1、第三章热力学定律第1节功、热和内能的改变课标解读课标要求素养要求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。1.物理观念：知道焦耳的两个实验，功与内能改变及热与内能改变的数量关系。2.科学思维：掌握焦耳的两个实验的实质，理解功、热和内能改变的关系，会解释相关的现象，分析相关的问题。3.科学探究：掌握两个实验的探究过程，利用“做一做”体验功与内能改变的关系，学会观察与操作并与他人合作交流，提高实验技能。4.科学态度与责任：理解功、热与
2、内能改变的实质，培养积极探究科学的兴趣，激发学习热情。自主学习必备知识教材研习教材原句要点一功与内能的改变在绝热过程中，外界对系统做功，系统的内能增加；系统对外做功，系统的内能减少。要点二热传递两个温度不同的物体A、B相互接触时，温度高的物体A要降温，温度低的物体B要升温，我们说，热从高温物体A传到了低温物体B自主思考远古时代，取火是一件困难的事，火一般产生于雷击或白磷的自燃，随着人类文明的进步，我们的祖先发明了“钻木取火”的用具，使人们不再仅仅依靠自然的“恩赐”而得到“火”。你知道“钻木取火”的原理吗？答案：提示做功可以改变物体的内能，“钻木取火”就是通过外力做功，使木材内能增加，温度达到着
3、火点而燃烧。如图所示是热传递的三种方式传导、对流和辐射。这三种方式在传递能量时有什么共同点？答案：提示三种方式都是热量从高温物体传递到另外低温物体。名师点睛1.内能的理解（1）微观：物体内所有分子热运动的动能和分子势能之和。（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）在绝热过程中，外界对系统做的功等于系统内能的变化量，即U=W。（2）在热力学系统的绝热过程中，外界对系统所做的功仅由过程的始末两个状态决定，不依赖于做功的具体过程和方式。3.热和内能（1）热量：它是在单纯的传热过程中系统内能变化的量度。（2）表达式：U=Q。（3）功、热和内能的改变：做功和热传递都能引起系统内
4、能的改变。做功是内能与其他形式能的转化；热传递只是不同物体（或一个物体的不同部分）之间内能的转移。互动探究关键能力见学用157页探究点一焦耳的实验知识深化1.两个实验的比较项目实验一实验二实验装置做功方式通过重物下落带动叶片搅水，靠叶片与水摩擦使水温升高，通过机械功实现能量转化通过重物下落使发电机发电，电流通过电阻丝做功使水温升高，通过电功实现能量转化实验条件容器及其中的水组成的系统与外界绝热共性外界对系统做功相同，系统温度上升的数值相等，内能改变相同2.实验结论：焦耳的实验表明，要使系统状态通过绝热过程发生变化，做功的多少只由过程的始末两个状态决定，而与做功的方式无关。题组过关1.（多选）如
5、图所示为焦耳实验装置图，用绝热性能良好的材料将容器包好，重物下落带动叶片搅拌容器里的水，引起水温升高。关于这个实验，下列说法正确的是( )A.只要重力做功相同，水温上升的数值就相同B.做功增加了水的热量C.做功增加了水的内能D.功和热量是完全等价的，无区别答案：A ; C解析：只要重力做功相同，水温上升的数值就相同，A项正确；做功增加了水的内能，热量只是热传递过程中内能改变的量度，B项错误，C项正确；做功和传热产生的效果相同，但功和热量是不同的概念，D项错误。探究点二功与内能的改变情境探究1.如图，在有机玻璃筒底放少量浸有乙醚的棉花，用力迅速压下活塞，观察棉花的变化。（1）能看到什么现象？该实
6、验现象说明了什么？（2）用力按下活塞时为什么一定要迅速？答案：提示（1）可以看到棉花燃烧起来，该现象说明压缩空气做功，使空气内能增大，温度升高，达到乙醚的着火点后引起棉花燃烧。（2）迅速压下活塞是为了减少热传递，尽量创造一个绝热条件。探究归纳1.内能的理解（1）物体的内能是指物体内所有分子的动能和势能的总和。在微观上由分子数和分子热运动剧烈程度及相互作用力决定，宏观上体现为物体温度和体积，因此物体的内能是一个状态量。（2）在系统不吸热也不放热的绝热过程中，状态发生变化是由做功造成的，伴随的能量转化是外界的能量与系统自身的能量发生了转化。（3）当物体温度变化时，分子热运动剧烈程度发生改变，分子平
7、均动能变化。物体体积变化时，分子间距离变化，分子势能发生变化，因此物体的内能变化只由初、末状态决定，与中间做功的具体过程及方式无关。（4）内能是状态量，由它的状态、温度、体积、质量决定。2.做功与内能的变化的关系（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）在绝热过程中，外界对物体做多少功，就有多少其他形式的能转化为内能，物体的内能就增加多少；物体对外界做多少功，就有多少内能转化为其他形式的能，物体的内能就减少多少。用式子表示为：U=U2-U1=W。3.功和内能的区别（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
