2024-2025學(xué)年高中物理第十章熱力學(xué)定律2熱和內(nèi)能學(xué)案新人教版選修3-3

PAGE7-熱和內(nèi)能一、熱傳遞1．熱傳遞的方向：熱量從高溫物體傳遞到低溫物體，或從物體的高溫部分傳遞到低溫部分，叫做熱傳遞．2．熱傳遞的三種方式：熱傳導(dǎo)、熱對流和熱輻射．二、熱和內(nèi)能1．熱傳遞的實(shí)質(zhì)：傳遞的是能量，結(jié)果是變更了系統(tǒng)的內(nèi)能．傳遞能量的多少用熱量來量度．2．傳遞的熱量與內(nèi)能變更的關(guān)系(1)在單純熱傳遞中，系統(tǒng)從外界汲取多少熱量，系統(tǒng)的內(nèi)能就增加多少．(2)在單純熱傳遞中，系統(tǒng)向外界放出多少熱量，系統(tǒng)的內(nèi)能就削減多少．3．變更系統(tǒng)內(nèi)能的兩種方式：做功和熱傳遞．做功和熱傳遞都能變更系統(tǒng)的內(nèi)能，這兩種方式是等效的．都能引起系統(tǒng)內(nèi)能的變更，但是它們還是有明顯區(qū)分的．做功是系統(tǒng)內(nèi)能與其他形式的能量之間發(fā)生的轉(zhuǎn)化，而熱傳遞只是不同物體(或物體不同部分)之間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移．考點(diǎn)一熱量與內(nèi)能、溫度、功三者關(guān)系理解1．熱量與內(nèi)能內(nèi)能是由系統(tǒng)的狀態(tài)確定的，狀態(tài)變更，系統(tǒng)的內(nèi)能也隨之變更，要使系統(tǒng)的內(nèi)能發(fā)生變更，可以通過熱傳遞和做功兩種方式來實(shí)現(xiàn)．而熱量是熱傳遞過程中的特征物理量，和功一樣，熱量只是反映物體在熱傳遞過程中所遷移的能量，是用來衡量物體內(nèi)能變更多少的，有過程，才有變更，離開過程，毫無意義．就某一狀態(tài)而言，只有“內(nèi)能”，根本不存在什么“熱量”和“功”，因此，不能說一個(gè)系統(tǒng)中含有“多少熱量”或“多少功”．2．熱量與溫度熱量是系統(tǒng)內(nèi)能變更的量度，而溫度是系統(tǒng)內(nèi)部大量分子做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的猛烈程度的標(biāo)記，雖然熱傳遞的前提是兩個(gè)系統(tǒng)之間要有溫度差，但是傳遞的是能量，而不是溫度．熱傳遞不僅可以使系統(tǒng)溫度發(fā)生變更，還可以使物質(zhì)狀態(tài)發(fā)生變更．在物質(zhì)狀態(tài)變更過程中，傳遞給系統(tǒng)的熱量并不肯定使系統(tǒng)的溫度發(fā)生變更，如冰吸熱熔化，因此不能說“系統(tǒng)汲取熱量，溫度肯定上升”，也不能認(rèn)為“系統(tǒng)的溫度高，它放出的熱量就肯定多”．因?yàn)榉懦龅臒崃?，不但和溫度的變更量有關(guān)，還和比熱容等有關(guān)．總之，熱量和溫度之間雖然有肯定的聯(lián)系，但它們是完全不同的兩個(gè)物理量．3．熱量與功熱量和功都是系統(tǒng)內(nèi)能變更的量度，都是過程量，肯定量的熱量還與肯定量的功相當(dāng)，熱量可以通過系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為功，功也可以通過系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為熱量，但它們之間有著本質(zhì)的區(qū)分．