第三章熱力學(xué)定律第1節(jié)功、熱和內(nèi)能的改變 【素養(yǎng)目標(biāo)】1.認(rèn)識(shí)物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)形式有多種，對(duì)應(yīng)不同運(yùn)動(dòng)形式的運(yùn)動(dòng)有不同形式的能，各種形式的能在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化 【必備知識(shí)】知識(shí)點(diǎn)一、絕熱過(guò)程系統(tǒng)只是由于外界對(duì)它做功而與外界交換能量，它不從外界吸熱，也不向外界放熱，這樣的過(guò)程叫絕熱過(guò)程。知識(shí)點(diǎn)二、功與內(nèi)能的改變(1)內(nèi)能概念：任何一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)都必定存在一個(gè)只依賴于系統(tǒng)自身狀態(tài)的物理量，這個(gè)物理量在兩個(gè)狀態(tài)間的差別與外界在絕熱過(guò)程中對(duì)系統(tǒng)所做的功相聯(lián)系。我們把這個(gè)物理量稱為系統(tǒng)的內(nèi)能。(2)功與系統(tǒng)內(nèi)能改變：做功可以改變系統(tǒng)的內(nèi)能。功是系統(tǒng)內(nèi)能轉(zhuǎn)化的量度。①外界對(duì)系統(tǒng)做功，系統(tǒng)的內(nèi)能增加。在絕熱過(guò)程中，內(nèi)能的增加量就等于外界對(duì)系統(tǒng)做的功，即ΔU＝U2－U1＝W。(W＞0)②系統(tǒng)對(duì)外界做功，系統(tǒng)的內(nèi)能減少。在絕熱過(guò)程中，系統(tǒng)對(duì)外界做多少功，內(nèi)能就減少多少，即ΔU＝W(W＜0)。說(shuō)明：在國(guó)際單位制中，內(nèi)能和功的單位都是焦耳(J)。【特別提醒】功和內(nèi)能的區(qū)別功是能量轉(zhuǎn)化的量度，與內(nèi)能變化相聯(lián)系，是過(guò)程量，而內(nèi)能是狀態(tài)量，只有在內(nèi)能變化過(guò)程中才有功。物體內(nèi)能大，并不意味著做功多，在絕熱過(guò)程中，只有內(nèi)能變化大，才意味著做功多。知識(shí)點(diǎn)三、熱和內(nèi)能的改變1.熱傳遞(1)概念：兩個(gè)溫度不同的物體互相接觸時(shí)溫度高的物體要降溫，溫度低的物體要升溫，并將持續(xù)到系統(tǒng)間達(dá)到熱平衡，即溫度相等為止，這個(gè)過(guò)程稱為熱傳遞。(2)熱傳遞的實(shí)質(zhì)熱傳遞實(shí)質(zhì)上傳遞的是能量，結(jié)果是改變了系統(tǒng)的內(nèi)能。傳遞能量的多少用熱量來(lái)量度。(3)熱傳遞的條件：物體之間或是物體不同部分之間存在溫度差。(4)熱傳遞的三種方式熱傳遞的三種方式：熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流、熱輻射。①熱傳導(dǎo)——熱沿著物體傳遞的熱傳遞方式，不同物質(zhì)傳導(dǎo)熱的能力各不相同，容易傳導(dǎo)熱的物體稱為熱的良導(dǎo)體，所有金屬都是熱的良導(dǎo)體，不容易傳導(dǎo)熱的物體稱為熱的不良導(dǎo)體，如空氣、橡膠、絨毛、棉紗、木頭、水、油等。②熱對(duì)流——靠液體或氣體的流動(dòng)來(lái)傳遞熱的方式，熱對(duì)流是液體和氣體所特有的熱傳遞方式。③熱輻射——熱從高溫物體向周圍以電磁波的形式沿直線射出去的方式，熱輻射不依賴媒介質(zhì)，可在真空中進(jìn)行，與外界溫差越大，表面顏色越深，物體向外的熱輻射能力越強(qiáng)。2.熱與內(nèi)能的改變:在單純的傳熱過(guò)程中，外界向系統(tǒng)傳遞多少熱量，系統(tǒng)的內(nèi)能就增加多少;系統(tǒng)向外界傳遞多少熱量,系統(tǒng)的內(nèi)能就減少多少。