第三章热力学定律
第1节功、热和内能的改变
1.认识物质的运动形式有多种，对应不同运动形式的运动有不同形式的能，各种形式的能在一定条件下可以相互转化
知识点一、绝热过程
系统只是由于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，这样的过程叫绝热过程。
知识点二、功与内能的改变
(1)内能概念：任何一个热力学系统都必定存在一个只依赖于系统自身状态的物理量，这个物理量在两个状态间的差别与外界在绝热过程中对系统所做的功相联系。我们把这个物理量称为系统的内能。
(2)功与系统内能改变：
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，系统的内能增加。
在绝热过程中，内能的增加量就等于外界对系统做的功，
即ΔU＝U2－U1＝W。(W＞0)
②系统对外界做功，系统的内能减少。
在绝热过程中，系统对外界做多少功，内能就减少多少，即ΔU＝W(W＜0)。
说明：在国际单位制中，内能和功的单位都是焦耳(J)。
【特别提醒】功和内能的区别
功是能量转化的量度，与内能变化相联系，是过程量，而内能是状态量，只有在内能变化过程中才有功。物体内能大，并不意味着做功多，在绝热过程中，只有内能变化大，才意味着做功多。
知识点三、热和内能的改变
1.热传递
(1)概念：两个温度不同的物体互相接触时温度高的物体要降温，温度低的物体要升温，并将持续到系统间达到热平衡，即温度相等为止，这个过程称为热传递。
(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)热传递的条件：物体之间或是物体不同部分之间存在温度差。
(4)热传递的三种方式
热传递的三种方式：热传导、热对流、热辐射。
①热传导——热沿着物体传递的热传递方式，不同物质传导热的能力各不相同，容易传导热的物体称为热的良导体，所有金属都是热的良导体，不容易传导热的物体称为热的不良导体，如空气、橡胶、绒毛、棉纱、木头、水、油等。
②热对流——靠液体或气体的流动来传递热的方式，热对流是液体和气体所特有的热传递方式。
③热辐射——热从高温物体向周围以电磁波的形式沿直线射出去的方式，热辐射不依赖媒介质，可在真空中进行，与外界温差越大，表面颜色越深，物体向外的热辐射能力越强。
2.热与内能的改变：在单纯的传热过程中，外界向系统传递多少热量，系统的内能就增加多少；系统向外界传递多少热量，系统的内能就减少多少。
1．组成物体的分子在做永不停息的热运动，温度升高时，分子热运动的平均动能________（选填“增大”、“不变”或“减小”）。改变物体内能有做功和_________两种方式。
【答案】增大 热传递
【详解】[1][2]温度是分子热运动平均动能的标志，温度升高时，分子热运动的平均动能增大；改变物体内能有做功和热传递两种方式。
2．气体温度计结构如图所示．玻璃测温泡A内充有理想气体，通过细玻璃管B和水银压强计相连．开始时A处于冰水混合物中，左管C中水银面在O点处，右管D中水银面高出O点h1=14 cm，后将A放入待测恒温槽中，上下移动D，使C中水银面仍在O点处，测得D中水银面高出O点h2=44 cm。(已知外界大气压为标准大气压，标准大气压相当于76 cm高水银柱产生的压强)
(1)求恒温槽的温度_______；
(2)此过程A内气体内能____(选填“增大”或“减小”)，气体不对外做功，气体将____(选填“吸热”或“放热”)。
【答案】T2=364K(或91 ℃) 增大 吸热
【详解】
设恒温槽的温度为T2，由题意知T1=273 K
A内气体发生等容变化，根据查理定律得
p1=p0+ph1
p2=p0+ph2
联立代入数据得
T2=364 K(或91 ℃)． ④
(2)此过程中A内气体温度升高，则内能增大；体积不变，则W=0；根据热力学第一定律有
ΔU=Q+W，得Q>0，即气体将吸热
1．关于热传递，下列说法中正确的是（ ）
A．热传递是温度的传递
B．物体的内能发生了改变，一定是吸收或放出了热量
C．热传递可以在任何情况下进行
D．物体间存在着温度差，才能发生热传递
【答案】D
【详解】A．热传递的实质是能量的传递，故A错误；
B．物体的内能发生了改变，可能是由于发生了热传递，也可能是由于做功导致的，故B错误；
C．热传递必须在有温度差的情况下进行，故C错误；
D．物体间存在着温度差，才能发生热传递，故D正确。
故选D。
2．下列说法正确的是（ ）
A．扩散现象说明分子之间存在空隙，同时分子在永不停息地做无规则运动
B．布朗运动就是液体分子的无规则运动
