同部分)之間內能的

.內能轉化轉移1.判斷下列說法的正誤.(1)系統只從外界吸熱，而不向外界放熱的過程就是絕熱過程.(

)(2)熱量一定從內能多的物體傳遞給內能少的物體.(

)(3)做功和傳熱都可改變物體的內能，從效果上是等效的.(

)(4)在絕熱過程中，外界對系統做的功小于系統內能的增加量.(

)(5)絕熱情況下，系統內能的增加量等于外界對它做的功.(

)(6)傳熱只能發生在兩個物體間，同一物體不能發生傳熱.(

)××√即學即用×√×2.有各種方法可使物體的內能發生改變：a.電爐通電后發熱；b.一杯開水放在桌面上冷卻；c.陽光照射下冰塊融化；d.鋸木頭時，鋸片發燙；e.人坐在火爐旁取暖；f.用打氣筒給自行車輪胎打氣后，打氣筒變熱.其中屬于做功使物體內能改變的是________；屬于傳熱使物體內能改變的是________.返回adfbce探究重點提升素養Part

2一、功與內能的改變1.在焦耳的許多實驗中，有兩個最具有代表性：一個實驗是重物下落時帶動葉片轉動，攪拌容器中的水，水由于摩擦而溫度上升；另一個實驗是通過電流的熱效應給液體加熱.焦耳的這兩個實驗說明了什么問題？導學探究答案絕熱過程中，外界對系統做的功僅由過程的始末狀態決定，與做功的具體過程和方式無關.2.如圖，在有機玻璃筒底放少量的硝化棉(燃點較低)，迅速壓下活塞，觀察硝化棉的變化.(1)你能看到什么現象？實驗現象說明了什么？導學探究答案可以看到硝化棉燃燒.實驗現象說明壓縮空氣做功，使空氣內能增大，達到硝化棉的燃點后引起硝化棉燃燒.(2)圖中用力按壓活塞時為什么一定要迅速？導學探究答案迅速按下活塞是為了減少傳熱，盡量創造一個絕熱條件.1.內能(1)物體的內能是指物體內所有分子的動能和勢能之和，因此物體的內能是一個狀態量.(2)當物體溫度變化時，分子平均動能變化；物體體積變化時，分子勢能發生變化.物體的內能變化只由初、末狀態決定，與中間過程及方式無關.知識深化知識深化2.做功與內能變化的關系(1)做功改變物體內能的過程是其他形式的能(如機械能)與內能相互轉化的過程.(2)在絕熱過程中，外界對物體做功，則W>0，外界對物體做多少功，就有多少其他形式的能轉化為內能，物體的內能就增加多少；物體對外界做功，則W<0，物體對外界做多少功，就有多少內能轉化為其他形式的能，物體的內能就減少多少.知識深化3.功與內能的區別(1)功是過程量，內能是狀態量.(2)物體的內能大，并不意味著做功多.在絕熱過程中，只有內能變化越大時，相應地做功才越多.特別提醒外界對某一系統做功時系統的內能不一定增加，還要看該系統有沒有向外放熱，以及向外放熱的多少.