【課堂檢測(cè)】1．組成物體的分子在做永不停息的熱運(yùn)動(dòng)，溫度升高時(shí)，分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能________（選填“增大”、“不變”或“減小”）。改變物體內(nèi)能有做功和_________兩種方式。【答案】增大    熱傳遞    【詳解】[1][2]溫度是分子熱運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)能的標(biāo)志，溫度升高時(shí)，分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能增大；改變物體內(nèi)能有做功和熱傳遞兩種方式。2．氣體溫度計(jì)結(jié)構(gòu)如圖所示．玻璃測(cè)溫泡A內(nèi)充有理想氣體,通過(guò)細(xì)玻璃管B和水銀壓強(qiáng)計(jì)相連．開始時(shí)A處于冰水混合物中,左管C中水銀面在O點(diǎn)處,右管D中水銀面高出O點(diǎn)h1=14 cm,后將A放入待測(cè)恒溫槽中,上下移動(dòng)D,使C中水銀面仍在O點(diǎn)處,測(cè)得D中水銀面高出O點(diǎn)h2=44 cm。(已知外界大氣壓為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓,標(biāo)準(zhǔn)大氣壓相當(dāng)于76 cm高水銀柱產(chǎn)生的壓強(qiáng))(1)求恒溫槽的溫度_______；(2)此過(guò)程A內(nèi)氣體內(nèi)能____(選填“增大”或“減小”),氣體不對(duì)外做功,氣體將____(選填“吸熱”或“放熱”)。【答案】T2=364K(或91 ℃)    增大    吸熱    【詳解】(1)  設(shè)恒溫槽的溫度為T2,由題意知T1=273 KA內(nèi)氣體發(fā)生等容變化,根據(jù)查理定律得p1=p0+ph1p2=p0+ph2聯(lián)立代入數(shù)據(jù)得T2=364 K(或91 ℃)．    ④(2)此過(guò)程中A內(nèi)氣體溫度升高,則內(nèi)能增大;體積不變,則W=0;根據(jù)熱力學(xué)第一定律有ΔU=Q+W,得Q>0,即氣體將吸熱【素養(yǎng)作業(yè)】1．關(guān)于熱傳遞，下列說(shuō)法中正確的是（　　）A．熱傳遞是溫度的傳遞B．物體的內(nèi)能發(fā)生了改變，一定是吸收或放出了熱量C．熱傳遞可以在任何情況下進(jìn)行D．物體間存在著溫度差，才能發(fā)生熱傳遞【答案】D【詳解】A．熱傳遞的實(shí)質(zhì)是能量的傳遞，故A錯(cuò)誤；B．物體的內(nèi)能發(fā)生了改變，可能是由于發(fā)生了熱傳遞，也可能是由于做功導(dǎo)致的，故B錯(cuò)誤；C．熱傳遞必須在有溫度差的情況下進(jìn)行，故C錯(cuò)誤；D．物體間存在著溫度差，才能發(fā)生熱傳遞，故D正確。故選D。2．下列說(shuō)法正確的是（　?。?/span>A．?dāng)U散現(xiàn)象說(shuō)明分子之間存在空隙，同時(shí)分子在永不停息地做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)B．布朗運(yùn)動(dòng)就是液體分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)C．當(dāng)分子力表現(xiàn)為引力時(shí)，分子勢(shì)能隨分子間距離的增加而減小D．減速運(yùn)動(dòng)的物體一定發(fā)生了機(jī)械能向內(nèi)能轉(zhuǎn)化【答案】A【詳解】A．?dāng)U散現(xiàn)象說(shuō)明分子之間存在空隙，同時(shí)分子在永不停息地做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，選項(xiàng)A正確；B．