C．当分子力表现为引力时，分子势能随分子间距离的增加而减小
D．减速运动的物体一定发生了机械能向内能转化
【答案】A
【详解】A．扩散现象说明分子之间存在空隙，同时分子在永不停息地做无规则运动，选项A正确；
B．布朗运动是悬浮在液体表面的固体颗粒的无规则运动，是液体分子无规则运动的具体表现，选项B错误；
C．当分子力表现为引力时，分子间距离的增加时，分子力做负功，则分子势能增加，选项C错误；
D．减速运动的物体动能减小，可能重力势能增加，例如上抛物体，不一定发生了机械能向内能转化，选项D错误。
故选A。
3．下列实例说明做功改变系统内能的是（ ）
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
【答案】B
【详解】B选项中双手摩擦做功，使手的内能增加，感到暖和；ACD都是通过热传递来改变系统的内能，选项B正确，ACD错误。
故选B。
4．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．1g100水的内能小于1g100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
【答案】C
【详解】A．温度是分子平均动能的标志，物体温度升高，则分子平均动能变大，但非每一个分子的动能都增大，选项A错误；
B．不计分子之间的分子势能，温度相同的氢气和氧气分子具有相同的平均动能，但是质量相同的氢气和氧气的分子数不同，则两种气体的内能不相同，选项B错误；
C．1g100水变为1g100的水蒸气要吸收热量，则1g100水的内能小于1g100水蒸气的内能，选项C正确；
D．做功和热传递对改变物体内能是等效的，但是做功和热传递的实质是不相同的，做功是能量的转化，热传递是能量的转移，选项D错误。
故选C。
5．对于热量、功和物体的内能这三个物理量，下列叙述正确的是（ ）
A．热量、功、内能三者的物理意义相同
B．热量和功都可以作为物体内能的量度
C．热量、功、内能的单位肯定不相同
D．热量和功是由过程决定的，而内能是由物体的状态决定的
【答案】D
【详解】A．热量、功和内能是三个不同的物理量，它们的物理意义不同，故A错误；
B．功与热量都是能量转化的量度，都可以作为物体内能变化的量度，但不是物体内能的量度，故B错误；
C．热量、功和内能的单位相同，都是焦耳，故C错误；
D．功和热量由过程决定，内能由物体的状态决定，故D正确；
故选D。
6．研究气体的性质时，可以设想有一种气体可以不计分子大小和分子间相互作用力，我们把它叫做理想气体。对于一定质量的某种理想气体，下列说法正确的是（ ）
A．气体温度升高，每一个分子的动能都增大 B．气体温度升高，气体分子的平均动能增大
C．气体压强是气体分子间的斥力产生的 D．气体对外界做功，气体内能一定减小
【答案】B
【详解】AB．气体温度升高，气体分子的平均动能增大，但也有少数气体分子的动能减小，A错误，B正确；
C．气体压强是气体分子持续撞击产生的， C错误；
D．根据热力学第一定律
当气体对外界做功时，同时气体从外界吸收热量，内能不一定减小，D错误。
故选B。
7．关于晶体和非晶体及分子势能，以下说法错误的是（ ）
A．气体对外做功，其内能可能增加
B．烧热的针尖接触涂有蜂蜡薄层的云母片背面，熔化的蜂蜡呈椭圆形，说明蜂蜡是晶体
C．分子势能可能随分子间距离的增加而增加
D．在合适的条件下，某些晶体可以转变为非晶体，某些非晶体也可以转变为晶体
【答案】B
【详解】A．内能改变两种方式，做功和热传递，由于未说明传热情况，故内能可能增加，A选项不合题意，故A错误；
B．烧热的针尖接触涂有蜂蜡薄层的云母片背面，说明云母片导热各向异性，所以云母片是晶体，而非蜂蜡，B选项符合题意，故B正确；
C．当时，间距增大，分子力做负功，分子势能增大，C选项不合题意，故C错误；
D．晶体和非晶体可以相互转变，比如天然的水晶是晶体，而熔融后的玻璃是非晶体，D选项不合题意，故D错误。
故选B。
8．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
【答案】D
【详解】当用打气筒向瓶内打气时，外界对系统做功，使系统的内能增加，温度升高，压强增大，使瓶塞从瓶口中喷出形成“白雾”的原因是，在塞子突然跳起时，气体绝热膨胀对外做功，内能减少，温度下降，水蒸气有一部分被液化成小水滴，形成“白雾”，故选项D正确，ABC错误。
故选D。第三章 热力学定律
1 功、热和内能的改变
1.了解焦耳的两个实验的原理，知道做功和传热的实质.
