版块13 内能 专题13-3 内能 （教师版） 初中物理尖子生自主招生培优讲义83讲

专题13-3 内能 知识·解读 一、功和内能关系的理解 1．内能：所有分子的动能和势能之和．内能是状态量． 2．功和内能变化的关系 做功可以改变系统的内能，功是系统内能转化的量度，： (1)外界对系统做功，系统内能增加；(2)系统对外界做功，系统内能减少 3．内能与机械能的区别和联系 (1)区别：内能与机械能是两个不同的概念． (2)联系：在一定条件下可以相互转化，且总量保持不变． 二、区分三组概念 1、内能与热量： 内能是状态量，可以说系统具有多少内能而不能说传递多少内能；热量是过程量，不能 说系统具有多少热量，只能说传递了多少热量． 2、热量与温度： 热量是系统的内能变化的量度，而温度是系统内部大量分子做无规则运动的激烈程度的 标志．虽然热传递的前提是两个系统之间要有温度差，但是传递的是能量，不是温度． 3、热量与功： 热量和功，都是系统内能变化的量度，都是过程量，一定量的热量与一定量的功相当， 功是能量变化的量度，但它们之间有着本质的区别． 三、改变内能的方式 1．做功和热传递是改变内能的两种方式 在单纯做功过程中，外界对物体做了多少功，物体内能就增加多少；物体对外界做了多 少功，物体内能就减少多少，在单纯热传递过程中，物体吸收了多少热量，物体内能就 增加多少；物体放出了多少热量，物体内能就减少多少 2．做功和热传递在改变物体的内能上是等效的 一杯水可以通过加热(热传递)的方法使温度升高到某一温度值，水的内能增加ΔU；也可 以通过搅拌(做功)的方法使水温升高到同一温度值，水的内能增量相同．除非事先知道， 否则我们无法区分是哪种方式使这杯水的内能增加的，因此，做功和热传递在改变物体 内能上是等效的． 第 1 页 / 共 13 页 3．做功和热传递的本质区别 做功使物体内能改变的过程是一个宏观过程，是机械能转化为内能的过程；热传递使物 体内能改变的过程是一个微观过程，是物体间内能的转移过程，没有能量形式的转化． 典例·解读 例1、如图所示，活塞将气缸分成甲、乙两气室，气缸、活塞(连同拉杆)是绝热的，且不 漏气，以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( ) ．E 甲不变，E 乙减小 B．E 甲不变，E 乙增大 ．E 甲增大，E 乙不变 D．E 甲增大，E 乙减小 【答】 D 【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，内能的改变取决了做功的情况， 对甲室内的气体，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，内能就减 少，故D 选项正确． 例2、对于热量、功和内能，三者的说法正确的是( ) ．热量、功、内能三者的物理意义等同 B．热量、功都可以作为物体内能的量度 ．热量、功、内能的单位不相同 D．热量和功是由过程决定的，而内能是由物体状态决定的 【答】 D 【解析】物体的内能是指物体内所有分子动能和分子势能的总和，而要改变物体的内能可以通过做 功或热传递两种途径，这三者的物理意义不同，错；热量是表示在热传递过程中物体内能 变化多少的，而功也是量度用做功的方式来改变物体内能多少的，B 错；三者单位都是焦耳， 错；热量和功是过程量，内能是状态量，D 正确． 