歡迎進入物理課堂 一 焦耳兩個實驗比較及功和能的關系 1 焦耳的兩個實驗的比較 2 功和內(nèi)能的關系 1 內(nèi)能與內(nèi)能變化的關系 物體的內(nèi)能是指物體內(nèi)所有分子的動能和勢能之和 因此物體的內(nèi)能是一個狀態(tài)量 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(fā)生變化 因此物體的內(nèi)能變化只由初 末狀態(tài)決定 與中間過程及方式無關 2 做功與內(nèi)能變化的關系 做功改變物體內(nèi)能的過程是其他形式的能 如機械能 與內(nèi)能相互轉(zhuǎn)化的過程 在絕熱過程中 外界對物體做多少功 就有多少其他形式的能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 物體的內(nèi)能就增加多少 3 功和內(nèi)能的區(qū)別 功是過程量 內(nèi)能是狀態(tài)量 在絕熱過程中 做功一定能引起內(nèi)能的變化 物體的內(nèi)能大 并不意味著做功多 在絕熱過程中 只有內(nèi)能變化越大時 對應著做功越多 在絕熱過程中 外界對系統(tǒng)做功 系統(tǒng)的內(nèi)能增加 外界對系統(tǒng)做多少功 系統(tǒng)的內(nèi)能就增加多少 系統(tǒng)對外界做功 系統(tǒng)的內(nèi)能減少 系統(tǒng)對外界做多少功 系統(tǒng)的內(nèi)能就減少多少 典例1 2010 福建高考 如圖所示 一定質(zhì)量的理想氣體密封在絕熱 即與外界不發(fā)生熱交換 容器中 容器內(nèi)裝有一可以活動的絕熱活塞 今對活塞施以一豎直向下的壓力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 則被密封的氣體 A 溫度升高 壓強增大 內(nèi)能減少B 溫度降低 壓強增大 內(nèi)能減少C 溫度升高 壓強增大 內(nèi)能增加D 溫度降低 壓強減小 內(nèi)能增加 解題指導 明確研究對象是密閉的氣體 由功和內(nèi)能的關系得出溫度的變化 再利用理想氣體狀態(tài)方程求解 標準解答 選C 由F對密閉的氣體做正功 容器及活塞絕熱 則Q 0 由功和內(nèi)能的關系知理想氣體內(nèi)能增大 T升高 再根據(jù)pV T C V減小 p增大 故選C 規(guī)律方法 分析絕熱過程的方法 1 在絕熱的情況下 若外界對系統(tǒng)做正功 系統(tǒng)內(nèi)能增加 U為正值 若系統(tǒng)對外界做正功 系統(tǒng)內(nèi)能減少 U為負值 此過程做功的多少為內(nèi)能轉(zhuǎn)化多少的量度 2 在絕熱過程中 內(nèi)能和其他形式的能一樣也是狀態(tài)量 氣體的初 末狀態(tài)確定了 即在初 末狀態(tài)的內(nèi)能也相應地確定了 內(nèi)能的變化 U也確定了 而功是能量轉(zhuǎn)化的量度 所以 U W 即W為恒量 這也是判斷絕熱過程的一種方法 變式訓練 2011 汕頭高二檢測 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(nèi)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 解析 選D 接觸面是絕熱面 拉動拉桿 對乙部分氣體來講 氣體推動活塞對活塞做功 內(nèi)能減小 溫度降低 對甲部分氣體來講 活塞壓縮氣體做功 內(nèi)能增大 變式備選 采用絕熱 即不與外界交換熱量 的方式使一定量的氣體由初狀態(tài)A變化至末狀態(tài)B 對于不同的絕熱方式下面說法正確的是 A 