用做功來變更系統(tǒng)的內(nèi)能，是系統(tǒng)內(nèi)分子隨整體的有序運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為另一系統(tǒng)的分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的過程，是機(jī)械能或其他形式的能和內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)化過程．用熱傳遞來變更系統(tǒng)的內(nèi)能，是通過熱傳導(dǎo)、熱對流和熱輻射來完成的，它將分子的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)從一個(gè)系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到另一個(gè)系統(tǒng)，這種轉(zhuǎn)移就是系統(tǒng)間內(nèi)能轉(zhuǎn)移的過程．【例1】下列關(guān)于物體的溫度、內(nèi)能和熱量的說法中，正確的是()A．物體的溫度越高，所含熱量越多B．物體的內(nèi)能越多，熱量越多C．物體的溫度越高，它的分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能越大D．物體的溫度不變，其內(nèi)能就不變更在理解溫度、內(nèi)能和熱量三者概念的基礎(chǔ)上將三者加以區(qū)分．【解析】內(nèi)能變更將伴隨著做功過程或熱傳遞過程，熱量只是熱傳遞過程中表示內(nèi)能變更多少的物理量．因此，不存在物體含熱量多少的概念．溫度是物體內(nèi)大量分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能的宏觀標(biāo)記．溫度越高表明分子平均動(dòng)能越大，因此，選項(xiàng)C是正確的．一個(gè)物體的溫度不變，僅表明它的分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能沒有變更，但是，分子間的勢能有可能變更，即內(nèi)能有可能變更，如晶體熔化過程，溫度不變，所汲取的熱量用來增加分子間的勢能，因此，選項(xiàng)D不正確．【答案】C總結(jié)提能溫度、內(nèi)能皆為狀態(tài)量，而熱量是過程量．對于熱量、功和內(nèi)能三者的說法正確的是(D)A．熱量、功、內(nèi)能三者的物理意義等同B．熱量、功都可以作為物體內(nèi)能的量度C．熱量、功、內(nèi)能的單位不相同D．熱量和功是由過程確定的，而內(nèi)能是由物體狀態(tài)確定的解析：物體的內(nèi)能是指物體的全部分子動(dòng)能和分子勢能的總和，而要變更物體的內(nèi)能可以通過做功和熱傳遞兩種途徑，這三者的物理意義不同，A項(xiàng)錯(cuò)．熱量是表示在熱傳遞過程中物體內(nèi)能變更多少的物理量，而功也是用做功的方式來量度變更物體內(nèi)能多少的物理量，B項(xiàng)錯(cuò)．三者單位都是焦耳，C項(xiàng)錯(cuò)．熱量和功是過程量，內(nèi)能是狀態(tài)量，D項(xiàng)正確．考點(diǎn)二變更物體內(nèi)能的兩種方式的理解1．熱傳遞的三種方式通過熱傳遞使物體的內(nèi)能增加，主要有三種方式：熱傳導(dǎo)、熱對流和熱輻射．(1)熱傳導(dǎo)：能量由高溫物體(或物體的高溫部分)向低溫物體(或物體的低溫部分)傳遞的過程，這種過程在氣體、液體和固體中都能發(fā)生．(2)熱對流：流體依靠宏觀流淌而實(shí)現(xiàn)熱傳遞的過程，這在流體中才能發(fā)生．(3)熱輻射：不依靠于物質(zhì)的接觸而由熱源自身的溫度作用借助電磁波傳遞能量的方式．太陽就是通過熱輻射的形式將熱經(jīng)宇宙空間傳給地球的．2．熱傳遞和物體內(nèi)能變更的關(guān)系熱傳遞可以變更物體的內(nèi)能．