例3、关于温度、内能和热量，下列说法正确的是( ) 0 ℃的冰块内能为零 B 温度高的物体含有的热量多 汽油机压缩冲程中，机械能转化为内能 D 反复弯折铁丝，铁丝温度升高，这是通过热传递的方式增加了铁丝的内能 第 2 页 / 共 13 页 【答】 【解析】一切物体在任何温度下都具有内能，错误；热量是过程量，不能说物体含有热量，只能说 吸收或放出多少热量，B 错误；汽油机压缩冲程中进气门和闭气门关闭，活塞向上运动，压 缩气体使其内能增加，该过程将活塞的机械能转化为气体的内能，正确；反复弯折铁丝， 铁丝温度升高，是通过做功的方式增加了铁丝的内能，D 错误．故选 例4、水煎包是东营特色名吃，其特色在于兼得水煮油煎之妙，色泽金黄，一面焦脆，三 面嫩软，皮薄馅大，香而不腻．在水煎包的制作过程中，以下说法正确的是( ) ①水煎包“香气四溢”，说明分子在不停地做无规则运动 ②水煎包能被煎成金黄色，是因为油的沸点比水的沸点低 ③木柴燃烧时将化学能转化为内能 ④往热锅内倒入水会产生大量的“白气”，“白气”是水汽化形成的 ⑤锅盖不断被水蒸气顶起而发生“跳动”，此时水蒸气的内能转化为锅盖的机械能 ①②③⑤ B ①③⑤ ①③④⑤ D ②③④⑤ 【答】B 【解析】水煎包“香气四溢”，说明分子在不停地做无规则运动，①正确；水煎包能被煎成金黄色， 是因为油的沸点比水的沸点高，②错误；木柴燃烧时将化学能转化为内能，③正确；往热 锅内倒入水会产生大量的“白气”，“白气”是水蒸气液化形成的，④错误；锅盖不断被 水蒸气顶起而发生“跳动”，此时水蒸气对锅盖做功，水蒸气的内能转化为锅盖的机械能， ⑤正确．综合以上分析，①③⑤正确，B 正确．故选B 例5、若对物体做1 200 的功，可使物体温度升高3 ℃，改用传热的方式，使物体温度同 样升高3 ℃，那么物体应吸收________ 的热量，如果对该物体做3 000 的功，物体的 温度升高5 ℃，表明该过程中，物体应________(填“吸收”或“放出”)热量_______ _ 【答】1 200；放出；1 000 【解析】做功和传热在改变物体内能上是等效的，因此物体用做功方式使温度升高3 ℃，如用吸热 方式，也使温度升高3 ℃应吸收1 200 的热量． 如对物体做功3 000 ，温度升高5 ℃，而物体温度升高5 ℃，需要的功或热量应为ΔE 1 200 ＝m×3 ℃，ΔE＝m×5 ℃，所以ΔE＝2 000 Q＝ΔE－＝－1 000 ，因此物体应放出1 000 的热量． 第 3 页 / 共 13 页 例6、下列关于内能与热量的说法中，正确的是( ) ．马铃薯所含热量高 B．内能越大的物体热量也越多 ．热量自发地从内能大的物体流向内能小的物体 D．热量自发地从温度高的物体流向温度低的物体 【答】 D 【解析】选项是一种很常见的说法，在日常生活中似无须计较，但从物理学的角度来看，却有不妥， 热量是过程量，不是状态量，不能像内能那样蕴含在物体中，选项错；说法B 与说法存在 相同的错误，此外，物体的内能与热量之间，在数量上没有必然联系，选项B 错；两物体 之间热量的流向只与它们的温度有关，与它们的内能无关，选项错． 培优·训练 一、选择题 1、下列关于做功和热传递的说法中正确的是( ) ．做功和热传递的实质是相同的 B．做功和热传递在改变物体内能上是等效的 ．做功和热传递是对同一过程中的两种说法 D．做功和热传递是不可能同时发生的 2、下图事例中，利用热传递改变物体内能的是( ) 3、如图是重庆人喜欢吃的酸辣粉，下列分析正确的是( ) 煮酸辣粉前，锅中已沸腾的水温度一直升高 B 煮酸辣粉时，通过做功改变了酸辣粉的内能 酸辣粉冒的“白气”是由于水蒸气升华形成的 第 4 页 / 共 13 页 D 酸辣香味四溢是由于分子永不停息做无规则运动 4、（多选）如图所示，向装有少量水的烧瓶缓慢打气，突然塞子跳起来，同时瓶内出现 了 “白雾”，关于该现象说法正确的是( ) 白雾是水蒸气 B 瓶内气体膨胀对外做功 瓶内气体内能减小 D 瓶内气体温度升高 5、（多选）酿酒是人类神奇的发明，如图是将谷物倒入锅中熬制酒料的过程．