第1节 热力学第一定律
(分值：100分)
选择题1～11题，第13题，每小题7分，共84分。
对点题组练
题组一 物体的内能
1.(多选)下列有关同一物体的温度与分子动能、物体内能的说法中正确的是( )
温度升高，每个分子的动能一定都变大
温度升高，分子的平均速率一定变大
温度升高，分子的平均动能一定变大
温度降低，物体的内能必然变小
2.(2024·广东广州高二检测)如图，设有甲、乙两分子，甲固定在O点，r0为其平衡位置间的距离，现在使乙分子由静止开始只在分子力作用下由距甲0.5r0处开始沿x方向运动，则( )
乙分子的加速度先减小，后增大
乙分子到达r0处时速度最大
分子力对乙一直做正功，分子势能减小
乙分子在r0处时，分子势能最大
3.关于物体的内能和分子势能，下列说法中正确的是( )
物体的速度增大，则分子的动能增加，内能也一定增加
物体温度不变，内能可能变大
物体的内能与温度有关，与物体的体积无关
把物体举得越高，分子势能越大
题组二 改变物体内能的两种方式
4.(多选)下列有关物体内能改变的判断正确的是( )
外界对物体做功，物体的内能一定增加
外界对物体传递热量，物体的内能一定增加
物体对外界做功，物体的内能可能增加
物体向外界放热，物体的内能可能增加
5.(根据粤教版教材P60练习3改编)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，并向瓶内打气，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( )
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
这是打气筒向瓶内打进去的水蒸气
这是瓶内的水向外膨胀形成的水雾
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.下列现象中，通过热传递的方法来改变物体内能的是( )
打开电灯开关，灯丝的温度升高，内能增加
太阳能热水器在阳光照射下，水的温度逐渐升高
用磨刀石磨刀时，刀片的温度升高，内能增加
打击铁钉，铁钉的温度升高，内能增加
题组三 热力学第一定律及其应用
7.气缸中的气体从外界吸收了4.2×103 J的热量，同时气体推动活塞对外界做了2.2×103 J的功。那么气体的内能( )
增加了2.0×103J 减少了2.0×103 J
增加了6.4×103 J 减少了6.4×103 J
8.绝热过程中，外界压缩气体做功20 J，下列说法中正确的是( )
气体内能一定增加20 J
气体内能增加必定小于20 J
气体内能增加可能小于20 J
气体内能可能不变
9.水枪是孩子们喜爱的玩具，常见的气压式水枪储水罐示意如图。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。若水在不断喷出的过程中，罐内气体温度始终保持不变，则气体( )
压强变大 对外界做功
对外界放热 分子平均动能变大
综合提升练
10.五颜六色的气球是很多小孩非常喜欢的玩具。将一个气球从较冷的室外带到较温暖的室内(室内外温差较大)，一段时间后球内气体状态稳定，气球无漏气现象。在此过程中关于气球内气体说法正确的是( )
分子平均间距减小
分子平均动能减小
气体的压强不会发生变化
气体吸收的热量大于内能的增加量
11.甲、乙两图分别表示两个分子之间分子力和分子势能随分子间距离变化的图像。由图像判断以下说法中正确的是( )
当分子间距离为r0时，分子力和分子势能均最小且为零
当分子间距离r>r0时，分子力随分子间距离的增大而增大
当分子间距离r>r0时，分子势能随分子间距离的增大而减小
当分子间距离r12.(16分)如图，内壁光滑的气缸竖直放置在水平桌面上，气缸内封闭一定质量的气体。气体从状态A(活塞在A处)变为状态B(活塞在B处)时，气体吸收热量280 J，并对外做功120 J。
(1)(8分)气体的内能改变了多少？是增加还是减少？
(2)(8分)某人在上一问的基础上又接着提了后一个问题，说：“有人使气体从上一问的B状态再回到A状态，即回到原来A时的体积和温度，气体放出的热量是150 J，那么返回过程中气体对外做的功又是多少？”请你对后一个问题进行评价。
培优加强练
13.如图所示，带有活塞的汽缸中封闭着一定质量的气体(不考虑分子势能)。将一个热敏电阻(电阻值随温度升高而减小)置于汽缸中，热敏电阻与汽缸外的欧姆表连接，汽缸和活塞均具有良好的绝热性能。下列说法正确的是( )
若拉动活塞使汽缸内气体体积增大，需加一定的拉力，说明气体分子间有引力
若拉动活塞使汽缸内气体体积增大，则欧姆表读数将变小