如圖所示，一定質量的理想氣體密封在絕熱(即與外界不發生熱交換)容器中，容器內裝有一可以活動的絕熱活塞.今對活塞施加一豎直向下的壓力F，使活塞緩慢向下移動一段距離后，氣體的體積減小.若忽略活塞與容器壁間的摩擦力，則被密封的氣體A.溫度升高，壓強增大，內能減少B.溫度降低，壓強增大，內能減少C.溫度升高，壓強增大，內能增加D.溫度降低，壓強減小，內能增加例1√向下壓活塞，活塞對氣體做功，氣體的內能增加，溫度升高，氣體的體積減小，氣體的壓強增大，故選C.針對訓練某汽車后備箱內安裝有撐起箱蓋的裝置，它主要由汽缸和活塞組成.開箱時，密閉于汽缸內的壓縮氣體膨脹，將箱蓋頂起，如圖所示.在此過程中，若缸內氣體與外界無熱交換，忽略氣體分子間的相互作用，則缸內氣體A.對外做正功，分子的平均動能增大B.對外做正功，內能增大C.對外做負功，分子的平均動能增大D.對外做正功，內能減小√氣體膨脹，氣體對外做正功，又因為氣體與外界無熱量交換，由此可知氣體內能減小，B錯誤，D正確；因忽略氣體分子間相互作用，沒有分子勢能，所以分子平均動能減小，A、C錯誤.二、熱與內能的改變1.用鐵錘反復敲擊鐵棒，鐵棒的溫度會升高，把鐵棒放在炭火上燒，鐵棒的溫度也會升高，這說明了什么問題？導學探究答案說明做功和傳熱都能改變物體的內能.2.如圖所示是傳熱的三種方式——傳導、對流和輻射.導學探究(1)這三種方式在傳遞能量時有什么共同點？答案三種方式都是熱量從一個物體傳遞到另一個物體.(2)傳熱和做功都可以改變物體的內能，這兩種方式在改變物體內能時本質上又有什么不同？導學探究答案傳熱是內能在物體間(或一個物體的不同部分之間)轉移，做功是其他形式的能和內能之間的轉化.知識深化1.在單純傳熱的過程中，系統從外界吸收多少熱量，系統的內能就增加多少；系統向外界放出多少熱量，系統的內能就減少多少.即ΔU＝U2－U1＝Q.2.傳熱改變物體內能的過程是不同物體(或一個物體的不同部分)之間內能的轉移.3.傳熱與物體的內能的多少無關，只與兩個物體(或一個物體的兩部分)的溫度差有關，熱量總是從高溫物體自發地傳遞到低溫物體.

(2021·泰安市高二檢測)如圖所示，太陽能熱水器是一種能夠將太陽的光能轉化為內能的裝置.這種裝置可以使裝置內的水溫度升高，這種改變水的內能的方式是A.做功B.傳熱C.既有做功也有熱傳遞D.電流的熱效應例2√太陽能熱水器是通過吸收太陽光的熱量，通過傳熱的方式將水加熱，故選B.

一銅塊和一鐵塊，質量相等，銅塊的溫度T1比鐵塊的溫度T2高，當它們接觸在一起時，如果不和外界交換能量，則A.從兩者開始接觸到熱平衡的整個過程中，銅塊內能的減少量等于鐵塊

內能的增加量B.在兩者達到熱平衡以前的任意一段時間內，銅塊內能的減少量不等于

鐵塊內能的增加量C.達到熱平衡時，銅塊的溫度比鐵塊的低D.以上說法都不正確例3√熱平衡的條件是溫度相等，傳熱的方向是從溫度高的物體傳向溫度低的物體；因不和外界交換能量，則在傳熱過程中高溫物體放出的熱量等于低溫物體吸收的熱量，故A正確.三、內能、功、熱量和溫度的區別和聯系1.熱量和內能(1)內能是由系統的狀態決定的，狀態確定，系統的內能也隨之確定.要使系統的內能發生變化，可以通過傳熱和做功兩種方式來完成.(2)熱量是傳熱過程中的特征物理量，熱量只是反映物體在狀態變化過程中所轉移的能量，是用來衡量物體內能變化的，有過程，才有變化，離開過程，毫無意義.(3)對某一狀態而言，只有“內能”，不存在“熱量”和“功”.不能說一個系統中含有多少熱量.2.熱量與溫度：熱量是系統的內能變化的量度，而溫度是系統內大量分子做無規則運動劇烈程度的標志.傳熱的前提條件是兩個系統之間要有溫度差，傳遞的是熱量而不是溫度.比較項目做功傳熱內能變化外界對物體做功，物體的內能增加；物體對外界做功，物體的內能減少物體吸收熱量，內能增加；物體放出熱量，內能減少物理實質其他形式的能與內能之間的轉化不同物體間或一個物體不同部分之間內能的轉移相互聯系做一定量的功和傳遞相同量的熱量在改變內能的效果上是相同的3.改變內能的兩種方式的比較

