PAGE9-內(nèi)能功熱量1．從宏觀上看，物體的內(nèi)能與物體的溫度和體積都有關(guān)系。從微觀看，溫度上升，分子平均動能增加，因而物體的內(nèi)能增加，體積變更時，分子勢能變更，因而物體的內(nèi)能發(fā)生變更。2．做功可以變更物體的內(nèi)能，若物體與外界無熱量交換，外界對物體做功，物體內(nèi)能增加，物體對外界做功，物體內(nèi)能削減，且做功的多少等于物體內(nèi)能的變更。3．熱傳遞也可以變更物體的內(nèi)能。高溫物體總是自發(fā)地把它的內(nèi)能傳遞給低溫物體，若熱傳遞過程中沒有做功過程，低溫物體汲取的熱量等于它內(nèi)能的增加，高溫物體放出的熱量等于它內(nèi)能的削減。4．做功和熱傳遞在變更物體內(nèi)能上是等效的，但它們的實質(zhì)不同，做功對應的是其他形式的能與內(nèi)能的相互轉(zhuǎn)化，熱傳遞是物體間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移。5．焦耳通過試驗測定了機械功與所產(chǎn)生的熱量之間的關(guān)系，稱為熱功當量，它等于4.18J·cal－1。功和內(nèi)能1.試驗探究(1)試驗一：如圖1所示，快速壓下活塞可以使厚壁玻璃筒內(nèi)浸有乙醚的棉花燃燒。圖1(2)試驗二：如圖2所示，厚壁容器的一端通過膠塞插進一支靈敏溫度計和一根氣針，另一端有個用卡子卡住的可移動膠塞。用打氣筒漸漸向容器內(nèi)打氣，使容器內(nèi)的壓強增大到肯定程度，這時讀出溫度計示數(shù)，打開卡子，膠塞沖出容器口后，溫度計示數(shù)明顯變小。圖2(3)試驗結(jié)論：壓縮氣體對氣體做功，氣體溫度上升，內(nèi)能增加；氣體對外做功，氣體溫度降低，內(nèi)能減小。氣體被壓縮或膨脹做功，氣體的內(nèi)能發(fā)生變更。2．對功和內(nèi)能關(guān)系的理解(1)內(nèi)能與內(nèi)能變更的關(guān)系：①物體的內(nèi)能是指物體內(nèi)全部分子的平均動能和勢能之和。因此物體的內(nèi)能是一個狀態(tài)量。②當物體溫度變更時，分子平均動能變更。物體體積變更時，分子勢能發(fā)生變更，因此物體的內(nèi)能變更只由初、末狀態(tài)確定，與中間過程及方式無關(guān)。(2)做功與內(nèi)能變更的關(guān)系：①做功變更物體內(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。②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)分：①功是過程量，內(nèi)能是狀態(tài)量。②在絕熱過程中，做功肯定能引起內(nèi)能的變更。③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)能變更較大時，對應著做功較多(1)設(shè)初態(tài)內(nèi)能為U1，末態(tài)內(nèi)能為U2，內(nèi)能的變更量為ΔU，ΔU＝U2－U1，ΔU>0，內(nèi)能增加；ΔU<0，內(nèi)能削減。(2)在絕熱過程中ΔU＝W。1．[多選]變更物體的內(nèi)能的下列方式中，屬于做功的方式的是()A．搓搓手會感到手溫煦些B．汽油機汽缸內(nèi)被壓縮的氣體C．車刀切下的炙熱鐵屑D．物體在陽光下被曬熱解析：選ABC搓手時克服摩擦力做功，機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；汽缸壓縮氣體，對氣體做功；車刀切削鋼件，克服摩擦力做功，機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，使切下的鐵屑溫度上升，都是通過做功使物體的內(nèi)能發(fā)生變更。物體在陽光下被曬熱，不屬于做功的方式。熱和內(nèi)能1.熱傳遞(1)定義：高溫物體總是自發(fā)地把它的內(nèi)能傳遞給低溫物體，這種沒有做功而使物體內(nèi)能變更的現(xiàn)象稱為熱傳遞。(2)方式：熱傳導、熱對流、熱輻射。(3)條件：存在溫度差。2．熱量(Q)是熱傳遞過程中物體內(nèi)能變更的量度。3．