物體汲取了熱量，分子熱運(yùn)動(dòng)變得猛烈，分子平均動(dòng)能增加，物體的內(nèi)能增大，反之物體內(nèi)能削減．在只有熱傳遞的狀況下，系統(tǒng)由狀態(tài)1到達(dá)狀態(tài)2，系統(tǒng)內(nèi)能的變更量等于物體汲取或放出熱量即ΔU＝Q.3．變更物體內(nèi)能的兩種方式的比較比較項(xiàng)目做功熱傳遞內(nèi)能變更外界對物體做功，物體的內(nèi)能增加；物體對外界做功，物體的內(nèi)能削減物體汲取熱量，內(nèi)能增加；物體放出熱量，內(nèi)能削減物理實(shí)質(zhì)其他形式的能與內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)化不同物體間或同一物體不同部分之間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移相互聯(lián)系做肯定量的功或傳遞肯定量的熱在變更內(nèi)能的效果上是相同的【例2】關(guān)于物體的內(nèi)能及其變更，下列說法中正確的是()A．物體的溫度變更時(shí)，其內(nèi)能必定變更B．物體對外做功，其內(nèi)能不肯定變更；向物體傳遞熱量，其內(nèi)能也不肯定變更C．物體對外做功，其內(nèi)能必定變更，物體向外傳遞熱量，其內(nèi)能必定變更D．若物體不與外界發(fā)生熱交換，則物體的內(nèi)能必定不會(huì)變更【解析】肯定質(zhì)量的物體，其內(nèi)能由溫度和體積共同確定，物體的溫度變更時(shí)，體積也可能發(fā)生變更，其內(nèi)能不肯定變更，A錯(cuò)誤；物體對外做功，同時(shí)又汲取熱量，若汲取的熱量恰好用來對外做功，則內(nèi)能就不變更，B正確，C、D錯(cuò)誤．【答案】B總結(jié)提能在變更內(nèi)能上，做功和熱傳遞是等效的．但兩者又有本質(zhì)的不同，做功過程是內(nèi)能與其他形式能量之間的轉(zhuǎn)化過程，熱傳遞是內(nèi)能的轉(zhuǎn)移過程．物體的內(nèi)能增加了20J，下列說法中正確的是(D)A．肯定是外界對物體做了20J的功B．肯定是物體汲取了20J的熱量C．肯定是物體分子動(dòng)能增加了20JD．物體的分子平均動(dòng)能可能不變解析：做功和熱傳遞都可以變更物體內(nèi)能，物體內(nèi)能變更20J，其方式是不確定的，因此A、B錯(cuò)誤．而物體內(nèi)能包括全部分子的平均動(dòng)能和勢能，內(nèi)能由分子數(shù)、分子平均動(dòng)能、勢能三者確定，因此答案C錯(cuò)誤．常見誤區(qū)例析關(guān)于功、熱量和內(nèi)能理解的四個(gè)誤區(qū)誤區(qū)1：誤認(rèn)為溫度高的物體內(nèi)能大產(chǎn)生誤區(qū)的緣由是對內(nèi)能理解模糊．內(nèi)能是狀態(tài)量，是分子動(dòng)能和分子勢能的總和，由物質(zhì)的量、溫度和體積共同確定，溫度高，分子平均動(dòng)能大，而物體的內(nèi)能不肯定大．誤區(qū)2：誤認(rèn)為物體的內(nèi)能越多，放出的熱量越多其緣由是對內(nèi)能變更與熱量的關(guān)系不清．熱量總是伴隨著內(nèi)能的變更，放出熱量的多少，取決于物體內(nèi)能變更的多少，而與物體內(nèi)能的多少無關(guān)．誤區(qū)3：誤認(rèn)為熱量是從內(nèi)能多的物體傳給內(nèi)能少的物體這是由于不明確熱傳遞的條件：熱量從高溫物體傳遞到低溫物體，而與物體內(nèi)能的多少無關(guān)．誤區(qū)4：誤認(rèn)為物體對外做功，內(nèi)能肯定減小其緣由是忽視了做功和熱傳遞都能變更物體的內(nèi)能．物體對外做功，若同時(shí)汲取熱量，內(nèi)能不肯定減?。