10.1—10.2功和内能热和内能(教师用书独具)●课标要求知道做功和热传递是改变物体内能的两种方式．●课标解读1．了解焦耳的两个实验原理，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．4．通过焦耳实验的探究，培养学生的科学探索精神．●教学地位本节学习改变内能的两种方式：做功和热传递，并且通过对焦耳实验的探究，培养学生的科学探索精神．本节内容是学习热力学第一定律的基础.(教师用书独具)●新课导入建议“火”的使用把人类带入了文明的殿堂．我们的祖先很早就发明了“钻木取火”的技术，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”的道理吗？●教学流程设计课前预习：1．阅读本节教材内容；2．填写【课前自主导学】⇒步骤1：导入新课从古代“钻木取火”导入⇒步骤2：老师提问，检查预习效果，并组织讨论交流⇒步骤3：师生互动完成“探究1”总结用做功的方式改变内能⇒步骤4：师生互动完成“探究2”总结用传热的方式改变内能⇓步骤6：学生练习，完成【当堂双基达标】⇐步骤5：师生互动，完成“探究3”总结解题规律步骤7：课堂小结总结本节知识，老师布置课下完成【课时作业】⇐课标解读重点难点1.了解焦耳的两个实验的原理，知道热传递的实质．2.知道做功和热传递是改变内能的两种方式，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.焦耳实验的探究过程．(重点)2.改变内能的两种方式的实质和区别．(重点)3.内能、功、热量、温度四个物理量的区别和联系．(难点)焦耳实验及功和内能1.(1)代表性实验①重物下落带动叶片搅拌容器中的水，引起水温上升．②通过电流的热效应给水加热．(2)功和内能①绝热过程系统只通过对外界做功或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，这样的过程叫做绝热过程．②在绝热过程中内能的改变用功来量度．外界对物体做多少功，物体的内能就增加多少；物体对外界做多少功，物体的内能就减少多少．表达式为ΔU＝W.2．思考判断(1)系统只从外界吸热，而不向外界放热的过程就是绝热过程．(×)(2)外界对物体做功的多少等于物体的内能．(×)(3)在绝热过程中内能的改变可以用做功的多少来量度．(√)3．探究交流“钻木取火”反映了怎样的能量转化过程？【提示】做功可以改变物体的内能，使机械能转化为内能.热和内能1.基本知识(1)热传递①热传递的方向：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，叫做热传递．②热传递的三种方式：热传导、热对流和热辐射．(2)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＝ΔU.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少，即Q放＝－ΔU.(3)改变系统内能的两种方式：做功和热传递．2．思考判断(1)温度高的物体含有的热量多．(×)(2)内能多的物体含有的热量多．(×)(3)热量一定从内能多的物体传递给内能少的物体．(×)3．探究交流做功和热传递都能改变物体的内能．做功和热传递在改变物体内能上的本质是否相同？【提示】本质不同．做功改变物体的内能是其他形式的能和内能之间的转化，而热传递改变物体的内能是物体之间能量的转移.功和内能的关系【问题导思】1．决定物体内能的因素有哪些？2．怎样用做功的方法增加或减小物体的内能？3．功和内能有什么区别？1．内能与内能变化(1)物体的内能是指物体内所有分子热运动的动能和分子势能之和．(2)当物体温度变化时，分子平均动能变化．物体体积变化时，分子势能发生变化，即物体的内能是由它的状态决定的，且物体的内能变化只由初、末状态决定，与中间过程及方式无关．2．做功与内能变化(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，外界对物体做正功，物体内能增加，外界对物体做负功，物体内能减小．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)物体的内能大，并不意味着做功多．在绝热过程中，只有内能变化越大时，对应着做功越多．当系统从状态Ⅰ经过绝热过程到状态Ⅱ时，内能增量ΔU＝U2－U1就等于外界对系统做的功W，即ΔU＝W.(2013·孝感高二检测)如图10－1－1所示，一定质量的理想气体密封在绝热(即与外界不发生热交换)容器中，容器内装有一可以活动的绝热活塞．今对活塞施以一竖直向下的压力F，使活塞缓慢向下移动一段距离后，气体的体积减小．若忽略活塞与容器壁间的摩擦，则被密封的气体()图10－1－1A．温度升高，压强增大，内能减少B．温度降低，压强增大，内能减少C．温度升高，压强增大，内能增加D．温度降低，压强减小，内能增加【审题指导】明确研究对象是密闭的气体，由功和内能的关系得出温度的变化，再利用理想气体状态方程求解．【解析】由F对密闭的气体做正功，容器及活塞绝热，则系统与外界传递的热量Q ＝0，由功和内能的关系知，理想气体内能增大，温度升高，再根据pV/T＝C，V减小，p 增大．故选C.【答案】 C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，ΔU为正值；若系统对外界做正功，系统内能减少，ΔU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，内能和其他形式的能一样也是状态量，气体的初、末状态确定了，即在初、末状态的内能也相应地确定了，内能的变化ΔU也确定了．