熱傳遞變更物體內(nèi)能的實質(zhì)內(nèi)能從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體或者從一個物體的高溫部分轉(zhuǎn)移到低溫部分，在這個沒有做功的過程中，汲取熱量的物體內(nèi)能增加，放出熱量的物體內(nèi)能削減，內(nèi)能的變更由熱量來量度，即ΔU＝Q。4．溫度、內(nèi)能、熱量和功的比較概念含義區(qū)分和聯(lián)系溫度表示物體冷熱程度的物理量，是物體分子平均動能的標記，是大量分子熱運動的集體表現(xiàn)，對個別分子來說，溫度沒有意義(1)溫度和內(nèi)能是狀態(tài)量，熱量和功是過程量，就某一狀態(tài)而言只有內(nèi)能，而無“熱量”和“功”(2)熱傳遞的前提條件是存在溫差，傳遞的是熱量而不是溫度，其實質(zhì)是內(nèi)能的轉(zhuǎn)移(3)可以利用做功和熱傳遞來變更物體的內(nèi)能內(nèi)能物體內(nèi)全部分子的動能和勢能的總和，是由大量分子的熱運動和分子的相對位置所確定的能熱量熱量是熱傳遞過程中內(nèi)能的變更量，用來量度熱傳遞過程中內(nèi)能轉(zhuǎn)移的多少功做功過程是機械能或其他形式的能和內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)化過程(1)做功和熱傳遞均能變更物體的內(nèi)能，僅從內(nèi)能的變更上無法知道系統(tǒng)用的做功還是熱傳遞方式使其內(nèi)能發(fā)生變更的，因此，做功和熱傳遞在變更物體內(nèi)能上是等效的。(2)熱傳遞變更物體內(nèi)能的過程是物體間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移，做功對應的是其他形式的能與內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過程。2．下列關(guān)于內(nèi)能與熱量的說法中，正確的是()A．馬鈴薯所含熱量高B．內(nèi)能越大的物體熱量也越多C．熱量總是從內(nèi)能大的物體流向內(nèi)能小的物體D．熱量總是從溫度高的物體流向溫度低的物體解析：選D選項A是一種很常見的說法，在日常生活中似無須計較，但從物理學的角度來看，卻有不妥，熱量是過程量，不是狀態(tài)量，不能像內(nèi)能那樣蘊含在物體中，選項A錯；說法B與說法A存在相同的錯誤，此外，物體的內(nèi)能與熱量之間，在數(shù)量上沒有必定聯(lián)系，選項B錯；兩物體之間熱量的流向只與它們的溫度有關(guān)，與它們的內(nèi)能無關(guān)，選項C錯。做功和內(nèi)能的變更[例1]如圖所示，肯定質(zhì)量的志向氣體密封在絕熱(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?，F(xiàn)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。若忽視活塞與容器壁間的摩擦力，則被密封的氣體()A．溫度上升，壓強增大，內(nèi)能削減B．溫度降低，壓強減小，內(nèi)能削減C．溫度上升，壓強增大，內(nèi)能增加D．溫度降低，壓強減小，內(nèi)能增加[解析]由于F對密閉的氣體做功，容器及活塞絕熱，所以Q＝0，由功和內(nèi)能的關(guān)系知志向氣體內(nèi)能增大，T上升，再依據(jù)eq\f(pV,T)＝C，V減小，p增大，選項C正確。[答案]C借題發(fā)揮解決這類問題，應把握以下兩點：(1)變更內(nèi)能的確定因素，內(nèi)能是宏觀物理量，屬于整個物體。(2)做功與內(nèi)能變更的關(guān)系。對內(nèi)能、功和熱量的理解[例2]物體的內(nèi)能增加了20J，下列說法中正確的是()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．肯定是物體分子動能增加了20JD．物體分子的平均動能可能不變[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錯誤；物體內(nèi)能包括全部分子的平均動能和分子勢能，內(nèi)能由分子數(shù)、分子平均動能、分子勢能三者確定，故C錯誤。