2.知道做功和传热是改变内能的两种方式，理解做功和传热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．
一、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．代表性实验
(1)重物下落时带动叶片转动，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液体加热．
3．实验结论：在热力学系统的绝热过程中，外界对系统做的功仅由过程的始末两个状态决定，不依赖于做功的具体过程和方式．
4．内能：只依赖于热力学系统自身状态的物理量．
二、功与内能的改变
1．功与内能的改变
在热力学系统的绝热过程中，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＝U2－U1，等于外界对系统所做的功W，即ΔU＝W.
2．理解
(1)ΔU＝W的适用条件是绝热过程．
(2)在绝热过程中：外界对系统做功，系统的内能增加；系统对外做功，系统的内能减少．
3．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．
4．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，只有内能变化越大时，相应地做功才越多．
特别提醒 (1)外界对某一系统做功时系统的内能不一定增加，还要看该系统有没有向外放热，以及向外放热的多少．
(2)在绝热过程中，做功一定能引起内能的变化．在绝热过程中，系统内能的增加量等于外界对系统所做的功．
三、热与内能的改变
1．传热
(1)条件：物体的温度不同．
(2)传热：热从高温物体传到了低温物体．
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
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＝U2－U1等于外界向系统传递的热量Q，即ΔU＝Q.
(3)传热与做功在改变系统内能上的异同．
①做功和传热都能引起系统内能的改变．
②做功时，内能与其他形式的能发生转化；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．
3．在单纯传热的过程中，系统从外界吸收多少热量，系统的内能就增加多少；系统向外界放出多少热量，系统的内能就减少多少．即ΔU＝U2－U1＝Q.
4．传热改变物体内能的过程是不同物体之间(或同一物体不同部分之间)内能的转移．
5．热传递与物体的内能的多少无关，只与两个物体(或一个物体的两部分)的温度差有关，热量总是从高温物体自发地传递到低温物体．
四、内能和相关概念的辨析
1．热量和内能
(1)内能是由系统的状态决定的，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，可以通过热传递和做功两种方式来完成．
(2)热量是热传递过程中的特征物理量，热量只是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)对某一状态而言，只有“内能”，不存在“热量”和“功”．不能说一个系统中含有多少热量．
2．热量与温度：热量是系统的内能变化的量度，而温度是系统内大量分子做无规则运动剧烈程度的标志．
热传递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．
3．改变内能的两种方式的比较
比较项目 做功 热传递
内能变化 外界对物体做功，物体的内能增加；物体对外界做功，物体的内能减少 物体吸收热量，内能增加；物体放出热量，内能减少
物理实质 其他形式的能与内能之间的转化 不同物体间或同一物体不同部分之间内能的转移
相互联系 做一定量的功和传递相同量的热量在改变内能的效果上是相同的
一、单选题
1．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．在热传递过程中，热量从高温物体传递到低温物体，直到两物体的温度相同为止
2．关于系统的内能，下述说法中正确的是（ ）
A．物体内所有分子的动能与分子势能的总和叫物体的内能
B．一个物体的机械能发生变化时，其内能也一定发生变化
C．外界对系统做功W，系统的内能增加
D．系统从外界吸收了热量Q，系统的内能增加
3．如图所示，厚壁容器的一端通过胶塞插进一支灵敏温度计和一根气针，另一端有个用卡子卡住的可移动胶塞。用打气筒慢慢向容器内打气，使容器内的压强增大到一定程度，这时读出温度计示数。打开卡子，胶塞冲出容器口后（ ）
A．温度计示数变大，实验表明气体对外界做功，内能减少
B．温度计示数变大，实验表明外界对气体做功，内能增加
C．温度计示数变小，实验表明气体对外界做功，内能减少
D．温度计示数变小，实验表明外界对气体做功，内能增加
4．下列关于内能与热量的说法中，正确的是（ ）
A．马铃薯所含热量高
B．内能越大的物体热量也越多
C．热量总是从内能大的物体流向内能小的物体
D．热量总是自发地从温度高的物体流向温度低的物体
5．两物体接触后发生了热传递，说法正确的是（ ）
A．内能大的物体向内能小的物体传递热量
B．密度大的物体向密度小的物体传递热量
C．含热量多的物体向含热量少的物体传递
D．分子平均动能大的物体向分子平均动能小的物体传递
6．关于物体的内能，以下说法正确的是（ ）
A．质量、温度和体积都相等的物体具有相同的内能
B．物体内能改变时温度不一定改变
C．吸收相等热量的物体内能增量一定相等
D．内能相等的两物体接触时，不会发生热传递
二、填空题
7．指出下列例子中，各是通过什么方式改变物体内能的？
(1)古人钻木取火______。
(2)写在纸上的墨水干了______。
(3)冬天使劲搓手，感到暖和______。
(4)锉刀锉铁块时，铁块发热______。
(5)用打气筒打气时，气筒壁会发热______。
(6)太阳能集热器中的水在阳光照射下温度升高______。
8．用下述各种方法改变物体的内能_______，是属于做功的方式，_______是属于热传递的方式.
