文档内容
3.1 功、热和内能的改变
目录
【学习目标】.....................................................................................................................................................................................1
【思维导图】.....................................................................................................................................................................................2
【知识梳理】.....................................................................................................................................................................................2
知识点1：焦耳的实验...........................................................................................................................................................2
知识点2：功与内能的改变.................................................................................................................................................4
知识点3：热与内能的改变.................................................................................................................................................6
【方法技巧】.....................................................................................................................................................................................8
方法技巧1 改变内能的两种方式的比较........................................................................................................................8
方法技巧2 功、内能、热量的区别与联系....................................................................................................................9
【巩固训练】.....................................................................................................................................................................................9
【学习目标】
学习目标：
1、了解焦耳的两个实验。
2、知道做功与内能改变的关系，知道传热与内能变化的关系。
3、知道做功和传热是改变内能的两种方式，且对改变系统内能是等效的。
4、明确内能、功、热量、温度四个物理量的区别和联系。
学习重点：
1、知道传递的热量与内能变化的关系。
2、知道做功和传热是改变内能的两种方式，且对改变系统内能是等效的。
学习难点：
1、明确内能、功、热量、温度四个物理量的区别和联系。【思维导图】
【知识梳理】
知识点 1：焦耳的实验
1．绝热过程
系统不从外界吸热，也不向外界放热的过程。
2．焦耳实验
(1)重物下落带动叶片转动，搅拌容器中的水，水由于摩擦而温度上升。
(2)通过电流的热效应给水加热，使水温上升。
3．实验结论
在各种不同的绝热过程中，系统状态变化相同，所需外界做功的数量是相同的，与做功的方式无关。【典例1】（单选）如图所示是焦耳研究热与功之间关系的两个典型实验，那么从焦耳的这两个实验中
可得出的结论是( )
A. 系统状态的改变只能通过传热来实现
B. 机械能守恒
C. 在各种不同的绝热过程中，系统状态的改变与做功方式无关，仅与做功数量有关
D. 在各种不同的绝热过程中，系统状态的改变不仅与做功方式有关，还与做功数量有关
【典例2】（多选）关于焦耳和焦耳热功当量实验说法正确的是( )
A. 该实验是在绝热系统中完成的
B. 该实验的研究对象是容器中的水
C. 焦耳是英国物理学家，他的主要贡献是焦耳定律和测定热功当量