下列说法 正确的是( ) 用火种引燃木柴的过程与钻木取火的原理不相同 B 灶台下木柴燃烧的过程，将内能转化成了化学能 锅能向酒料传递热量，是因为锅的温度高于酒料的温度 D 熬制过程中需要不断地搅拌，这是为了通过做功的方式增加物体内能 6、（多选）关于温度、热量和内能，下列说法正确的是( ) 物体放出热量，其内能一定减少、温度一定降低 B 热量都是从内能大的物体向内能小的物体传递 把热汤倒入碗中，碗变热是通过热传递的方式改变了它的内能 D 冰在熔化过程中，其内能增加而温度保持不变 7、（多选）关于下面四幅图的说法正确的是( ) 甲图：活塞压缩空气，硝化棉燃烧，此过程与热机的压缩冲程原理相同 B 乙图：瓶内空气推开瓶塞，内能减少，瓶口出现的白雾是液化现象 丙图：抽出玻璃板，下瓶中出现红棕色2气体，表明气体间可以发生扩散现象 D 丁图：悬挂重物不能把两铅块分开，说明分子间存在引力，没有斥力 8、如图所示，将冰块放于单层的不锈钢盆中，并加入适量的盐，用筷子搅拌大约半分钟， 盆中冰与盐水混合物的温度低于0 ℃将装有西瓜汁的小塑料杯放在盆中的冰块里，几 分钟后西瓜汁变成了水果冰棍，这时观察到盆外壁出现白霜．下列说法正确的是( ) 西瓜汁变成了冰棍，属于凝华 B 西瓜汁变成冰棍的过程，内能增加 白霜是盆周围的水蒸气放热形成的 第 5 页 / 共 13 页 D 吃冰棍感觉凉爽，因为冰棍含有的热量少 9、（多选）在下述各种现象中，不是由做功引起系统温度变化的是( ) ．在阳光照射下，水的温度升高 B．用铁锤不断锤打铅块，铅块温度会升高 ．在炉火上烧水，水的温度升高 D．电视机工作一段时间，其内部元件温度升高 10、一定质量的气体经历一缓慢的绝热膨胀过程．设气体分子间的势能可忽略，则在此过 程中( ) ．外界对气体做功，气体分子的平均动能增加 B．外界对气体做功，气体分子的平均 动能减少 ．气体对外界做功，气体分子的平均动能增加 D．气体对外界做功，气体分子的平均 动能减少 11、关于热传递，下列说法中正确的是( ) ．热传递的实质是温度的传递 B．物体间存在着温度差，才能发生热传递 ．热传递可以在任何情况下进行 D．物体内能发生改变，一定是吸收或放出了热量 12、（多选）用下述方法改变物体的内能，属于做功的方式是( ) ．用锤子打铁时，铁块发热 B．用磨刀石磨刀时，刀发热 ．双手互搓，手发热 D．用天然气烧水 13、在给自行车轮胎打气时，会发现胎内空气温度升高，这是因为( ) ．胎内气体压强不断增大，而容积不变 B．轮胎从外界吸热 ．外界空气温度本来就高于胎内气体温度 D．打气时，外界不断地对胎内气体做 功 14、（多选）一定质量的气体封闭在绝热的汽缸内，当用活塞压缩气体时，一定增大的物 理量有(不计气体分子势能)( ) ．气体体积 B．气体分子密度 ．气体内能 D．气体分子的平均动能 15、如图所示为某种椅子与其升降部分的结构示意图，M，两筒间密闭了一定质量的气体， M 可沿的内壁上下滑动．设筒内气体不与外界发生热交换，在M 向下滑动的过程中( ) ．外界对气体做功，气体内能增大 B．外界对气体做功，气体内能减小 ．气体对外界做功，气体内能增大 D．气体对外界做功，气体内能减小 16、如图所示，绝热容器中间用隔板隔开，左侧装有气体，右侧为真空．现将 隔板抽掉，让左侧气体自由膨胀到右侧直至平衡，在此过程中( ) ．气体对外界做功，温度降低，内能减少 第 6 页 / 共 13 页 B．