《人教版物理选修3-3知识点突破》10.1 功和内能（解析版）
10.1 功和内能
学习目标
1．了解焦耳的热功当量实验，明确实验原理。
2．理解内能的概念，并了解功是能量改变的量度。
重点：1．了解焦耳的两个实验的原理。
2．知道做功和传热是改变内能的两种方式。
难点：知道做功和传热是改变内能的两种方式。
知识点一、焦耳的实验
1．绝热过程：系统只通过对外界做功或外界对它做功做功而与外界交换能量，它不从外界吸收热量 ，
也不向外界放出热量的过程。
2．代表实验：（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。
3．实验结论：在各种不同的绝热过程中，系统状态变化相同，则外力所做的功相同，与做功的方式
无关。
【题 1】如图为焦耳实验装置图，用绝热性能良好的材料将容器包好，重物下落带动叶片搅拌容器里
的水，引起水温升高，关于这个实验，下列说法正确的是
A．这个装置可测定热功当量 B．做功增加了水的热量
1
C．做功增加了水的内能 D．功和热量是完全等价的，无区别
【答案】AC
【解析】该实验测定做功和内能变化的关系。可以测定热功当量， A正确；该实验是绝热过程，没有
热传递，内能的改变是由于做功，C正确；做功表示能量的转化，而热量表示热传递中内能的转移，二者
有区别，B、D错误。
【题 2】下列有关焦耳及焦耳实验的说法中正确的有
A．焦耳是法国物理学家，他的主要贡献是焦耳定律及热功当量
B．焦耳实验中用到的容器可以用普通玻璃杯代替 C．焦耳实验中的研究对象是容器中的水
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、下落的高度可以不相
同，但做功必须相同
【答案】D
【解析】焦耳是英国物理家，A错误；焦耳实验的要求是研究对象为绝热系统，普通玻璃杯达不到绝
热要求，B错误；实验的研究对象是容器及其中的水组成的系统，C错误；要使水及容器升高相同的温度
即内能增加相同，则必须做功相同，D正确。
知识点二、功和内能
1．内能的概念：任何一个热力学系统都存在一个只依赖于系统自身状态的物理量，叫系统的内能。
内能是描述热力学系统自身状态的物理量。
2．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。
3．做功与内能变化的关系：做功可以改变系统的内能，功是系统内能转化的量度，在国际单位制中 ，
内能和功的单位都是焦耳 J。
2
（1）在绝热过程中，外界对系统做功，就有多少其他形式的能转化为内能，系统的内能增加。系统
内能的增量就等于外界对系统做的功，即 ΔU＝U2−U1＝W。
（2）在绝热过程中，系统对外界做功，就有多少内能转化为其他形式的能，系统的内能减少。内能
的减少量就等于系统对外界做的功，即 ΔU＝U2−U1＝−W。
4．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。
【题 3】在如图柱形容器内封有一定质量的密闭气体，光滑活塞 C（质量为 m）与容器用良好的隔热
材料制成。另有质量为 M的物体从活塞上方的 A点自由下落到活塞上，并随活塞一起到达最低点B而静止。
在这一过程中，密闭气体内能的改变量 ΔU、外界对密闭气体所做的功 W与物体和活塞的重力势能的变化
关系是
A．Mgh＋mgΔh＝ΔU＋W B．ΔU＝W，W＝Mgh＋mgΔh
C．ΔU＝W，W＜Mgh＋mgΔh D．ΔU≠W，W＝Mgh＋mgΔh
【答案】C
【解析】因活塞和容器用良好的隔热材料制成，气体不向外散失热量，外界对气体做功的 W等于气体
增加的内能 ΔU，即 W＝ΔU，又由于碰撞有机械能损失，故W<Mgh＋mgΔh，C正确。
【题 4】某汽车后备箱内安装有撑起箱盖的装置，它主要由气缸和活塞组成。开箱时，密闭于气缸内
的压缩气体膨胀，将箱盖顶起，如图。在此过程中，若缸内气体与外界无热交换，忽略气体分子间相互作
用，则缸内气体
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