[答案]D借題發(fā)揮(1)溫度、熱量、功、內(nèi)能是熱學中的重要概念，是高考考查的重點，正確理解這幾個概念間的區(qū)分與聯(lián)系，是解決這類問題的關(guān)鍵。(2)理解概念時要特殊留意：①溫度不能“傳”，熱量不能“含”②吸熱不肯定升溫(如：晶體的熔化、水的沸騰)。③升溫不肯定吸熱(也可以通過做功實現(xiàn))。④引起內(nèi)能的變更可能是做功、可能是熱傳遞也可能是兩個方面共同引起。1．[多選]用下述方法變更物體的內(nèi)能，屬于做功的方式是()A．在陽光的照耀下，水的溫度上升B．用磨刀石磨刀時，刀發(fā)熱C．用電熱器燒水D．用自然氣燒水解析：選BCA項是熱傳遞中的輻射，B中是摩擦力做功，C中是電流做功，D中是燃料燃燒把內(nèi)能轉(zhuǎn)移給水，故B、C正確。2.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，由于被壓縮的氣體隧然變熱，溫度上升，達到乙醚的燃點，使浸有乙醚的棉花燃燒起來，此試驗目的是要說明()A．做功可以增加物體的熱量B．做功肯定上升物體的溫度C．做功可以變更物體的內(nèi)能D．做功肯定可以增加物體的內(nèi)能解析：選C快速向下壓活塞，事實上是在對玻璃氣筒內(nèi)的氣體做功，由于是快速向下壓筒內(nèi)的氣體，做功時間極短，因此試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上升內(nèi)能增大，這說明做功可以變更物體的內(nèi)能。3．關(guān)于物體的內(nèi)能和熱量，下列說法中正確的有()A．熱水的內(nèi)能比冷水的內(nèi)能多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)能將減小，內(nèi)能小的物體其內(nèi)能將增大，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)移的量度解析：選D物體的內(nèi)能由溫度、體積及物體的質(zhì)量確定，不是只由溫度確定，故A、B錯；在熱傳遞過程中，熱量由高溫物體傳給低溫物體，而與物體的內(nèi)能大小無關(guān)，所以完全有可能是內(nèi)能大的物體內(nèi)能接著增大，內(nèi)能小的物體內(nèi)能接著減小，故C項錯；關(guān)于熱量的論述，D項是正確的。4．關(guān)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．熱傳遞可以在任何狀況下發(fā)生D．熱傳遞是內(nèi)能大的傳給內(nèi)能小的解析：選B熱傳遞的實質(zhì)是內(nèi)能的轉(zhuǎn)移，不是傳遞溫度，A錯誤；熱傳遞是內(nèi)能從高溫物體傳遞到低溫物體，必需存在溫差，B正確，C錯誤；內(nèi)能是物體內(nèi)全部分子熱運動的動能和分子勢能的總和，內(nèi)能大的不肯定是高溫物體，D錯誤。5．[多選]關(guān)于變更物體的內(nèi)能，下列說法正確的是()A．做功和熱傳遞是變更物體內(nèi)能的兩種本質(zhì)不同的物理過程B．外界對物體做功，物體的內(nèi)能肯定增大C．物體對外界放熱，物體的內(nèi)能肯定增大D．熱量是在熱傳遞中，從一個物體向另一個物體或物體的一部分向另一部分轉(zhuǎn)移內(nèi)能的多少解析：選AD做功和熱傳遞是變更物體內(nèi)能的兩種本質(zhì)不同的方法，做功的過程是不同形式的能相互轉(zhuǎn)化的過程，而熱傳遞是同種形式的能(內(nèi)能)在物體間或物體的各部分間的轉(zhuǎn)移，A正確；物體內(nèi)能的變更取決于做功和熱傳遞兩種途徑，單憑一方面不足以推斷其內(nèi)能的變更，B、C錯誤；依據(jù)熱量的概念可知D正確。6．[多選]關(guān)于內(nèi)能和機械能，下面說法正確的是()A．機械能越大的物體，其內(nèi)能也越大B．當物體的機械能發(fā)生變更時，其內(nèi)能也發(fā)生變更C．任何物體都有內(nèi)能，但物體機械能可以為零D．