D. 焦耳实验中要使容器及其中的水升高相同的温度，实验中悬挂重物的质量、下落的高度可以不同，
但重力做功必须相同
【变式1】在图1和图2所示焦耳的两个实验中，各是什么形式的能转化为系统的内能？
图1 焦耳的实验装置图2 与焦耳实验原理相同的实验装置示意图
【变式2】（多选）关于如图所示的热学实验，下列说法正确的是( )
A. 图甲中，迅速下压活塞，棉花会燃烧起来，说明做功可以使物体的温度升高
B. 图乙中，重物下落带动叶片转动，叶片向水传递热量从而使水的温度升高
C. 图丙中，降落的重物使发电机发电，电流对液体做功使液体的温度升高
D. 以上实验都可说明，外界对系统做功可以使系统的内能增加
知识点 2：功与内能的改变
1．功与内能的改变
在热力学系统中，当系统从状态1经过绝热过程达到状态2时，内能的变化量ΔU＝U－U，它就等
2 1
于外界对系统所做的功W，即ΔU＝W。
2．做功与内能变化的关系
(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，外界对物体做功，则W＞0，外界对物体做多少功，就有多少其他形式的能转化为
内能，物体的内能就增加多少；物体对外界做功，则W＜0，物体对外界做多少功，就有多少内能转
化为其他形式的能，物体的内能就减少多少。3．功与内能的区别
(1)功是过程量，内能是状态量。
(2)物体的内能大，并不意味着做功多。在绝热过程中，只有内能变化量越大时，相应地做功才越多。
【归纳总结】
做功改变系统内能的实质
(1)做功改变系统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)做功使系统内能发生变化时，内能改变的多少用做功的数值来量度。
【典例1】（单选）如图所示，在一个配有活塞的厚壁有机玻璃筒底放置一小团硝化棉，迅速向下压活
塞，筒内气体被压缩后可点燃硝化棉．在筒内封闭的气体被活塞压缩的过程中( )
A. 气体对外界做正功，气体内能增加 B. 外界对气体做正功，气体内能增加
C. 气体的温度升高，压强不变D. 气体的体积减小，压强不变
【典例2】（单选）图中活塞将气缸分成甲、乙两气室，气缸、活塞(连同拉杆)是绝热的，且不漏气．以𝐸 、
甲
𝐸 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( )
乙
A. 𝐸 不变，𝐸 减小 B. 𝐸 增大，𝐸 不变
甲 乙 甲 乙
C. 𝐸 增大，𝐸 减小 D. 𝐸 不变，𝐸 不变
甲 乙 甲 乙
【变式1】（单选）如图所示，取一个透明塑料瓶，向瓶内注入少量的水。将橡胶塞打孔，安装上气门嘴，再用橡胶塞把瓶口塞紧，并向瓶内打气。观察发现橡胶塞跳出时，瓶内出现白雾，下列说法正确的
是( )
A. 打气过程中，瓶内气体的分子动能保持不变
B. 打气过程中，瓶内气体的压强与热力学温度成正比
C. 橡胶塞跳出后，瓶内气体迅速膨胀，温度降低
D. 橡胶塞跳出后，瓶内水迅速蒸发，出现白雾
【变式2】（单选）如图，用隔板将一绝热汽缸分成两部分，隔板左侧充有理想气体，隔板右侧与绝热
活塞之间是真空．现将隔板抽开，气体会自发扩散至整个汽缸．待气体达到稳定后，缓慢推压活塞，将
气体压回到原来的体积．假设整个系统不漏气．下列说法不正确的是( )
A. 气体自发扩散前后内能相同 B. 气体在被压缩的过程中内能增大
C. 在自发扩散过程中，气体对外界做功 D. 气体在被压缩的过程中，外界对气体做功
知识点 3：热与内能的改变
1．传热
(1)条件：两个物体的温度不同。
(2)过程：温度不同的物体发生传热，温度高的物体要降温，温度低的物体要升温，热从高温物体传到
低温物体。
(3)传热的三种方式：热传导、热对流、热辐射。
2．热和内能
(1)热量：在单纯的传热过程中系统内能变化的量度。(2)热与内能的改变
①当系统从状态1经过单纯的传热达到状态2时，内能的变化量ΔU＝U－U等于外界向系统传递的
2 1
热量Q，即ΔU＝Q。
②理解：在单纯的传热过程中，系统从外界吸收热量，则Q>0，系统从外界吸收了多少热量，系统的
内能就增加多少，系统向外界放热，则Q<0，系统向外界放了多少热量，系统的内能就减少多少。
【归纳总结】
温度、内能和热量的区别与联系
概念 区别 联系
表示物体的冷热程度，其实质是反映了物体内部大量分
温度
子无规则运动的剧烈程度
物体内部所有分子的动能和分子势能的总和。一切物体
温度是衡量内能多少的因素之
内能
都具有内能
一，热量是用来衡量传热过程
中内能变化多少的物理量
在传热过程中，传递内能的多少，与物质的种类(比热
热量
容)、质量和温度的变化量有关
注意：温度不能“传”，热量不能“含”，吸热不一定升温(如晶体的熔化、水的沸腾)，升温不一定
吸热(也可以通过做功实现)
【典例1】（单选）关于温度和内能的理解，下列说法中正确的是( )
A. 温度是分子平均动能的标志，物体温度升高，则物体每一个分子的动能都增大
B. 不计分子之间的分子势能，质量和温度相同的氢气和氧气具有相同的内能
C. 水的内能小于 水蒸气的内能
D. 做功和热传递对改变物体内能是等效的，也就是说做功和热传递的实质是相同的
【典例2】（单选）下列例子中通过热传递改变物体内能的是( )
A. 用砂轮磨刀具的时候，刀具的温度升高 B. 灼热的火炉使周围物体的温度升高
C. 手感到冷时，搓搓手就会觉得暖和些 D. 擦火柴时，火柴头上的易燃物质燃烧起来
【变式1】（单选）如图所示，玻璃瓶𝐴、𝐵中装有质量相等、温度分别为60°𝐶的热水和0°𝐶的冷水，下列说法不正确的是( )
A. 因质量相等，故A瓶中水的内能比𝐵瓶中水的内能大