若发现欧姆表读数变大，则汽缸内气体内能一定增大
若发现欧姆表读数变大，则汽缸内气体内能一定减小
第1节 热力学第一定律
1.BC [温度升高时，分子的平均动能一定变大，即平均速率增大，但每个分子的动能不一定都变大，故A错误、B、C正确；决定物体内能的是组成物体的分子总数、温度和体积三个因素，同时会受物态变化的影响。温度降低，内能可能减小，还有可能不变，甚至增加，故D错误。]
2.B [从0.5r0处到r0处分子力表现为斥力且减小，加速度也就减小，从r0处到无穷远处分子力表现为引力且先增大后减小，则加速度先增加后减小，故A错误；在r0处分子力为0，则加速度a＝0，速度最大，故B正确；当通过r0后分子的引力做负功，分子的势能增大，故C错误；从0.5r0到r0处分子力做正功，分子的势能减小，通过r0后，分子力做负功，分子的势能增大，说明分子在r0处的分子势能最小，故D错误。]
3.B [物体的速度增大，是物体的动能增大，增加的是物体的机械能，分子动能的变化只与物体的温度有关，故A错误；物体内部所有分子热运动的动能和分子势能的总和叫作物体的内能，分子热运动的平均动能由温度决定，分子势能与物体的体积有关，当发生物态变化时，物体的温度不变，只是分子的平均动能不变，但分子势能可能变大，物体的内能可能增大，故B正确；物体的内能由物体的物质的量、温度、物体的体积共同决定，同时会受物态变化的影响，故C错误；把物体举得越高，物体的重力势能越大，故D错误。]
4.CD [做功与热传递在改变物体的内能上是等效的，物体内能的变化情况取决于做功与热传递的综合情况，故选项A、B错误，C、D正确。]
5.D [瓶塞从瓶口中喷出形成“白雾”的原因是：在塞子突然跳起瞬间，气体绝热膨胀对外做功，内能减少，温度下降，水蒸气有一部分液化成小水滴，形成“白雾”，故选项D正确，A、B、C错误。]
6.B [打开电灯开关，灯丝的温度升高，是通过电流做功的方法来改变物体内能的，A错误；太阳能热水器中水的内能增加是以热传递方式进行的，B正确；用磨刀石磨刀时，刀片温度升高，是通过做功的方法来改变物体内能的，C错误；打击铁钉，铁钉温度升高，是通过做功的方法来改变物体内能的，D错误。]
7.A [气体吸收了4 200 J的热量，故Q＝4 200 J，同时对外做的功是2 200 J，故W＝－2 200 J，根据热力学第一定律有ΔU＝Q＋W＝4 200 J－2 200 J＝2 000 J，即内能增加了2.0×103 J，故A正确，B、C、D错误。]
8.A [在绝热过程中，气体与外界之间没有热交换，所以Q＝0；外界压缩气体做功20 J，则W＝20 J，根据热力学第一定律得ΔU＝Q＋W＝0＋20 J＝20 J，则气体内能一定增加20 J，故A正确。]
9.B [储水罐中封闭的气体可看作理想气体，温度不变，体积增大，由玻意耳定律可知，压强变小，故A错误；气体体积增大，对外界做功，故B正确；由于一定质量的某种理想气体的内能只与温度有关，温度不变，故内能也不变，即ΔU＝0。由于气体对外界做功，即W<0，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知，Q>0，因此气体吸热，故C错误；温度不变，分子平均动能不变，故D错误。]
10.D [温度升高，气球体积膨胀，分子平均间距增大，A错误；温度升高，分子的平均动能增大，B错误；根据理想气体状态方程，知当气体温度及体积均变大时，其压强无法确定，C错误；气体温度升高，内能增大，气球膨胀，对外做功，根据热力学第一定律可知，气体吸收的热量大于内能的增加量，D正确。]
11.D [当分子间距离为r0时，分子力为0，分子势能最小但不为0，所以A错误；当分子间距离r>r0时，由图像可知随分子间距离的增大，分子力先增大后减小，所以B错误；当分子间距离r>r0时，分子力为引力，随着分子间距离增大，分子引力做负功，则分子势能随分子间距离的增大而增大，所以C错误；当分子间距离r12.(1)160 J 增加 (2)10 J 见解析
解析 (1)根据热力学第一定律可知，气缸内封闭气体的内能变化量为
ΔU＝Q＋W＝280 J＋(－120) J＝160 J
即内能增加了160 J。
(2)若气体从B状态又返回A状态，则气体的内能变化量为ΔU′＝ΔU＝－160 J
根据热力学第一定律可知，气体由B状态返回A状态的过程中有ΔU′＝Q′＋W′
则W′＝ΔU′－Q′＝(－160＋150)J＝－10 J
即气体从B状态返回A状态过程中，对外做功为10 J
后一个问题的题设条件有误，该过程不能发生，因为气体从B状态返回A状态，体积减小，显然应该是外界对气体做功才合理。