對氣體所做的功不同B 對氣體所做的功相同C 對氣體不需做功 因為沒有能量的傳遞D 以上三種說法都不對 解析 選B 一個系統(tǒng)的內(nèi)能只與狀態(tài)有關 內(nèi)能的變化只與始末狀態(tài)有關 與過程無關 對絕熱過程由 U W可知 U相同則W相同 B對 A C D錯 二 溫度 內(nèi)能和熱量的區(qū)別與聯(lián)系 1 溫度與內(nèi)能從宏觀看 溫度表示的是物體的冷熱程度 從微觀看 溫度反映了分子熱運動的激烈程度 是分子平均動能的標志 物體的溫度升高 其內(nèi)能一定增加 但向物體傳遞熱量 物體的內(nèi)能卻不一定增加 可能同時對外做功 2 熱量和內(nèi)能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狀態(tài)變化過程中所遷移的能量 是用來衡量物體內(nèi)能變化的 有過程 才有變化 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 不能說一個系統(tǒng)中含有 多少熱量 或 多少功 內(nèi)能是由系統(tǒng)的狀態(tài)決定的 狀態(tài)確定 系統(tǒng)的內(nèi)能也隨之確定 要使系統(tǒng)的內(nèi)能發(fā)生變化 可以通過熱傳遞或做功兩種過程來完成 熱傳遞改變物體內(nèi)能的過程是物體間內(nèi)能轉(zhuǎn)移的過程 在僅有熱傳遞使物體的內(nèi)能發(fā)生變化時 內(nèi)能改變的多少可用熱量來量度 物體吸收了多少熱量 物體的內(nèi)能就增加多少 物體放出了多少熱量 物體的內(nèi)能就減少多少 典例2 對于熱量 功和內(nèi)能三者的說法正確的是 A 熱量 功 內(nèi)能三者的物理意義相同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 熱量和功是由過程決定的 而內(nèi)能是由物體狀態(tài)決定的 解題指導 求解此題應把握以下三點 標準解答 選D 物體的內(nèi)能是指物體所有分子的動能和分子勢能的總和 而要改變物體的內(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項錯 熱量是表示在熱傳遞過程中物體內(nèi)能變化多少的物理量 而功也是用做功的方式來量度改變物體內(nèi)能多少的物理量 B項錯 三者單位都是焦耳 C項錯 熱量和功是過程量 內(nèi)能是狀態(tài)量 D項正確 規(guī)律方法 區(qū)別熱量 功和內(nèi)能的技巧 1 就某一狀態(tài)而言 只有 內(nèi)能 根本談不上 熱量 和 功 2 就某一過程而言 內(nèi)能 有變化 與 熱量 功 對應 3 一個物體的內(nèi)能無法計算 但物體的內(nèi)能變化是可以計算的 變式訓練 關于溫度 熱量 功 內(nèi)能 以下說法正確的是 A 同一物體溫度高時 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WD 熱量總是從溫度高的物體傳給溫度低的物體 解析 選D 同一物體溫度高時 內(nèi)能大 只有熱傳遞過程轉(zhuǎn)移的內(nèi)能才能稱為熱量 A錯 B錯 在熱傳遞過程中 熱量從溫度高的物體傳給溫度低的物體 D對 只有在絕熱過程中 U W C錯 典例 2011 ?？