10.1-2 功和内能 热和内能.docx
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1、1功和内能2热和内能学习目标1 .掌握从热力学角度认识内能的概念.了 解焦耳的两个实验.(重点)2 .知道做功与内能改变的数量关系,知 道热传递的热量与内能变化的关系.(重 点、难点)3 .知道做功和热传递是改变内能的两种 方式,且对改变系统内能是等效的.(难 点)4 .掌握内能、功、热量、温度四个物理量的区别和联系.(重点)功和内能o基础初探先填空I1 .焦耳的实验(1)绝热过程:系统只由于外界对它做功而与外界交换能量,它不从外界吸 热,也不向外界放热.(2)代表性实验重物下落带动叶片搅拌容器中的水,引起水温上升通过电流的热效应给水加热.(3)实验结论:要使系统状态通过绝热过程发生变化,做功
2、的数量只由过程 始末两个状态决定,而与做功的方式无关.2 .功和内能A. 一个铁块的温度升高,其内能增大B.物体吸收热量,其温度一定升高C.热量是热传递过程中物体内能变化的量度D.温度高的物体比温度低的物体含有的热量多E.温度总是从物体热的部分传递至冷的部分【解析】 B选项中,物体吸收热量,温度不一定就升高,例如晶体熔化、 液体沸腾这些过程;D选项中热量是在热传递过程中传递能量的多少,是过程量, 因此不能说物体含有热量;E选项中,在热传递的过程中,传递的是能量,不是 温度,温度变化是能量变化的表象.【答案】BDE4 .在外界不做功的情况下,物体的内能增加了 50 J,下列说法中正确的是 ()A
3、. 一定是物体放出了 50 J的热量B. 一定是物体吸收了 50 J的热量C. 一定是物体分子动能增加了 50 JD.物体的分子平均动能可能不变E.物体的分子势能可能增加了 50 J【解析】 在外界不做功的情况下,系统内能的改变等于传递的热量,内能 增加,一定是吸收了相等能量的热量,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 50 J并不一定是分子动能增加了 50 J.物体的分子平均动能有可能不变,这 时吸收的50 J热量全部用来增加分子势能.【答案】BDE5 .器壁透热的汽缸放在恒温环境中,如图10-1-5所示.汽缸内封闭
4、着一定 量的气体,气体分子间相互作用的分子力可以忽略不计.当缓慢推动活塞(忽略 摩擦)。向左运动的过程中,有下列说法:【导学号:11200084】活塞对气体做功,气体的平均动能增加;活塞对气体做功,气体的平均动能不变;气体的单位体积内的分子数增大,压强增大;气体的单位体积内的分子数增大,压强不变.活塞对气体做功.气体的内能不变其中不正确的是()A.B.C.D.E.【解析】 解决本题的关键是理解缓慢推动活塞Q的物理含义.推动活塞Q 使活塞对气体做功,本来气体的温度应升高,但是由于缓慢推动活塞,所以使气 体增加的内能又以热量的形式释放到周围环境中,由于环境温度恒定,所以汽缸 内气体的温度不变,气体
5、的平均动能不变,忽略分子力时,气体的内能不变, 错误,正确.由于气体被压缩,气体单位体积内的分子数增大,所以单位面 积上汽缸受到气体分子的碰撞次数增多,因此,气体的压强增大,正确,错 口 7天.【答案】ABD6 .如图10-1-6所示,瓶内装有少量的水,瓶口已塞紧,水上方空气中有水 蒸气,用打气筒向瓶内打气,当塞子从瓶口跳出时,瓶内出现“白雾”,这一现 象产生的原因可以用下面三句话解释:甲,水蒸气凝结成小水珠;乙,瓶内气体 推动瓶塞做功,内能减小;丙,温度降低.三句话正确的顺序是.(填 序号)【解析】 根据题意,因果顺序的进程为空气推动瓶塞做功空气内能减 小瓶内空气温度降低瓶内水蒸气液化成小水
6、珠即“白雾”,而瓶塞跳起 是用打气筒往瓶内打气使气体压强增大所致.【答案】乙丙甲7 .如图10-1-7所示,A、B是两个完全相同的球,分别浸没在水和水银的同一深度内,A、B两球用同一种材料制成,当温度稍微升高时,球的体积会明 显变大,如果开始水和水银的温度相同,且两液体温度同时缓慢升高同一值,两 球膨胀后,体积相等,则A球吸收的热量8球吸收的热量.(填“大于”或“小于”或“等于)【导学号:1或00085】图 10-1-7【解析】 两球初、末态温度分别相同,初、末态体积也相同,所以内能增 量相同,但水银中的B球膨胀时对外做功多,所以吸热较多.【答案】小于8 . (2016济南模拟)(1)远古时代