布朗運(yùn)動(dòng)是懸浮在液體表面的固體顆粒的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，是液體分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的具體表現(xiàn)，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；C．當(dāng)分子力表現(xiàn)為引力時(shí)，分子間距離的增加時(shí)，分子力做負(fù)功，則分子勢(shì)能增加，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；D．減速運(yùn)動(dòng)的物體動(dòng)能減小，可能重力勢(shì)能增加，例如上拋物體，不一定發(fā)生了機(jī)械能向內(nèi)能轉(zhuǎn)化，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。故選A。3．下列實(shí)例說(shuō)明做功改變系統(tǒng)內(nèi)能的是（　?。?/span>A．熱水袋取暖B．用雙手摩擦給手取暖C．把手放在火爐旁取暖D．用嘴對(duì)手呵氣給手取暖【答案】B【詳解】B選項(xiàng)中雙手摩擦做功，使手的內(nèi)能增加，感到暖和；ACD都是通過(guò)熱傳遞來(lái)改變系統(tǒng)的內(nèi)能，選項(xiàng)B正確，ACD錯(cuò)誤。故選B。4．關(guān)于溫度和內(nèi)能的理解，下列說(shuō)法中正確的是(    ).A．溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志，物體溫度升高，則物體每一個(gè)分子的動(dòng)能都增大B．不計(jì)分子之間的分子勢(shì)能，質(zhì)量和溫度相同的氫氣和氧氣具有相同的內(nèi)能C．1g100水的內(nèi)能小于1g100水蒸氣的內(nèi)能D．做功和熱傳遞對(duì)改變物體內(nèi)能是等效的，也就是說(shuō)做功和熱傳遞的實(shí)質(zhì)是相同的【答案】C【詳解】A．溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志，物體溫度升高，則分子平均動(dòng)能變大，但非每一個(gè)分子的動(dòng)能都增大，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；B．不計(jì)分子之間的分子勢(shì)能，溫度相同的氫氣和氧氣分子具有相同的平均動(dòng)能，但是質(zhì)量相同的氫氣和氧氣的分子數(shù)不同，則兩種氣體的內(nèi)能不相同，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；C．1g100水變?yōu)?g100的水蒸氣要吸收熱量，則1g100水的內(nèi)能小于1g100水蒸氣的內(nèi)能，選項(xiàng)C正確；D．做功和熱傳遞對(duì)改變物體內(nèi)能是等效的，但是做功和熱傳遞的實(shí)質(zhì)是不相同的，做功是能量的轉(zhuǎn)化，熱傳遞是能量的轉(zhuǎn)移，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。故選C。5．對(duì)于熱量、功和物體的內(nèi)能這三個(gè)物理量，下列敘述正確的是（　?。?/span>A．熱量、功、內(nèi)能三者的物理意義相同B．熱量和功都可以作為物體內(nèi)能的量度C．熱量、功、內(nèi)能的單位肯定不相同D．熱量和功是由過(guò)程決定的，而內(nèi)能是由物體的狀態(tài)決定的【答案】D【詳解】A．熱量、功和內(nèi)能是三個(gè)不同的物理量，它們的物理意義不同，故A錯(cuò)誤；B．功與熱量都是能量轉(zhuǎn)化的量度，都可以作為物體內(nèi)能變化的量度，但不是物體內(nèi)能的量度，故B錯(cuò)誤；C．