13.D [拉动活塞使汽缸内气体体积增大，需加一定的拉力，说明大气压大于汽缸内气体压强，无法说明气体分子间有引力，故A错误；若拉动活塞使汽缸内气体体积增大，气体对外做功，内能减小，温度降低，电阻增大，则欧姆表示数将变大，故B错误；发现欧姆表读数变大时，热敏电阻变大，说明温度降低，则气体内能减小，故C错误，D正确。]第1节 热力学第一定律
学习目标 1.理解内能的概念及其决定因素。2.明确分子势能与分子间距离的关系。3.知道做功和热传递是改变内能的两种方式，理解做功和热传递改变内能异同点。4.明确内能、功、热量、温度四个物理量的区别和联系。
知识点一 物体的内能
由物体间存在相互作用力，且由相对位置决定的能量称为势能，比如重力势能、弹性势能；那分子间也存在作用力，分子间有没有势能？如果有，类比重力做功与重力势能变化的关系，思考分子力做功与分子势能变化的关系。
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1.分子势能
（1）概念：由于分子间存在相互作用力，分子间具有由它们的 决定的势能。
（2）两分子间的势能与分子间距离的关系如图所示（取无穷远处分子间势能为零）。
①当r>r0时，分子力表现为 ，若r增大，需克服引力做功，分子势能 。
②当r③当r＝r0时，即分子间距离等于平衡距离时，分子间的作用力为零，分子势能 。
2.分子动能：物体内部的分子由于做 而具有分子动能。
（1）组成物体的每个分子都在不停地做无规则运动，因此分子具有动能。由于分子运动的无规则性，研究单个分子的动能没有意义。
（2）平均动能指物体内所有分子做热运动动能的平均值。温度升高时，分子的平均动能增大，温度是分子热运动的平均动能的标志。
3.内能：物体中所有分子的 和 的总和，叫作物体的内能。
（1）宏观上，物体的内能由物体的物质的量、温度和体积共同决定，同时受物态变化的影响。
（2）微观上，物体的内能由物体所含的分子总数、分子的平均动能和分子间的距离决定。
4.物态变化对内能的影响：一些物质在物态发生变化时，如冰的熔化、水沸腾变为水蒸气，温度不变。此过程中分子的平均动能不变，但由于分子间的距离变化，分子势能变化，所以物体的内能变化。
5.内能与机械能的区别和联系
比较对象 内能 机械能
对应的运动形式 微观分子热运动 宏观物体的机械运动
能量常见形式 分子动能、分子势能 物体动能、重力势能、弹性势能
能量存在的原因 物体内大量分子的热运动和分子间存在相互作用力 由于物体做机械运动和物体发生弹性形变或被举高
影响因素 物质的量、物体的温度和体积 物体的机械运动的速度、离地高度(或相对于参考平面的高度)、形变量
能否为零 永远不能等于零 一定条件下可以等于零
联系 在一定条件下可以相互转化
【思考】 1.分子热运动的平均动能与哪个因素有关？
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2.物体运动得越快，其内能就越大吗？静止在地面上的物体，内能为零吗？
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例1 （2024·辽宁大连期末）关于物体的内能，下列说法中正确的是（ ）
A.机械能可以为零，但内能永远不为零
B.温度相同、质量相同的物体具有相同的内能
C.温度越高，物体的内能越大
D.0 ℃的冰的内能与等质量的0 ℃的水的内能相等
听课笔记____________________________________________________________
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比较物体内能的大小和判断内能改变的方法
（1）当物体质量m一定时（相同物质的摩尔质量M相等），物体所含分子数n就一定。
（2）当物体温度一定时，物体内部分子的平均动能就一定。
（3）当物体的体积不变时，物体内部分子间的相对位置就不变，分子势能也不变。
（4）当物体发生物态变化时，要吸收或放出热量，使物体的温度或体积发生改变，物体的内能也随之变化。
例2 （多选）两分子间的斥力和引力的合力F与分子间距离r的关系如图中曲线所示，曲线与r轴交点的横坐标为r0，相距很远的两分子在分子力作用下，由静止开始相互接近，若两分子相距无穷远处时分子势能为零，下列说法正确的是（ ）
A.在r>r0阶段，F做正功，分子动能增加，势能减小
B.在rC.在r＝r0时，分子势能最小，动能最大
D.在r＝r0时，分子势能为零
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知识点二 改变物体内能的两种方式