8、能大，并不意味着做功多，在绝热过程中，只有内能变化较大时，对应着做功较多。探究应用例如图所示，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。用打气筒慢慢向容器内打气，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( )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：胶塞冲出容器口后，气体膨胀，对外做功。由于没来得及发生热交换，由W=U可知内能减小。内能等
9、于物体内所有分子动能和势能之和，由于体积增大，势能增大，由此可知分子平均动能减小，所以温度降低。解题感悟分析绝热过程的方法（1）在绝热的情况下，若外界对系统做正功，系统内能增加，U为正值；若系统对外界做正功，系统内能减少，U为负值。此过程做功的多少为内能转化多少的量度。（2）在绝热过程中，内能和其他形式能一样也是状态量，气体的初、末状态确定了，在初、末状态的内能也相应地确定了，内能的变化量U也确定了。而功是能量转化的量度，U=W，这也是判断绝热过程的一种方法。迁移应用1.如图是压力保温瓶的结构简图，活塞a与液面之间密闭了一定质量的气体。假设封闭气体为理想气体且与外界没有热交换，则向下压a的过程
10、中，瓶内气体( )A.内能增大B.体积增大C.压强不变D.温度不变答案：A解析：向下压a的过程中，外界对气体做功，瓶内气体内能增大，温度升高，再根据pVT=C，体积减小，所以压强增大。探究点三热与内能的改变情境探究1.当我们双手靠近火源，双手立即感受到热，这是为什么？冬天，我们搓搓手就会感到手暖一些，你认为改变物体内能有几种方式？答案：提示双手靠近火源，热量从火源传到了手上，手的内能增加，所以手变热了。搓手是通过做功改变手的内能，所以改变物体内能有两种方式，即做功和热传递。探究归纳1.温度、内能、热量、功等概念的理解（1）内能与温度：从宏观看，温度表示的是物体的冷热程度；从微观看，温度反映了分
11、子热运动的剧烈程度，是分子平均动能的标志。对于理想气体，气体的温度升高，其内能一定增加，但向气体传递热量，内能却不一定增加（可能同时对外做功）。（2）热量和内能：内能是由系统状态决定的，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，可以通过热传递或做功两种途径来完成。而热量是传递过程中的特征物理量，和功一样，热量只是反映物体在状态变化过程中所迁移的能量，是用来衡量物体内能变化的。有过程，才有变化，离开过程，毫无意义。就某一状态而言，只有“内能”，根本不存在什么“热量”和“功”，因此，不能说一个系统中含有“多少热量”或“多少功”。（3）热量与温度：热量是系统的内能变化的量度，而温度是系
12、统内分子做无规则运动剧烈程度的标志。（4）热量与功：热量和功都是系统内能变化的量度，都是过程量，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。2.热传递的理解（1）热传递的实质：热传递实质上传递的是能量，结果是改变了系统的内能。传递能量的多少用热量来度量。（2）热传递具有方向性：热量从高温物体传递到低温物体，或从物体的高温部分传递到低温部分。（3）热传递的三种方式：热传导、热对流和热辐射。3.传递的热量与内能改变的关系（1）在单纯热传递中，系统从外界吸收多少热量，系统的内能就增加多少，即Q吸=U。（2）在单纯热传递中，系统向外界放出多少热量，系统的内能就减少多
13、少，即Q放=-U。4.改变内能的两种方式的比较项目做功热传递内能变化在绝热过程中，外界对物体做功，物体的内能增加；物体对外界做功，物体的内能减少在单纯热传递过程中，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不同物体间或同一物体不同部分之间内能的转移相互联系都能引起系统内能的改变探究应用例（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
14、能的增加量C.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答案：A ; C解析：热平衡条件是温度相等，热传递的方向是从温度高的物体传向温度低的物体；在热传递过程中高温物体放出的热量等于低温物体吸收的热量，故A、C两项正确。解题感悟热传递的理解要点（1）热传递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递到低温物体。（2）热传递过程中，热量可以由内能大的物体传递到内能小的物体上，也可以由内能小的物体传递到内能大的物体上，但一定是从高温物体传递到低温物体。迁移应用1.（2021广西防城中学高二月考）关于热传递，下列说法中正确的是( )A.热传递是温度的传递B.物体的内能发生了改变，一定是吸收或放出了热量C.热传递可以在任何情况下进行D.物体间存在着温度差，才能发生热传递答案：D解析：物体的内能发生了改变，可能是由于发生了热传递，也可能是由于外界对物体做功；热传递的实质是能量的传递，必须在有温度差的情况下进行。