7、,取火是一件困难的事,火一般产生于雷击 或磷的自燃.随着人类文明的进步,出现了 “钻木取火”等方法.“钻木取火” 是通过 方式改变物体的内能,把 转化为内能.(2)某同学做了一个小实验:先把空的烧瓶放到冰箱冷冻,1小时后取出烧瓶, 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烧杯里,气球 逐渐膨胀起来,如图10-1-8,这是因为烧瓶里的气体吸收了水的,温度 ,体积.图 10-1-8【解析】钻木取火是通过做功方式把机械能转化为内能的.将烧瓶放进热水中,烧瓶内的气体吸热膨胀.【答案】 做功 机械能(2)热量 升高 增大能力提升9.(2016上海高二检测)如图10-1-9所示,A、B两
8、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,则下列说法不正确的是()AB图 10-1-9A. A中水银的内能增量大于3中水银的内能增量B. A管内水银的重力势能大于B管的C. 8中水银的内能增量大于A中水银的内能增量D. A和8中水银体积保持不变,故内能增量相同E. 4和B中水银温度始终相同,故内能增量相同【解析】 大气压对水银槽内的水银做相同的功,因为玻璃管内吸进的水银 一样多,所以水银槽
9、内的液面下降相同的高度,A管重心高于8管,A管内水银 重力势能大于3管的,故A管内水银的内能增量小于3管的,B、C正确.【答案】 ADE10.如图10-1-10所示,活塞将汽缸分成甲、乙两气室,汽缸、活塞(连同拉 杆)是绝热的,且不漏气.用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的下列说法不正确的是()【导学号:11200087】图 10-1-10A. 甲不变,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E.甲中内能的增加量大于乙中内能的减少量【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
10、的情况.对于甲室内的气体,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,气体对外界做功,内能应减小;外力做的正功应等于甲、乙 内能变化量的代数和,故E正确.【答案】ABC11 .如图10-1-11所示,绝热隔板S把绝热的汽缸分隔成体积相等的两部分, S与汽缸壁的接触是光滑的.两部分中分别盛有相同质量、相同温度的同种气体 1和4气体分子之间相互作用可忽略不计.现通过电热丝对气体。缓慢加热一段 时间后,、力各自达到新的平衡状态.试分析。、力两部分气体与初状态相比, 体积、压强、温度、内能各如何变化?【导学号:11200088
11、】图 10-1-11【解析】 汽缸和隔板绝热,电热丝对气体。加热,温度升高,压强增大, 体积增大,内能增大;。对人做功,b的体积减小,温度升高,压强增大,内能增大.【答案】见解析12 .某同学想要估测每秒钟太阳辐射到地球表面上的能量,他用一个横截面 积S=3.2 dn?的保温圆筒,筒内装有质量为2=0.4 kg的水,让太阳光垂直照射 Z=3 min,水升高的温度 加=2.2 ,已知水的比热容c=4.2X 1()3 j/(kgc),地 球半径为R=6400 km,试求出太阳向地球表面辐射能量的功率.【解析】水吸收的能量:Q=cmt=A.2X103X0.4X2.2 J = 3 696J13 光在1
12、 s内垂直照射到So=l m2面积上的功率:P=QSt3 6963.2X10-2X3X60W = 6.4X102W太阳辐射到地球表面上能量的功率:P=PX-=6.4X102 X 3.14X(6 400X 103)2W = 8.2X 1016W.【答案】8.2X1016W(1)内能:任何一个热力学系统都必定存在一个只依赖于系统自身状态的物 理量,这个物理量在两个状态间的差别与外界在绝热过程中对系统所做的功相联 系.鉴于功是能量变化的量度,所以这个物理量必定是系统的一种能量,我们把 它称为系统的内能.(2)功和内能:在绝热过程中,外界对系统做的功等于系统内能的增加量, 即再判断1 .在绝热过程中,
13、外界对系统做的功小于系统内能的增加量.(义)2 .系统只从外界吸热,而不向外界放热的过程就是绝热过程.(义)3 .在绝热过程中,外界对系统做多少功,内能就能增加多少.(J)后思考1 .打气筒是日常生活中的一种工具,当我们用打气筒给自行车打气的时候, 就是在克服气体压力和摩擦力做功.打气的过程中你试着去摸一下打气筒的外壳 有什么感觉?打气筒的温度升高了,这是怎么回事呢?图 10-1-1【提示】 外壳温度升高甚至烫手,压缩气体做功,使系统的内能增加,温 度升高.2 .焦耳的代表性实验热功当量实验,它是通过什么能转化为什么能的? 这个实验又能得出怎样的结论?【提示】 重力势能转化为内能.结论:只要重
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