在焦耳的许多实验中，有两个最具有代表性：一个实验是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；另一个实验是通过电流的热效应给液体加热。思考：
1.焦耳的这两个实验说明改变内能有哪两种方式。
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2.这两种方式在改变内能上有什么关系。
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1.做功与内能变化的关系
如果物体和外界不发生热传递，外界对物体做功，物体的内能 ，物体对外界做功，物体的内能 。
2.热传递与内能变化的关系
（1）热传递过程中物体 变化的量称为热量。
（2）在单纯热传递的过程中，物体从外界吸收热量，物体的内能 ，物体向外界放热，物体的内能 。
3.做功和热传递改变物体内能上的异同
（1） 和 是改变物体内能的两种方式，二者对于改变物体的内能来说是 的。
（2）做功的实质是内能与其他形式的能之间的 ，而热传递则是不同物体（或同一物体不同部分）之间内能的 。
4.内能和热量
（1）内能是状态量，由系统的状态决定的，状态确定时，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。
【思考】 热传递是热量从内能多的物体传给内能少的物体吗？
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例3 下列说法正确的是（ ）
A.热量和功是由过程决定的，而内能是由物体状态决定的
B.外界对物体做功，物体的内能一定增大
C.物体吸收热量，温度一定升高
D.热量总是由内能大的物体传向内能小的物体
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知识点三 热力学第一定律及其应用
气缸内有一定质量的气体，压缩气体的同时给气缸加热。那么，气体内能的变化会比单一方式（做功或热传递）更明显。这是为什么呢？
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1.热力学第一定律内容：物体内能的增量ΔU等于物体吸收的 和外界对物体做的功W之和。
2.热力学第一定律表达式：ΔU＝ 。
3.公式ΔU＝Q＋W中正负的理解
【思考】 1.通过哪个宏观的状态参量来判断气体的做功情况？
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2.一定质量的理想气体，在等温变化过程中的内能如何变化？
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例4 一气泡从湖底上升到湖面的过程中温度保持不变，将气泡内气体视为理想气体，气泡从湖底上升到湖面的过程中，对外界做了0.6 J的功，此过程中下列说法正确的是（ ）
A.气泡内气体的内能增加
B.气泡内气体的内能减少
C.气泡内气体从外界吸收了0.6 J的热量
D.气泡内气体向外界放出了0.6 J的热量
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应用热力学第一定律解题的思路
（1）首先应明确研究对象是哪个物体或者是哪个热力学系统。
（2）分别列出物体（或系统）吸收或放出的热量；外界对物体（或系统）所做的功或物体（或系统）对外所做的功。
（3）根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W列出方程进行求解。
（4）特别注意的就是物理量的正、负号及其物理意义。
训练 （2024·广东茂名高二期末）如图，内壁光滑的气缸竖直放置在水平桌面上，气缸内封闭一定质量的气体。气体从状态A（活塞在A处）变为状态B（活塞在B处）时，气体吸收热量280 J，气体的内能增加160 J，则下列说法正确的是（ ）
A.外界对气体做功120 J
B.气体对外界做功120 J
C.外界对气体做功440 J
D.气体对外界做功440 J
随堂对点自测
1.（物体的内能）关于内能，下列说法正确的是（ ）
A.温度高的物体比温度低的物体内能大
B.物体的内能不可能为零
C.内能相同的物体，它们的分子平均动能一定相同
D.内能不相同的物体，它们的分子平均动能一定不相同
2.（物体的内能）分子势能Ep随分子间距离r变化的图像如图所示，取r趋近于无穷大时Ep为零。若甲分子固定在坐标原点O处，乙分子从r3处由静止释放，下列说法正确的是（ ）