镜淅筷P(guān)于溫度、熱量、功和內(nèi)能，以下說法正確的是()A．同一物體溫度高時(shí)，含有的熱量多B．物體的內(nèi)能越大，含有的熱量就越多，溫度也越高C．外界對系統(tǒng)做功W，內(nèi)能必定增加D．發(fā)生熱傳遞的條件是兩物體之間存在溫度差【解析】通過以下表格進(jìn)行逐項(xiàng)分析：選項(xiàng)情景與過程分析推斷A熱量是物體間進(jìn)行熱傳遞時(shí)內(nèi)能變更的量度×B物體汲取或放出的熱量對應(yīng)內(nèi)能的變更，不對應(yīng)物體內(nèi)能的大小×C做功和熱傳遞都可以引起內(nèi)能的變更×D物體間發(fā)生熱傳遞的條件是存在溫度差√【答案】D1．關(guān)于物體的內(nèi)能和熱量，下列說法中正確的是(D)A．熱水的內(nèi)能比冷水的內(nèi)能大B．溫度高的物體其熱量必定多，內(nèi)能必定大C．在熱傳遞過程中，內(nèi)能大的物體其內(nèi)能將削減，內(nèi)能小的物體其內(nèi)能將增加，直到兩物體的內(nèi)能相等D．熱量是熱傳遞過程中內(nèi)能轉(zhuǎn)移量的量度解析：物體內(nèi)能的大小不僅與溫度有關(guān)，還與物體的質(zhì)量、體積有關(guān)，A錯(cuò)誤．熱量是單純熱傳遞過程中系統(tǒng)內(nèi)能變更的量度，是一個(gè)過程量，B錯(cuò)誤，D正確．熱傳遞發(fā)生的條件是系統(tǒng)間存在溫度差，內(nèi)能將由高溫物體向低溫物體傳遞，高溫物體內(nèi)能減小，低溫物體內(nèi)能增大，并持續(xù)到兩物體溫度相同為止，C錯(cuò)誤．故只有D正確．2．關(guān)于熱量、溫度的下列說法正確的是(A)A．熱量是熱傳遞過程中，物體間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移量；溫度是物體分子平均動(dòng)能大小的量度B．在絕熱容器中，放入兩個(gè)溫度不等的物體，則高溫物體放出溫度，低溫物體汲取溫度，直到兩個(gè)物體溫度相等C．高溫物體內(nèi)能多，低溫物體內(nèi)能少D．兩個(gè)質(zhì)量和比熱容都相等的物體，若汲取相等的熱量，則溫度相等解析：溫度是物體分子平均動(dòng)能大小的量度，表示冷熱程度；熱量是熱傳遞過程中物體間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移量，內(nèi)能包括分子動(dòng)能與分子勢能，與溫度、體積、物質(zhì)的量有關(guān)．D項(xiàng)，不知道初始溫度，只能說溫度變更相同．3．如圖所示，A、B是兩個(gè)完全相同的球，分別浸沒在水和水銀的同一深度內(nèi)，A、B兩球用同一種材料制成，當(dāng)溫度略微上升時(shí)，球的體積會(huì)明顯變大，假如起先水和水銀的溫度相同，且兩液體溫度同時(shí)緩慢上升同一值，兩球膨脹后，體積相等，則(B)A．A球汲取的熱量較多B．B球汲取的熱量較多C．兩球汲取的熱量一樣多D．無法確定解析：兩球初末態(tài)溫度分別相同，初末態(tài)體積也相同，所以內(nèi)能增量相同，但水銀中的B球膨脹時(shí)對外做功多，所以吸熱較多，故選B.4．(多選)下列現(xiàn)象中，哪些是通過熱傳遞的方式變更物體內(nèi)能的(BD)A．打開電燈開關(guān)，燈絲的溫度上升，內(nèi)能增加B．夏天喝冰鎮(zhèn)汽水來解暑C．冬天搓搓手，會(huì)感覺到手變得溫煦起來D．太陽能熱水器在陽光照耀下，水的溫度漸漸上升解析：A是電流做功變更內(nèi)能，C是摩擦做功變更內(nèi)能，B、D是通過熱傳遞的方法變更物體內(nèi)能的．5．陽光照暖了大地，地面輻射又對地面旁邊的空氣加熱，形成暖氣團(tuán)升往高空．于是有人認(rèn)為高山頂上的氣溫要比地