诟叨z測 如圖所示 厚壁容器的一端通過膠塞插進一個靈敏溫度計和一根氣針 另一端有個用卡子卡住的可移動的膠塞 用打氣筒慢慢向筒內(nèi)打氣 使容器內(nèi)的壓強增加到一定程度 這時讀出溫度計示數(shù) 打開卡子 膠塞沖出容器后 A 溫度計示數(shù)變大 實驗表明氣體對外界做功 內(nèi)能減少B 溫度計示數(shù)變大 實驗表明外界對氣體做功 內(nèi)能增加C 溫度計示數(shù)變小 實驗表明氣體對外界做功 內(nèi)能減少D 溫度計示數(shù)變小 實驗表明外界對氣體做功 內(nèi)能增加 解題指導 本題中打開卡子 氣體迅速膨脹 這樣的過程可以當作絕熱過程 再根據(jù)功是能量轉(zhuǎn)化的量度來解題 標準解答 選C 氣體膨脹對外界做功 內(nèi)能減少 溫度降低 一 選擇題1 指出下面例子中通過熱傳遞改變物體內(nèi)能的是 A 感到手冷時 搓搓手就會覺得暖和些B 擦火柴時 火柴頭上的紅磷溫度升高到紅磷的燃點 火柴燃燒起來C 物體在陽光照射下溫度升高D 反復彎折一根鐵絲 彎折的部分溫度升高 解析 選C A B D均是通過做功改變物體的內(nèi)能 C項是通過熱傳遞的方式之一熱輻射來改變物體內(nèi)能 故C項正確 2 金屬制成的汽缸中裝有柴油與空氣的混合物 有可能使汽缸中柴油達到燃點的過程是 A 迅速向里推活塞B 迅速向外拉活塞C 緩慢向里推活塞D 緩慢向外拉活塞 解析 選A 要使汽缸中柴油達到燃點 即要讓封閉氣體溫度升高 內(nèi)能增加 故要對氣體做功 向里推活塞 若動作緩慢 由于有熱傳遞達不到理想溫度 故要迅速 選項A正確 3 2011 太原高二檢測 關于熱傳遞 下列說法正確的是 A 熱傳遞的實質(zhì)是溫度的傳遞B 物體間存在溫度差 才能發(fā)生熱傳遞C 熱傳遞可以在任何情況下進行D 物體內(nèi)能發(fā)生改變 一定是吸收或放出了熱量 解析 選B 熱傳遞的實質(zhì)是物體間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移 故A錯 熱傳遞發(fā)生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(fā)生熱傳遞 故B對 C錯 物體吸收或放出熱量 內(nèi)能會發(fā)生變化 但內(nèi)能變化不一定是熱傳遞引起的 還可以用做功的方式 故D錯 4 下列關于熱量 功和內(nèi)能三者的說法中正確的是 A 三者單位相同 物理意義相同B 熱量和功是內(nèi)能的量度C 熱量和功由過程決定 而內(nèi)能由物體狀態(tài)決定D 系統(tǒng)內(nèi)能增加了100J 可能是外界采用絕熱方式對系統(tǒng)做功100J 也可能是外界單純地對系統(tǒng)傳熱100J 解析 選C D 熱量 功和內(nèi)能三者盡管單位相同 但物理意義有本質(zhì)區(qū)別 A錯 熱量和功由過程決定 內(nèi)能由物體狀態(tài)決定 熱量和功是內(nèi)能變化的量度 C對 B錯 對一個絕熱過程 U W 100J 對一個單純熱傳遞過程 U Q 100J D對 方法技巧 功 熱傳遞 內(nèi)能關系問題的分析方法解答此類問題要注意 1 要深入理解改變物體內(nèi)能的兩種方式 做功和熱傳遞 2 物體的內(nèi)能即所有分子熱運動動能和分子勢能的總和 3 熱傳遞是內(nèi)能從高溫物體向低溫物體 或一個物體高溫部分向低溫部分 的轉(zhuǎn)移 4 做功的過程是能量轉(zhuǎn)化的過程 分析做功過程時 一定要將各種能量分析全 弄清楚能量轉(zhuǎn)化的實際情況 5 2011 武漢高二檢測 關于物體的內(nèi)能和熱量 下列說法正確的是 A 內(nèi)能大的物體其熱量必定多B 熱傳遞是熱量從熱量多的物體轉(zhuǎn)移到熱量少的物體的過程C 熱量是熱傳遞過程中內(nèi)能轉(zhuǎn)移多少的量度D 熱傳遞過程中 內(nèi)能大的物體其內(nèi)能減少 內(nèi)能小的物體其內(nèi)能增加 直到兩物體的內(nèi)能相等 解析 選C 