A.分子力对乙先做负功后做正功
B.当两个分子相距为r＝r1时，乙分子的速度最大
C.当两个分子相距为r＝r2时，它们之间的分子力表现为0
D.当两个分子相距为r＝r1时，它们之间的分子力表现为引力
3.（改变物体内能的两种方式）关于物体的内能以及变化，以下说法正确的是（ ）
A.物体的温度改变时，其内能必定改变
B.物体对外做功，其内能不一定改变；向物体传递热量，其内能也不一定改变
C.物体对外做功，其内能必定改变；物体向外放出一定热量，其内能必定改变
D.若物体与外界不发生热交换，则物体的内能必定不改变
4.（热力学第一定律及其应用）用活塞压缩气缸里的空气，对气缸里的空气做了1 000 J的功，同时气缸向外散热200 J，则气缸内的气体的内能改变了（ ）
A.－1 200 J B.－800 J
C.800 J D.1 200 J
第1节 热力学第一定律
知识点一
导学 提示 有 分子力做正功，分子势能减小，分子力做负功，分子势能增加。
知识梳理
1.(1)相对位置 (2)①引力 增大 ②斥力 增大 ③最小
2.热运动 3.动能 分子势能
[思考] 1.提示 温度。
2.提示 物体运动得越快，物体动能越大，但内能不一定越大，静止在地面上的物体，如果以地面作为零势能面，那么这个物体的机械能为零，但这个物体里的分子却始终处在永不停息的热运动中，物体的内能不为零。
例1 A [机械能是宏观能量，可以为零，而物体内的分子在永不停息地做无规则运动，且存在相互作用力，所以物体的内能永不为零，A正确；物体的内能与物质的量、温度和体积及物态有关，B、C、D错误。]
例2 AC [r＞r0时，分子力表现为引力，相互靠近时F做正功，分子动能增加，势能减小，A正确； 当r＜r0时，分子间的作用力表现为斥力，F做负功，分子动能减小，势能增加，B错误； 由以上分析可知，当r＝r0时，分子势能最小，动能最大，C正确；因为两分子相距无穷远处时分子势能为零，所以r等于r0时，分子势能为负值，D错误。]
知识点二
导学 1.提示 做功和热传递是改变内能的两种方式。
2.提示 这两种方式在改变内能上是等效的。
知识梳理
1.增加 减少 2.(1)内能 (2)增加 减小 3.(1)做功 热传递 等效 (2)转化 转移
[思考] 提示 不是。热传递是热量从高温物体传给低温物体。
例3 A [热量和功是过程量，内能是状态量，故A选项正确；引起物体内能的变化有做功和热传递两种方式，单就一个方面不足以断定其内能的变化，故B选项错误；在晶体熔化和液体沸腾过程中，物体要不断地吸收热量，但物体的温度不变，这时内能的增加主要表现在内部分子势能的增加，故C选项错误；两物体之间热量的传递方向只与它们的温度有关，与它们内能的大小无关，故D选项错误。]
知识点三
导学 提示 给气缸加热，即向气缸内传热，气缸内气体的内能会增加，压缩气体，外界对气体做功，也会使气缸内气体的内能增加，所以两种方式同时作用时，内能的增加是两种方式内能增加的和，所以气体内能的变化比单一方式更明显。
知识梳理
1.热量Q 2.Q＋W 3.吸收 增加 放出 减少
[思考] 1.提示 体积。
2.提示 不变。
例4 C [一气泡从湖底上升到湖面的过程中温度保持不变，则气体内能不变，故A、B错误；根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W知，Q＝ΔU－W＝0－(－0.6) J＝0.6 J，即气泡内气体从外界吸收了0.6 J的热量，故C正确，D错误。]
训练 B [由题意知Q＝280 J，ΔU＝160 J，由热力学第一定律可知ΔU＝Q＋W，解得W＝－120 J，即气体对外界做功120 J，故B正确，A、C、D错误。]
随堂对点自测
1.B [温度高低只反映分子平均动能的大小，由于物体的内能跟物体的物质的量、体积、温度和物态有关，所以温度高的物体不一定比温度低的物体内能大，A错误；内能是物体内所有分子无规则热运动的动能和分子势能的总和，分子在永不停息地做无规则运动，所以内能永不为零，B正确；内能相同的物体，它们的温度可能不相同，所以它们的分子平均动能可能不相同，C错误；内能不同的两个物体，它们的温度可以相同，即它们的分子平均动能可以相同，D错误。]
2.C [r2处是平衡位置，r3处分子力为引力，所以乙分子从r3处由静止释放，分子力先做正功，运动到r2处速度最大，动能最大，分子势能最小，后做负功，动能减小，势能增大，故A、B错误；当两个分子相距为r＝r2时，它们之间的分子力为零，故C正确；当两个分子相距为r＝r1时，它们之间的分子力表现为斥力，故D错误。]