(2021·江蘇省江陰高級中學高二期中)對于熱量、功和物體的內能這三個物理量，下列敘述正確的是A.熱量、功、內能三者的物理意義相同B.熱量和功都可以作為物體內能的量度C.熱量、功、內能的單位肯定不相同D.熱量和功是由過程決定的，而內能是由物體的狀態決定的例4√熱量、功和內能是三個不同的物理量，它們的物理意義不同，故A錯誤；功與熱量都可以作為物體內能變化的量度，但不是物體內能的量度，故B錯誤；熱量、功和內能的單位相同，都是焦耳，故C錯誤；功和熱量由過程決定，內能由物體的狀態決定，故D正確.返回課時對點練Part

3考點一焦耳的實驗1.如圖所示為焦耳實驗裝置簡圖，用絕熱性能良好的材料將容器包好.重物下落帶動葉片攪拌容器里的水，引起水溫升高.關于這個實驗，下列說法正確的是A.重物下落帶動葉片轉動，由于葉片向水傳遞熱量

而使水的溫度升高B.做功增加了水的熱量C.做功增加了水的內能D.做功和熱量是完全等價的，無區別√基礎對點練12345678910111213重物下落帶動葉片轉動，由于葉片對水做功而使水的溫度升高，故A錯誤.做功增加了水的內能，而熱量只是傳熱過程中內能改變的量度，所以做功與熱量是不同的，故C正確，B、D錯誤.123456789101112132.如圖所示是焦耳在研究熱與功之間關系的兩個典型實驗，那么從焦耳的這兩個實驗中可得出的結論是A.熱量可由高溫物體傳給低溫物體B.機械能守恒C.在各種不同的絕熱過程中，系統狀態的改變與做功的方式無關，僅與

做功數量有關D.在各種不同的絕熱過程中，系統狀態的改變不僅與做功方式有關，還

與做功數量有關√12345678910111213焦耳通過多次實驗，最后得到的結論是，在各種不同的絕熱過程中，系統狀態的改變與做功方式無關，僅與做功數量有關，故選項C正確，其余選項均不是焦耳實驗的結論.12345678910111213考點二功與內能的改變3.如圖為某種椅子與其升降部分的結構示意圖.M、N兩筒間密閉了一定質量的氣體，M可沿N的內壁上下滑動，設筒內氣體不與外界發生熱交換，在M向下滑動的過程中A.外界對氣體做功，氣體內能增大B.外界對氣體做功，氣體內能減小C.氣體對外界做功，氣體內能增大D.氣體對外界做功，氣體內能減小12345678910111213√筒內氣體不與外界發生熱交換，當M向下滑動時，筒內氣體體積變小，外界對氣體做功，使氣體的內能增大，故選A.123456789101112134.景頗族的祖先發明的點火器如圖所示，用牛角做套筒，木質推桿前端粘著艾絨.猛推推桿，艾絨即可點燃，對筒內封閉的氣體，在壓縮過程中A.氣體溫度升高，壓強不變B.氣體溫度升高，壓強變大C.氣體對外界做正功，氣體內能增加D.外界對氣體做正功，氣體內能減少12345678910111213√在猛推推桿的過程中，氣體來不及和外界進行熱交換，就認為是絕熱過程，在壓縮過程中，外界對氣體做正功，氣體內能增加，溫度升高，壓強變大，故選B.5.如圖所示，活塞將汽缸分成甲、乙兩氣室，汽缸、活塞(連同拉桿)是絕熱的，且不漏氣.以E甲、E乙分別表示甲、乙兩氣室中氣體的內能，則在將拉桿緩慢向左拉的過程中A.E甲不變，E乙減小