而功是能量转化的量度，所以ΔU＝W，即W为恒量，这也是判断绝热过程的一种方法．1．(2013·济南检测)如图10－1－2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()图10－1－2A．甲乙丙 B．乙丙甲C．丙甲乙 D．乙甲丙【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珠即“白雾”，而瓶塞跳起的原因是用打气筒往瓶内打气使气体压强增大所致．【答案】热和内能的关系1．热传递的三种方式是什么？2．怎样用热传递增加或减少物体的内能？3．改变物体的内能的方式是什么？1．热传递(1)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，叫做热传递．(2)热传递的三种方式：热传导、热对流和热辐射．2．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量度．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ΔU＝Q吸．(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少．即Q放＝－ΔU.4．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，不会自发地从低温物体传递到高温物体或从物体的低温部分传递到高温部分．5．改变系统内能的两种方式做功和热传递都能改变系统的内能，这两种方式是等效的，都能引起系统内能的改变，但是它们还是有重要区别的．做功是系统内能与其他形式的能之间发生转化，而热传递只是不同物体(或物体不同部分)之间内能的转移．1．热量的概念只有在涉及能量的传递时才有意义，因此不能说物体具有多少热量，只能说物体吸收或放出了多少热量．2．在系统与外界发生热传递时，系统吸收多少热量，系统内能就增加多少；系统放出多少热量，系统内能就减少多少．关于物体的内能和热量，下列说法中正确的有()A．热水的内能比冷水的内能多B．温度高的物体其热量必定多，内能必定大C．在热传递过程中，内能大的物体其内能将减小，内能小的物体其内能将增大，直到两物体的内能相等D．热量是热传递过程中内能转移的量度【审题指导】(1)物体的内能由温度、体积、质量多个因素决定．(2)热传递的条件是温度的高低，而不是内能的大小．【解析】物体的内能由温度、体积及物体的质量决定，不是只由温度决定，故A、B 错；在热传递过程中，热量由高温物体传给低温物体，而与物体的内能大小无关，所以完全有可能是内能大的物体内能继续增大，内能小的物体内能继续减小，故C项错；关于热量的论述，D项是正确的．【答案】 D2．下列关于热传递的说法中，正确的是()A．热量是从含热量较多的物体传给含热量较少的物体B．热量是从温度较高的物体传给温度较低的物体C．热量是从内能较多的物体传给内能较少的物体D．热量是从比热容大的物体传给比热容小的物体【解析】热传递发生在有温度差的两物体间或物体的两部分间，且总是从高温物体(或部分)将热量传递给低温物体(或部分)，与物体内能的多少、比热容的高低均无关．【答案】 B综合解题方略——改变物体内能的两种方式(2012·南昌高二检测)关于物体内能的变化，以下说法中正确的是() A．物体吸收热量，内能一定增大B．物体对外做功，内能一定减少C．物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变D．物体放出热量，同时对外做功，内能可能不变【规范解答】做功和热传递都可以改变物体的内能，当做功和热传递同时发生时，物体的内能可能不变，比如物体吸热的同时又对外做功，且吸收的热量与对外做的功在数值上相等，此时物体的内能不发生变化．故正确选项只有C.【答案】 C1．改变物体内能的两种方式是等效的，因此，不能仅靠一种情况判断内能的变化．2．物体吸收热量和外界对物体做功，都可以使物体的内能增加．3．物体放出热量和物体对外做功，都可以使物体的内能减小．1．(2012·佛山高二检测)下列哪个实例说明做功改变了系统的内能()A．热水袋取暖B．用双手摩擦给手取暖C．把手放在火炉旁取暖D．用嘴对手呵气给手取暖【解析】双手摩擦做功，使手的内能增加，感到暖和；A、C、D都是通过热传递来改变系统的内能的，选项B正确．【答案】 B2．(2013·建陵中学高二期末)物体获得一定初速度后，沿着粗糙斜面上滑，在上滑过程中，物体和斜面组成的系统()A．机械能守恒B．动能与内能之和守恒C．机械能和内能都增加D．机械能减少，内能增加【解析】物体上滑时克服摩擦力做功，物体损失的机械能转化为物体和斜面的内能，因此物体的温度会略有升高，内能增加．此题情景就像冬天两手相互搓搓会感到暖和一样．【答案】 D3．物体的内能增加了20 J，下列说法中正确的是()A．一定是外界对物体做了20 J的功B．一定是物体吸收了20 J的热量C．一定是物体分子动能增加了20 JD．物体的分子平均动能可能不变【解析】做功和热传递都可以改变物体内能，物体内能改变20 J，其方式是不确定的，因此A、B错误．而物体内能包括所有分子的平均动能和势能，内能由分子数、分子平均动能、势能三者决定，因此答案C错误．【答案】 D4．(2013·杭州检测)有一个小气泡从水池底缓慢地上升，气泡跟水不发生热传递，而气泡内气体体积不断增大，小气泡上升过程中()A．由于气泡克服重力做功，则它的内能减少B．由于重力和浮力的合力对气泡做功，则它的内能增加C．由于气泡内气体膨胀做功，则它的内能增加D．由于气泡内气体膨胀做功，则它的内能减少【解析】气泡膨胀时，气泡内的气体对外做功，内能减少．【答案】D。