气体对外界做功，温度不变，内能不变 ．气体不做功，温度不变，内能不变 D．气体不做功，温度不变，内能减少 17、热传递的规律是( ) ．热量从内能大的物体传给内能小的物体 B．热量从内能较小的物体传给内能较大的物体 ．热量从温度高的物体传给温度低的物体 D．热量从高温内能大的物体传给低温内能小的物体 18、在一个完全真空的绝热容器中放入两个物体，它们之间没有发生热传递，这是因为( ) ．两物体没有接触 B．两物体的温度相同 ．真空容器不能发生热对流 D．两物体具有相同的内能 19、物体由大量分子组成，下列说法正确的是( ) ．分子热运动越剧烈，物体内每个分子的动能越大 B．分子间引力总是随着分子间的距离减小而减小 ．物体的内能跟物体的温度和体积有关 D．只有外界对物体做功才能增加物体的内能 20、如图所示，、B 是两个完全相同的球，分别浸没在水和水银的同一深度处，、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到同一值，两球膨胀后，体 积相等，则( ) ．球吸收的热量较多 B．B 球吸收的热量较多 ．两球吸收的热量一样多 D．无法确定 21、（多选）在外界不做功的情况下，物体的内能增加了50 ，下列说法中正确的是( ) ．一定是物体放出了50 的热量 B．一定是物体吸收了50 的热量 ．一定是物体分子动能增加了50 D．物体的分子平均动能可能不变 22、如图甲所示的容器中，、B 中各有一个可自由移动的活塞，活塞下面是水，上面是大 气，大气压恒定，、B 的底部由带阀门K 的管道相连，整个装置与外界绝热．打开阀门 前，中水面比B 中水面高，打开阀门后，中的水逐渐向B 中流，最后达到同一高度， 在这个过程中( ) 第 7 页 / 共 13 页 ．大气压力对水做功，水的内能增加 B．水克服大气压力做功，水的内能减少 ．大气压力对水不做功，水的内能不变 D．大气压力对水不做功，水的内能增加 二、填空题 1、夏天，将厚衣物和樟脑丸装入带有排气孔的塑料收纳袋内，用抽气筒向外抽气，收纳 袋在________作用下体积缩小，抽气时，抽气筒壁因摩擦而发热，这是通过________的 方式改变了它的内能．冬天打开收纳袋，会闻到樟脑的气味，说明了分子____________ _____________________________． 2、某同学做了一个小实验；先把空的烧瓶放入冰箱冷冻，一小时后取出烧瓶，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，如图所示．这是因为烧瓶里的气体吸收了水的__，温度__，体积________． 3、若只对一定质量的理想气体做1 500 的功，可使其温度升高5℃．若改成只用热传 递的方式，使气体温度同样升高5℃，那么气体吸收________ 的热量．如果对该气 体做了2 000 的功，使其温度升高了5℃，表明在该过程中，气体还________(选填 “吸收”或“放出”)热量________ 第 8 页 / 共 13 页 专题13-3 内能 例1、【答】 D 【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，内能的改变取决了做 功的情况，对甲室内的气体，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，内能就减少，故D 选项正确． 