熱量的概念只在涉及內(nèi)能的傳遞時才有意義 所以不能說物體具有多少熱量 只能說物體吸收或放出了多少熱量 因而選項A B錯誤 選項C正確 熱傳遞的過程中 熱量一定從溫度高的物體傳向溫度低的物體 而溫度高的物體其內(nèi)能不一定大 選項D錯誤 6 高溫物體甲和低溫物體乙發(fā)生熱傳遞 最后達到熱平衡 這個過程的實質(zhì)是 A 甲把溫度傳給乙 最后甲 乙兩者溫度相等B 甲把內(nèi)能傳給乙 最后甲 乙兩者內(nèi)能相等C 甲把溫度傳給乙 最后甲 乙兩者內(nèi)能相等D 甲把內(nèi)能傳給乙 最后甲 乙兩者溫度相等 解析 選D 宏觀上甲的溫度降低 乙的溫度升高 因而有的同學會錯誤地認為甲物體向乙物體傳遞了溫度 而實質(zhì)上是甲將內(nèi)能傳遞給了乙 因而選項A C錯 熱傳遞完成后 最后甲 乙兩物體達到熱平衡 即兩者溫度相同 并不是內(nèi)能相等 選項B錯 而選項D正確 7 器壁透熱的汽缸放在恒溫環(huán)境中 如圖所示 汽缸內(nèi)封閉著一定量的氣體 氣體分子間相互作用的分子力可以忽略不計 當緩慢推動活塞Q向左運動的過程中 有下列說法 活塞對氣體做功 氣體分子的平均動能增加 活塞對氣體做功 氣體分子的平均動能不變 氣體單位體積內(nèi)的分子數(shù)增大 壓強增大 氣體單位體積內(nèi)的分子數(shù)增大 壓強不變 其中正確的是 A B C D 解析 選C 推動活塞Q使活塞對氣體做功 本來氣體的溫度應升高 但是由于緩慢推動活塞 所以使氣體增加的內(nèi)能又以熱量的形式釋放到周圍環(huán)境中 由于環(huán)境溫度恒定 所以汽缸內(nèi)氣體的溫度不變 氣體分子的平均動能不變 錯誤 正確 由于氣體被壓縮 氣體單位體積內(nèi)的分子數(shù)增大 所以單位面積上 汽缸受到氣體分子的碰撞次數(shù)增多 因此 氣體的壓強增大 正確 錯誤 8 2011 廣州高二檢測 如圖所示 把浸有乙醚的一小團棉花放在厚玻璃筒的底部 當很快地向下壓活塞時 由于被壓縮的氣體驟然變熱 溫度升高 達到乙醚的燃點 使浸有乙醚的棉花燃燒起來 此實驗的目的是要說明 A 做功可以增加物體的熱量B 做功一定升高物體的溫度C 做功可以改變物體的內(nèi)能D 做功一定可以增加物體的內(nèi)能 解析 選C 迅速向下壓活塞 實際上是在對玻璃氣筒內(nèi)的氣體做功 由于是迅速向下壓筒內(nèi)的氣體 做功時間極短 因此實驗過程可認為是絕熱過程 即Q 0 乙醚達到燃點而燃燒表明氣體溫度升高內(nèi)能增大 這說明做功可以改變物體的內(nèi)能 二 非選擇題9 在墻壁與外界無熱傳遞的封閉房間里 夏天為了降低溫度 有人打開電冰箱 電冰箱工作較長時間后 房內(nèi)的氣溫將會怎樣變化 并說明原因 解析 房內(nèi)的氣溫升高 電冰箱把里面熱量轉(zhuǎn)移到外面 達到降溫的效果 但從總體上看 電冰箱消耗的電能最后都轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 因而房內(nèi)溫度升高 答案 見解析 10 若對物體做1200J的功 可使物體溫度升高3 改用熱傳遞的方式 使物體溫度同樣升高3 那么物體應吸收多少熱量 如果對該物體做3000J的功 物體的溫度升高5 表明該過程中 物體放出多少熱量 解析 做功和熱傳遞在改變物體內(nèi)能上是等效的 因此用吸熱方式使溫度升高3 應吸收1200J的熱量 對物體做功3000J 溫度升高5 設物體溫度升高5 需要的功或熱量為 E 由Q cm t可得 1200J cm 3 E cm 5 所以 E 2000J 因此物體放出1000J的熱量 答案 1200J1000J Thankyou 同學們 來學校和回家的路上要注意安全 同學們 來學校和回家的路上要注意安全