B. 𝐴瓶中水分子间的平均距离比𝐵瓶中水分子间的平均距离小
C. 若把𝐴、𝐵两只玻璃瓶并靠在一起，则𝐴、𝐵瓶内水的内能都将发生改变，这种改变内能的方式叫热传
递
D. 若把𝐴、𝐵两只玻璃瓶并靠在一起，它们的状态都会发生变化，直到二者温度相同时，两系统便达到
了热平衡，达到热平衡的两个系统都处于平衡态
【变式2】（单选）关于内能、温度和热量，下列说法正确的是( )
A. 物体的温度升高时，一定吸收热量
B. 物体沿斜面下滑时，内能将增大
C. 物体沿斜面匀速下滑时，内能可能增大
D. 内能总是从高温物体传递给低温物体，当内能相等时传热停止
【变式3】（多选）如图为某实验器材的结构示意图，金属内筒和隔热外筒间封闭了一定体积的空气，
内筒中有水，在水加热升温的过程中，被封闭的空气( )
A. 内能增大 B. 压强增大 C. 分子间引力和斥力都减小 D. 所有分子运动速率都增大
【方法技巧】
方法技巧 1 改变内能的两种方式的比较
比较项目 做功 传热
外界对物体做功，物体的内能增加；物体对 物体吸收热量，内能增加；物体放出
内能变化
外界做功，物体的内能减少 热量，内能减少不同物体间或同一物体不同部分之间
物理实质 其他形式的能与内能之间的转化
内能的转移
相互联系 做一定量的功或传递一定量的热量在改变内能的效果上是相同的
方法技巧 2 功、内能、热量的区别与联系
(1)内能是状态量，状态确定，系统的内能也随之确定。要使系统的内能发生变化，可以通过传热和做
功两种方式来完成。
(2)热量是过程量，反映物体在状态变化过程中所转移的能量，是用来衡量物体内能变化的，有过程，
才有变化，离开过程，毫无意义。
(3)一定量的热量与一定量的功相当，热量可以通过系统转化为功，功也可以通过系统转化为热量，但
它们之间有着本质的区别。
(4)对某一状态而言，只有“内能”，根本不存在“热量”和“功”。不能说一个系统中含有多少热量。
注意：传热的前提条件是两个系统之间要有温度差，传递的是热量而不是温度。
(5)做功和传热的区别和等效性
①做功时，内能与其他形式的能(如内能与机械能、内能与电能等)发生转化，而传热只是不同物体(或
一个物体的不同部分)之间内能的转移。
②做功和传热改变内能的方式不同，但效果是相同的。
【巩固训练】
一、单选题。
1.水枪是同学们喜爱的玩具，某种气压式水枪储水罐如图所示。从储水罐充气口充入气体，达到一定
压强后，关闭充气口。扣动扳机将阀门𝑀打开，水即从枪口喷出。若储水罐内气体可视为理想气体，在
水不断喷出的过程中，罐内气体温度始终保持不变，则气体( )A. 从外界吸收热量 B. 压强变大 C. 分子平均动能变大D. 内能变大
2.对一定质量的气体，下列说法中正确的是( )
A.外界对气体做功，内能一定增大
B.气体从外界吸收热量后，内能一定增大
C.分子密集程度一定，温度越高，气体的压强越小
D.温度一定，分子密集程度越大，气体的压强越大
3.如图所示，野外生存需要取火时，可以用随身携带的取火装置，在铜制活塞上放置少量易燃物，将金
属筒套在活塞上迅速下压，即可点燃易燃物.则迅速下压过程中，金属筒内的封闭气体( )
A. 分子平均动能变小
B. 每个气体分子速率都增大
C. 从外界吸热，气体内能增加
D. 分子在单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数增加
4.一个气泡从恒温水槽的底部缓慢向上浮起(若不计气泡内空气分子势能的变化)，则( )
A. 气泡对外做功，内能不变，同时放热 B. 气泡对外做功，内能不变，同时吸热
C. 气泡内能减少，同时放热 D. 气泡内能不变，不吸热也不放热
5.如图所示，在大口的玻璃瓶内装一些水，水的上方有水蒸气。然后用一与打气筒相连的活塞密闭瓶
口，并给瓶内打气，当打到某一状态时，瓶塞会跳起来。当瓶塞跳起时，我们会看到瓶内出现了“白
雾”。对于“白雾”的形成，下列说法正确的是( )A. 这些“白雾”是当瓶塞跳起后外界的水蒸气在瓶口遇冷形成的小水珠
B. 这是打气筒向瓶内打进去的水蒸气
C. 这是瓶内的水向外膨胀形成的水雾
D. 瓶内空气推动瓶塞做功，空气的内能减小，温度降低，使水蒸气液化形成小水滴
6.下列说法正确的是( )
A. 外界对气体做功，气体的内能一定增大
B. 气体从外界吸收热量，气体的内能一定增大
C. 气体的温度越低，气体分子无规则运动的平均动能越大
D. 气体的温度越高，气体分子无规则运动的平均动能越大
7.打开礼花喷射器的气阀，压缩在气罐内的气体瞬间将纸管内填充的礼花彩条喷出，营造气氛。喷出
礼花彩条的过程中，罐内气体( )
A. 分子热运动加剧 B. 内能减少
C. 由于来不及发生热传递，故温度保持不变 D. 礼花喷射器宜在高温环境中保存
8.做功和热传递都可以改变物体的内能。以下说法正确的是( )
A. 物体放出热量，内能一定减少
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，内能一定减少
D. 物体放出热量，同时对外做功，内能一定减少
9.关于内能，以下说法正确的是( )
A. 做功和热传递在改变物体内能的效果上是等效的
B. 只要物体的温度不变，它的内能就不变
C. 每个分子的内能等于这个分子的势能和动能的总和
D. 焦耳通过大量实验提出了热和能的当量关系
二、多选题。10.下列生活或生产中的实例，利用了物质比热容特性的是( )
A. 北方楼房中的“暖气”用水作为传热介质 B. 夏天在房间里洒水降温
C. 汽车发动机用冷水来冷却 D. 沿海地区昼夜温差比内陆地区小