兩物體發(fā)生滑動摩擦時，機械能減小，內(nèi)能增大解析：選CD內(nèi)能和機械能是兩種不同形式的能，無必定聯(lián)系，A、B錯誤；由內(nèi)能和機械能的概念可知任何物體都有內(nèi)能，但可以無機械能，C正確；兩物體發(fā)生滑動摩擦時，機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，即摩擦生熱，D正確。7．[多選](山東高考)如圖，內(nèi)壁光滑、導熱良好的氣缸中用活塞封閉有肯定質(zhì)量的志向氣體。當環(huán)境溫度上升時，缸內(nèi)氣體()A．內(nèi)能增加B．對外做功C．壓強增大D．分子間的引力和斥力都增大解析：選AB依據(jù)肯定質(zhì)量的某種志向氣體的內(nèi)能只確定于溫度，處在導熱氣缸中的志向氣體由于外界環(huán)境溫度上升，志向氣體的內(nèi)能要增大，所以選項A正確；再依據(jù)志向氣體的狀態(tài)方程：eq\f(pV,T)＝C可知，氣體壓強不變，當溫度上升時，體積要增大，因此氣體要對外做功，所以選項B正確，C錯誤；志向氣體沒有分子間的相互作用力，因此分子間的作用力始終為零，故D選項錯誤。8．采納絕熱(即不交換熱量)的方式使肯定量的氣體由初態(tài)A變更至終態(tài)B，對于不同的絕熱方式，下列說法正確的是()A．對氣體所做的功也不同B．對氣體所做的功都相同C．對氣體不需做功，因為沒有熱量的傳遞D．以上三種說法都不對解析：選B絕熱過程ΔU＝W，這里氣體的狀態(tài)由初態(tài)A變到終態(tài)B，由于A，B兩狀態(tài)確定，所以不論采納什么絕熱方式，初態(tài)A的內(nèi)能有一確定值UA，終態(tài)B的內(nèi)能也有確定值UB，故W＝UB－UA為恒量，故B項正確。9．[多選]如圖所示為焦耳試驗裝置簡圖，用絕熱良好的材料將容器包好，重物下落帶動葉片攪拌容器里的水，引起水溫上升，關(guān)于這個試驗，下列說法正確的是()A．這個裝置可測定熱功當量B．做功增加了水的熱量C．做功增加了水的內(nèi)能D．功和熱量是完全等價的，無區(qū)分解析：選AC可通過重力做功與水溫上升汲取的熱量，測定熱功當量，做功增加了水的內(nèi)能，而熱量只是熱傳遞過程中內(nèi)能變更的量度，所以功與熱量是不同的。故選A、C。10.如圖所示，固定容器以及可動活塞P都是絕熱的，中間有一個導熱的可動隔板B，B的兩邊分別盛有氣體甲和乙，現(xiàn)將活塞P緩慢地向B移動一段距離，已知氣體的溫度隨其內(nèi)能的增加而上升，則在P移動的過程中()A．甲的內(nèi)能不變、乙的內(nèi)能不變B．甲的內(nèi)能增加，乙的內(nèi)能不變C．甲的內(nèi)能增加，乙的內(nèi)能增加D．隔板B與活塞P移動的距離相等解析：選C隔板B固定且導熱，當活塞向B移動的過程中，外力做功，氣體乙的內(nèi)能增加，溫度上升，乙通過導熱板B向氣體甲傳遞熱量，因此甲的內(nèi)能增加，因此選項C正確，選項A、B錯誤，乙的內(nèi)能增加體積應減小，所以P移動的距離大于B移動的距離，D錯誤。11．[多選]一銅塊和一鐵塊，質(zhì)量相等，銅塊的溫度T1比鐵塊的溫度T2高，當它們接觸在一起時，假如不和外界交換能量，則()A．從兩者起先接觸到熱平衡的整個過程中，銅塊內(nèi)能的削減量等于鐵塊內(nèi)能的增加量B．在兩者達到熱平衡以前的隨意一段時間內(nèi)，銅塊內(nèi)能的削減量不等于鐵塊內(nèi)能的增加量C．達到熱平衡時，銅塊的溫度T＝eq\f(T1＋T2,2)D．達到熱平衡時，兩者的溫度相等解析：選AD一個系統(tǒng)在熱交換的過程中，假如不與外界發(fā)生熱交換，溫度高的物體放出的熱量等于溫度低的物體汲取的熱量，直到溫度相等，不再發(fā)生熱交換為止．而熱量是熱傳遞過程中內(nèi)能的變更量，所以選項A和D都正確，選項B錯誤。依據(jù)熱平衡方程c銅m(T1－T)＝c鐵m(T－T2)，解得T＝eq\f(c銅T1＋c鐵T2,c銅＋c鐵)，由此可知選項C是錯誤的。12.如圖所示的容器中，A、B各有一個可自由移動的活塞，活塞下面是水，上面大氣壓恒定，A、B的底部由帶閥門的管道相連，整個裝置絕熱。原先A中的水面比B中的高，打開閥門，A中的水向B流淌，最終達到平衡，在這個過程中()A．水的內(nèi)能不變 B．水的內(nèi)能減小C．水的內(nèi)能增大 D．無法推斷解析：選C打開閥門，水的重心降低，重力對水做正功，系統(tǒng)又絕熱，故水的