A.电流通过灯丝发热
B.热的物体放在通风的地方凉得快
C.用锤子捶击金属块后，锤子和金属块都变热
D.摩擦冰块使其熔解
E.冷物体接触热物体后变热
F.物体在火炉旁被烤热
参考答案
1．D
【详解】
AB.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错误；
CD.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错误，D正确。
故选D。
2．A
【详解】
A．根据内能的定义可知，物体内所有分子的平均动能与分子势能的总和叫物体的内能，故A正确；
B．物体宏观的机械能与内能无关，故B错误；
CD．根据热力学第一定律
可知外界对系统做了多少功W，系统的内能不一定增加多少，同理，系统从外界吸收了多少热量Q，系统的内能也不一定增加多少，故CD错误；
故选A。
3．C
【详解】
胶塞冲出容器口，气体膨胀，对外做功。由于没来得及发生热交换，由可知内能减少温度降低，ABD错误，C正确。
4．D
【详解】
A．从物理角度讲，马铃薯所含热量高，有点不妥，热量是过程量，不是状态量，不能像内能那样蕴含在物体中，A错误；
B．热量不是状态量，物体的内能与热量间，在数量上没有必然联系，B错误；
C．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，C错误；
D．热量总是自动从温度高的物体流向温度低的物体，D正确。
故选D。
5．D
【详解】
热传递时是热量从温度高的物体传向温度低的物体，而温度是平均动能大小的标志，温度越高，分子平均动能越大。因此两物体接触后发生了热传递时，是分子平均动能大的物体向分子平均动能小的物体传递。选项D正确，ABC错误。
故选D。
6．B
【详解】
A．温度相同表示平均动能相同，质量相同，分子数不一定相同，总动能不一定相同，体积相同分子势能不一定相同，选项A错误；
B．内能改变时分子动能不一定改变，可能由于分子势能改变，所以温度不一定改变，选项B正确；
C．改变内能方式有两种，只有在不做功情况下，吸收热量相等，内能增量才一定相等，选项C错误；
D．热传递的条件是存在温度差，与内能大小无直接关系，选项D错误。
故选B。
7．做功 热传递 做功 做功 做功 热传递
【详解】
(1)[1]古人钻木取火，是通过做功改变物体内能的。
(2)[2]写在纸上的墨水干了，是通过热传递改变物体内能的。
(3)[3]冬天使劲搓手，感到暖和，是通过做功改变物体内能的。
(4)[4]锉刀锉铁块时，铁块发热，是通过做功改变物体内能的。
(5)[5]用打气筒打气时，气筒壁会发热，是通过做功改变物体内能的。
(6)[6]太阳能集热器中的水在阳光照射下温度升高，是通过热传递改变物体内能的。
8．ACD BEF
【解析】
【详解】
[1][2]A．电流通过灯丝发热，是通过电流做功改变灯丝的内能；
B．热的物体放在通风的地方凉得快，是通过热传递的方式改变物体的内能；
C．用锤子捶击金属块后，锤子和金属块都变热，是通过做功的方式改变物体的内能；
D．摩擦冰块使其熔解，是通过做功的方式改变物体的内能；
E．冷物体接触热物体后变热，是通过热传递的方式改变物体的内能；
F．物体在火炉旁被烤热，是通过热传递的方式改变物体的内能；
故ACD是属于做功的方式改变内能；BEF是属于热传递的方式改变内能。
试卷第1页，总3页