3.B [一定质量的物体，其内能由温度和体积共同决定，物体的温度改变时，其内能不一定改变，A错误；若物体对外做功为W，同时吸收的热量为Q，|W|＞Q，则物体的内能减少；|W|＝Q，则物体的内能不变；|W|＜Q，则物体的内能增加，B正确，C、D错误。]
4.C [根据热力学第一定律得：压缩气缸里的空气，对空气做了1 000 J的功，W为正，同时气缸向外散热200 J，Q为负值，根据ΔU＝W＋Q＝1 000 J－200 J＝800 J，A、B、D错误，C正确。](共56张PPT)
第1节 热力学第一定律
第三章 热力学定律
1.理解内能的概念及其决定因素。
2.明确分子势能与分子间距离的关系。
3.知道做功和热传递是改变内能的两种方式，理解做功和热传递改变内能异同点。
4.明确内能、功、热量、温度四个物理量的区别和联系。
学习目标
目 录
CONTENTS
知识点
01
随堂对点自测
02
课后巩固训练
03
知识点
1
知识点二 改变物体内能的两种方式
知识点一 物体的内能
知识点三 热力学第一定律及其应用
知识点一 物体的内能
由物体间存在相互作用力，且由相对位置决定的能量称为势能，比如重力势能、弹性势能；那分子间也存在作用力，分子间有没有势能？如果有，类比重力做功与重力势能变化的关系，思考分子力做功与分子势能变化的关系。
提示 有 分子力做正功，分子势能减小，分子力做负功，分子势能增加。
1.分子势能
(1)概念：由于分子间存在相互作用力，分子间具有由它们的__________决定的势能。
(2)两分子间的势能与分子间距离的关系如图所示(取无穷远处分子间势能为零)。
相对位置
①当r>r0时，分子力表现为______，若r增大，需克服引力做功，分子势能______。
②当r③当r＝r0时，即分子间距离等于平衡距离时，分子间的作用力为零，分子势能______。
引力
增大
斥力
增大
最小
2.分子动能：物体内部的分子由于做________而具有分子动能。
(1)组成物体的每个分子都在不停地做无规则运动，因此分子具有动能。由于分子运动的无规则性，研究单个分子的动能没有意义。
(2)平均动能指物体内所有分子做热运动动能的平均值。温度升高时，分子的平均动能增大，温度是分子热运动的平均动能的标志。
3.内能：物体中所有分子的______和__________的总和，叫作物体的内能。
(1)宏观上，物体的内能由物体的物质的量、温度和体积共同决定，同时受物态变化的影响。
(2)微观上，物体的内能由物体所含的分子总数、分子的平均动能和分子间的距离决定。
热运动
动能
分子势能
4.物态变化对内能的影响：一些物质在物态发生变化时，如冰的熔化、水沸腾变为水蒸气，温度不变。此过程中分子的平均动能不变，但由于分子间的距离变化，分子势能变化，所以物体的内能变化。
5.内能与机械能的区别和联系
比较对象 内能 机械能
对应的运动形式 微观分子热运动 宏观物体的机械运动
能量常见形式 分子动能、分子势能 物体动能、重力势能、弹性势能
能量存在的原因 物体内大量分子的热运动和分子间存在相互作用力 由于物体做机械运动和物体发生弹性形变或被举高
影响因素 物质的量、物体的温度和体积 物体的机械运动的速度、离地高度(或相对于参考平面的高度)、形变量
能否为零 永远不能等于零 一定条件下可以等于零
联系 在一定条件下可以相互转化
【思考】 1.分子热运动的平均动能与哪个因素有关？
提示 温度。
2.物体运动得越快，其内能就越大吗？静止在地面上的物体，内能为零吗？
提示 物体运动得越快，物体动能越大，但内能不一定越大，静止在地面上的物体，如果以地面作为零势能面，那么这个物体的机械能为零，但这个物体里的分子却始终处在永不停息的热运动中，物体的内能不为零。
例1 (2024·辽宁大连期末)关于物体的内能，下列说法中正确的是( )
A.机械能可以为零，但内能永远不为零
B.温度相同、质量相同的物体具有相同的内能
C.温度越高，物体的内能越大
D.0 ℃的冰的内能与等质量的0 ℃的水的内能相等
解析 机械能是宏观能量，可以为零，而物体内的分子在永不停息地做无规则运动，且存在相互作用力，所以物体的内能永不为零，A正确；物体的内能与物质的量、温度和体积及物态有关，B、C、D错误。
A
比较物体内能的大小和判断内能改变的方法
(1)当物体质量m一定时(相同物质的摩尔质量M相等)，物体所含分子数n就一定。
(2)当物体温度一定时，物体内部分子的平均动能就一定。
(3)当物体的体积不变时，物体内部分子间的相对位置就不变，分子势能也不变。
(4)当物体发生物态变化时，要吸收或放出热量，使物体的温度或体积发生改变，物体的内能也随之变化。