例2、【答】 D 【解析】物体的内能是指物体内所有分子动能和分子势能的总和，而要改变物体的内能可 以通过做功或热传递两种途径，这三者的物理意义不同，错；热量是表示在热传 递过程中物体内能变化多少的，而功也是量度用做功的方式来改变物体内能多少 的，B 错；三者单位都是焦耳，错；热量和功是过程量，内能是状态量，D 正确． 例3、【答】 【解析】一切物体在任何温度下都具有内能，错误；热量是过程量，不能说物体含有热量 只能说吸收或放出多少热量，B 错误；汽油机压缩冲程中进气门和闭气门关闭， 活塞向上运动，压缩气体使其内能增加，该过程将活塞的机械能转化为气体的内 能，正确；反复弯折铁丝，铁丝温度升高，是通过做功的方式增加了铁丝的内能， D 错误．故选 例4、【答】B 【解析】水煎包“香气四溢”，说明分子在不停地做无规则运动，①正确；水煎包能被煎 成金黄色，是因为油的沸点比水的沸点高，②错误；木柴燃烧时将化学能转化为 内能，③正确；往热锅内倒入水会产生大量的“白气”，“白气”是水蒸气液化 形成的，④错误；锅盖不断被水蒸气顶起而发生“跳动”，此时水蒸气对锅盖做 功，水蒸气的内能转化为锅盖的机械能，⑤正确．综合以上分析，①③⑤正确， B 正确．故选B 例5、【答】1 200；放出；1 000 【解析】做功和传热在改变物体内能上是等效的，因此物体用做功方式使温度升高3 ℃， 如用吸热方式，也使温度升高3 ℃应吸收1 200 的热量． 如对物体做功3 000 ，温度升高5 ℃，而物体温度升高5 ℃，需要的功或热量 应为ΔE 1 200 ＝m×3 ℃，ΔE＝m×5 ℃，所以ΔE＝2 000 第 9 页 / 共 13 页 Q＝ΔE－＝－1 000 ，因此物体应放出1 000 的热量． 例6、【答】 D 【解析】选项是一种很常见的说法，在日常生活中似无须计较，但从物理学的角度来看， 却有不妥，热量是过程量，不是状态量，不能像内能那样蕴含在物体中，选项错； 说法B 与说法存在相同的错误，此外，物体的内能与热量之间，在数量上没有必 然联系，选项B 错；两物体之间热量的流向只与它们的温度有关，与它们的内能 无关，选项错． 培优·训练 一、选择题 1、B 解题指导 做功和热传递在改变物体内能上是等效的，但本质不同，做功是将其他形式的 能量转化为内能或将内能转化为其他形式的能量；热传递是将一个物体的内能传递给另 一个物体，且做功和热传递可以同时进行．故正确选项为B 规律总结 正确解答本题的关键是理解做功和热传递的区别与联系．做功过程涉及能量的 转化，必须通过宏观的运动来实现；热传递过程只是能量的转移，没有能量形式的变化， 其发生的唯一条件是温度差．两过程是各自独立的，可以同时发生，也可以不同时发生． 2、B 【解析】晃动试管，沙子温度升高，是通过克服摩擦做功的方式改变物体内能的，错误； 烧水使水变热，是通过热传递的方式改变物体内能的，B 正确；汽油机汽缸内混合物被 压缩，温度升高，是通过压缩做功的方式改变物体内能的，错误；摩擦使笔杆变热，是 通过克服摩擦做功的方式来改变物体内能的，D 错误．故选B 3、D 【解析】水沸腾时，尽管继续吸热，但温度保持不变，错误；煮酸辣粉时，是通过热传递 的方式改变了酸辣粉的内能，B 错误；酸辣粉冒的“白气”是由于水蒸气遏冷液化形成 的，错误；酸辣香味四溢是气体的扩散现象，是由于分子在永不停息地做无规则运动， D 正确．故选D 4、B 【解析】白雾是水蒸气对外做功，温度降低液化形成的小水珠，错误；瓶内气体膨胀对外 做功，内能转化为机械能，它本身的内能减小，温度降低，B、正确，D 错误．故选B 5、 【解析】用火种引燃木柴的过程是通过热传递改变物体的内能，钻木取火是通过做功改变 第 10 页 / 共 13 页 物体的内能，它们的原理不相同，正确；灶台下木柴燃烧的过程，将化学能