B.E甲不變，E乙增大C.E甲增大，E乙不變

D.E甲增大，E乙減小12345678910111213√由題意可知甲、乙兩氣室氣體都經歷絕熱過程，內能的改變取決于做功的情況.對甲氣室內的氣體，在拉桿緩慢向左拉的過程中，活塞左移，壓縮氣體，外界對甲氣室內的氣體做功，其內能增大；對乙氣室內的氣體，活塞左移，氣體膨脹，乙氣室內的氣體對外界做功，內能減小，D正確.123456789101112136.如圖所示，一個質量為20kg的絕熱汽缸豎直放置，絕熱活塞的質量為5kg，面積為0.1m2，處于靜止狀態時，被封閉氣體的高度為50cm，現在活塞上方加一15kg的物體，待穩定后，被封閉氣體的高度變為40cm.求在這一過程中氣體的內能增加了多少？(p0＝1.01×105Pa，g取10m/s2)答案1030J12345678910111213由于汽缸及活塞均絕熱，故外界對氣體所做的功全部轉化為氣體的內能，即ΔU＝W外＝(m活塞＋m物體)gΔh＋p0SΔh＝(5＋15)×10×0.1J＋1.01×105×0.1×0.1J＝1030J.考點三熱與內能的改變7.關于傳熱，下列說法正確的是A.傳熱的實質是溫度的傳遞B.物體間存在溫度差，才能發生傳熱C.傳熱可以在任何情況下進行D.物體內能發生改變，一定是吸收或放出了熱量√12345678910111213傳熱的實質是物體間能量的轉移，故A錯誤；傳熱的條件是物體間存在溫度差，高溫物體放出熱量，低溫物體吸收熱量，若兩物體溫度相同，它們之間便不會發生傳熱，故B正確，C錯誤；物體吸收或放出熱量，內能會發生變化，但內能變化不一定是傳熱引起的，也可能是做功引起的，故D錯誤.123456789101112138.在外界不做功的情況下，物體的內能增加了50J，下列說法正確的是A.一定是物體放出了50J的熱量B.一定是物體吸收了50J的熱量C.一定是物體分子動能增加了50JD.一定是物體分子勢能增加了50J√1234567891011121312345678910111213在外界不做功的情況下，內能的改變量等于傳遞的熱量，內能增加50J，一定是吸收了50J的熱量，故A錯，B對；物體內能包括所有分子的動能和勢能，內能由分子數、分子平均動能、分子勢能共同決定，所以內能增加了50J并不一定是分子動能增加了50J，也不一定是分子勢能增加了50J，故C、D錯.9.(2021·長沙市模擬)下列說法正確的是A.熱量和功是由過程決定的，而內能是由物體狀態決定的B.外界對物體做功，物體的內能一定增大C.物體吸收熱量，溫度一定升高D.熱量總是由內能大的物體流向內能小的物體12345678910111213能力綜合練√12345678910111213熱量和功是過程量，內能是狀態量，故A選項正確；引起物體內能的變化有做功和傳熱兩種途徑，單就一個方面不足以斷定其內能的變化，故B選項錯誤；在晶體熔化和液體沸騰過程中，物體要不斷地吸收熱量，但物體的溫度不變，這時內能的增加主要表現在內部分子勢能的增加，故C選項錯誤；兩物體之間熱量的流向只與它們的溫度有關，與它們內能的大小無關，故D選項錯誤.10.(2021·臨沂市期中)A、B兩物體之間接觸，但沒有發生傳熱，則A.兩物體所含的熱量相等B.兩物體內能相等C.兩物體的溫度相等D.兩物體的內能一定相等12345678910111213√處于熱平衡的兩物體溫度一定相等，不發生傳熱.物體的內能取決于物體的物質的量、溫度、體積及物態，溫度相等，內能不一定相等，故選C.11.關于內能，下列說法正確的是A.物體的內能包括物體運動的動能B.0℃的水結冰過程中溫度不變，內能減小C.提起重物，因為提力做正功，所以物體內能增大D.摩擦冰塊使其融化是采用傳熱的方式改變物體的內能√12345678910111213物體的內能是指物體內所有分子的總動能和分子勢能之和，不包括物體運動的動能，選項A錯誤；0℃的水結冰過程中溫度不變，因要放熱，則內能減小，選項B正確；提起重物，因為提力做正功，所以物體機械能變大，但是內能不一定增大，選項C錯誤；摩擦冰塊使其融化是