例2 (多选)两分子间的斥力和引力的合力F与分子间距离r的关系如图中曲线所示，曲线与r轴交点的横坐标为r0，相距很远的两分子在分子力作用下，由静止开始相互接近，若两分子相距无穷远处时分子势能为零，下列说法正确的是( )
A.在r>r0阶段，F做正功，分子动能增加，势能减小
B.在rC.在r＝r0时，分子势能最小，动能最大
D.在r＝r0时，分子势能为零
AC
解析 r＞r0时，分子力表现为引力，相互靠近时F做正功，分子动能增加，势能减小，A正确； 当r＜r0时，分子间的作用力表现为斥力，F做负功，分子动能减小，势能增加，B错误； 由以上分析可知，当r＝r0时，分子势能最小，动能最大，C正确；因为两分子相距无穷远处时分子势能为零，所以r等于r0时，分子势能为负值，D错误。
知识点二 改变物体内能的两种方式
在焦耳的许多实验中，有两个最具有代表性：一个实验是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；另一个实验是通过电流的热效应给液体加热。思考：
1.焦耳的这两个实验说明改变内能有哪两种方式。
提示 做功和热传递是改变内能的两种方式。
2.这两种方式在改变内能上有什么关系。
提示 这两种方式在改变内能上是等效的。
1.做功与内能变化的关系
如果物体和外界不发生热传递，外界对物体做功，物体的内能______，物体对外界做功，物体的内能______。
2.热传递与内能变化的关系
(1)热传递过程中物体______变化的量称为热量。
(2)在单纯热传递的过程中，物体从外界吸收热量，物体的内能______，物体向外界放热，物体的内能______。
增加
减少
内能
增加
减小
3.做功和热传递改变物体内能上的异同
(1)______ 和________是改变物体内能的两种方式，二者对于改变物体的内能来说是______的。
(2)做功的实质是内能与其他形式的能之间的______，而热传递则是不同物体(或同一物体不同部分)之间内能的______。
做功
热传递
等效
转化
转移
4.内能和热量
(1)内能是状态量，由系统的状态决定的，状态确定时，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。
【思考】 热传递是热量从内能多的物体传给内能少的物体吗？
提示 不是。热传递是热量从高温物体传给低温物体。
A
例3 下列说法正确的是( )
A.热量和功是由过程决定的，而内能是由物体状态决定的
B.外界对物体做功，物体的内能一定增大
C.物体吸收热量，温度一定升高
D.热量总是由内能大的物体传向内能小的物体
解析 热量和功是过程量，内能是状态量，故A选项正确；引起物体内能的变化有做功和热传递两种方式，单就一个方面不足以断定其内能的变化，故B选项错误；在晶体熔化和液体沸腾过程中，物体要不断地吸收热量，但物体的温度不变，这时内能的增加主要表现在内部分子势能的增加，故C选项错误；两物体之间热量的传递方向只与它们的温度有关，与它们内能的大小无关，故D选项错误。
知识点三 热力学第一定律及其应用
气缸内有一定质量的气体，压缩气体的同时给
气缸加热。那么，气体内能的变化会比单一方式(做功
或热传递)更明显。这是为什么呢？
提示 给气缸加热，即向气缸内传热，气缸内气体的
内能会增加，压缩气体，外界对气体做功，也会使气
缸内气体的内能增加，所以两种方式同时作用时，内能的增加是两种方式内能增加的和，所以气体内能的变化比单一方式更明显。
1.热力学第一定律内容：物体内能的增量ΔU等于物体吸收的________和外界对物体做的功W之和。
2.热力学第一定律表达式：ΔU＝________。
热量Q
Q＋W
3.公式ΔU＝Q＋W中正负的理解
吸收
增加
放出
减少
【思考】 1.通过哪个宏观的状态参量来判断气体的做功情况？
提示 体积。
2.一定质量的理想气体，在等温变化过程中的内能如何变化？
提示 不变。
C
例4 一气泡从湖底上升到湖面的过程中温度保持不变，将气泡内气体视为理想气体，气泡从湖底上升到湖面的过程中，对外界做了0.6 J的功，此过程中下列说法正确的是( )
A.气泡内气体的内能增加
B.气泡内气体的内能减少
C.气泡内气体从外界吸收了0.6 J的热量
D.气泡内气体向外界放出了0.6 J的热量
解析 一气泡从湖底上升到湖面的过程中温度保持不变，则气体内能不变，故A、B错误；根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W知，Q＝ΔU－W＝0－(－0.6) J＝0.6 J，即气泡内气体从外界吸收了0.6 J的热量，故C正确，D错误。
应用热力学第一定律解题的思路
(1)首先应明确研究对象是哪个物体或者是哪个热力学系统。