熱量、功和內(nèi)能的單位相同，都是焦耳，故C錯(cuò)誤；D．功和熱量由過(guò)程決定，內(nèi)能由物體的狀態(tài)決定，故D正確；故選D。6．研究氣體的性質(zhì)時(shí)，可以設(shè)想有一種氣體可以不計(jì)分子大小和分子間相互作用力，我們把它叫做理想氣體。對(duì)于一定質(zhì)量的某種理想氣體，下列說(shuō)法正確的是（　?。?/span>A．氣體溫度升高，每一個(gè)分子的動(dòng)能都增大 B．氣體溫度升高，氣體分子的平均動(dòng)能增大C．氣體壓強(qiáng)是氣體分子間的斥力產(chǎn)生的 D．氣體對(duì)外界做功，氣體內(nèi)能一定減小【答案】B【詳解】AB．氣體溫度升高，氣體分子的平均動(dòng)能增大，但也有少數(shù)氣體分子的動(dòng)能減小，A錯(cuò)誤，B正確；C．氣體壓強(qiáng)是氣體分子持續(xù)撞擊產(chǎn)生的， C錯(cuò)誤；D．根據(jù)熱力學(xué)第一定律當(dāng)氣體對(duì)外界做功時(shí)，同時(shí)氣體從外界吸收熱量，內(nèi)能不一定減小，D錯(cuò)誤。故選B。7．關(guān)于晶體和非晶體及分子勢(shì)能，以下說(shuō)法錯(cuò)誤的是（　?。?/span>A．氣體對(duì)外做功，其內(nèi)能可能增加B．燒熱的針尖接觸涂有蜂蠟薄層的云母片背面，熔化的蜂蠟呈橢圓形，說(shuō)明蜂蠟是晶體C．分子勢(shì)能可能隨分子間距離的增加而增加D．在合適的條件下，某些晶體可以轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷w，某些非晶體也可以轉(zhuǎn)變?yōu)榫w【答案】B【詳解】A．內(nèi)能改變兩種方式，做功和熱傳遞，由于未說(shuō)明傳熱情況，故內(nèi)能可能增加，A選項(xiàng)不合題意，故A錯(cuò)誤；B．燒熱的針尖接觸涂有蜂蠟薄層的云母片背面，說(shuō)明云母片導(dǎo)熱各向異性，所以云母片是晶體，而非蜂蠟，B選項(xiàng)符合題意，故B正確；C．當(dāng)時(shí)，間距增大，分子力做負(fù)功，分子勢(shì)能增大，C選項(xiàng)不合題意，故C錯(cuò)誤；D．晶體和非晶體可以相互轉(zhuǎn)變，比如天然的水晶是晶體，而熔融后的玻璃是非晶體，D選項(xiàng)不合題意，故D錯(cuò)誤。故選B。8．如圖所示，在大口的玻璃瓶?jī)?nèi)裝一些水，水的上方有水蒸氣。然后用一與打氣筒相連的活塞密閉瓶口，并給瓶?jī)?nèi)打氣，當(dāng)打到某一狀態(tài)時(shí)，瓶塞會(huì)跳起來(lái)。當(dāng)瓶塞跳起時(shí)，我們會(huì)看到瓶?jī)?nèi)出現(xiàn)了“白霧”。對(duì)于“白霧”的形成，下列說(shuō)法正確的是（    ）A．這些“白霧”是當(dāng)瓶塞跳起后外界的水蒸氣在瓶口遇冷形成的小水珠B．這是打氣筒向瓶?jī)?nèi)打進(jìn)去的水蒸氣C．這是瓶?jī)?nèi)的水向外膨脹形成的水霧D．瓶?jī)?nèi)空氣推動(dòng)瓶塞做功，空氣的內(nèi)能減小，溫度降低，使水蒸氣液化形成小水滴【答案】D【詳解】當(dāng)用打氣筒向瓶?jī)?nèi)打氣時(shí)，外界對(duì)系統(tǒng)做功，使系統(tǒng)的內(nèi)能增加，溫度升高，壓強(qiáng)增大，使瓶塞從瓶口中噴出形成“白霧”的原因是，在塞子突然跳起時(shí)，氣體絕熱膨脹對(duì)外做功，內(nèi)能減少，溫度下降，水蒸氣有一部分被液化成小水滴，形成“白霧”，故選項(xiàng)D正確，ABC錯(cuò)誤。故選D。 

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高中物理人教版 (2019)選擇性必修 第三冊(cè)電子課本

1 功、熱和內(nèi)能的改變

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