(2)分别列出物体(或系统)吸收或放出的热量；外界对物体(或系统)所做的功或物体(或系统)对外所做的功。
(3)根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W列出方程进行求解。
(4)特别注意的就是物理量的正、负号及其物理意义。
B
训练 (2024·广东茂名高二期末)如图，内壁光滑的气缸竖直放置在水平桌面上，气缸内封闭一定质量的气体。气体从状态A(活塞在A处)变为状态B(活塞在B处)时，气体吸收热量280 J，气体的内能增加160 J，则下列说法正确的是( )
A.外界对气体做功120 J
B.气体对外界做功120 J
C.外界对气体做功440 J
D.气体对外界做功440 J
解析 由题意知Q＝280 J，ΔU＝160 J，由热力学第一定律可知ΔU＝Q＋W，解得W＝－120 J，即气体对外界做功120 J，故B正确，A、C、D错误。
随堂对点自测
2
B
1.(物体的内能)关于内能，下列说法正确的是( )
A.温度高的物体比温度低的物体内能大
B.物体的内能不可能为零
C.内能相同的物体，它们的分子平均动能一定相同
D.内能不相同的物体，它们的分子平均动能一定不相同
解析 温度高低只反映分子平均动能的大小，由于物体的内能跟物体的物质的量、体积、温度和物态有关，所以温度高的物体不一定比温度低的物体内能大，A错误；内能是物体内所有分子无规则热运动的动能和分子势能的总和，分子在永不停息地做无规则运动，所以内能永不为零，B正确；内能相同的物体，它们的温度可能不相同，所以它们的分子平均动能可能不相同，C错误；内能不同的两个物体，它们的温度可以相同，即它们的分子平均动能可以相同，D错误。
C
2.(物体的内能)分子势能Ep随分子间距离r变化的图像如图所示，取r趋近于无穷大时Ep为零。若甲分子固定在坐标原点O处，乙分子从r3处由静止释放，下列说法正确的是( )
A.分子力对乙先做负功后做正功
B.当两个分子相距为r＝r1时，乙分子的速度最大
C.当两个分子相距为r＝r2时，它们之间的分子力表现为0
D.当两个分子相距为r＝r1时，它们之间的分子力表现为引力
解析 r2处是平衡位置，r3处分子力为引力，所以乙分子从r3处由静止释放，分子力先做正功，运动到r2处速度最大，动能最大，分子势能最小，后做负功，动能减小，势能增大，故A、B错误；当两个分子相距为r＝r2时，它们之间的分子力为零，故C正确；当两个分子相距为r＝r1时，它们之间的分子力表现为斥力，故D错误。
B
3.(改变物体内能的两种方式)关于物体的内能以及变化，以下说法正确的是( )
A.物体的温度改变时，其内能必定改变
B.物体对外做功，其内能不一定改变；向物体传递热量，其内能也不一定改变
C.物体对外做功，其内能必定改变；物体向外放出一定热量，其内能必定改变
D.若物体与外界不发生热交换，则物体的内能必定不改变
解析 一定质量的物体，其内能由温度和体积共同决定，物体的温度改变时，其内能不一定改变，A错误；若物体对外做功为W，同时吸收的热量为Q，|W|＞Q，则物体的内能减少；|W|＝Q，则物体的内能不变；|W|＜Q，则物体的内能增加，B正确，C、D错误。
C
4.(热力学第一定律及其应用)用活塞压缩气缸里的空气，对气缸里的空气做了1 000 J的功，同时气缸向外散热200 J，则气缸内的气体的内能改变了( )
A.－1 200 J B.－800 J
C.800 J D.1 200 J
解析 根据热力学第一定律得：压缩气缸里的空气，对空气做了1 000 J的功，W为正，同时气缸向外散热200 J，Q为负值，根据ΔU＝W＋Q＝1 000 J－200 J＝800 J，A、B、D错误，C正确。
课后巩固训练
3
BC
题组一 物体的内能
1.(多选)下列有关同一物体的温度与分子动能、物体内能的说法中正确的是( )
A.温度升高，每个分子的动能一定都变大
B.温度升高，分子的平均速率一定变大
C.温度升高，分子的平均动能一定变大
D.温度降低，物体的内能必然变小
解析 温度升高时，分子的平均动能一定变大，即平均速率增大，但每个分子的动能不一定都变大，故A错误、B、C正确；决定物体内能的是组成物体的分子总数、温度和体积三个因素，同时会受物态变化的影响。温度降低，内能可能减小，还有可能不变，甚至增加，故D错误。
对点题组练
B
2.(2024·广东广州高二检测)如图，设有甲、乙两分子，甲固定在O点，r0为其平衡位置间的距离，现在使乙分子由静止开始只在分子力作用下由距甲0.5r0处开始沿x方向运动，则( )
A.乙分子的加速度先减小，后增大
B.乙分子到达r0处时速度最大
C.分子力对乙一直做正功，分子势能减小
D.乙分子在r0处时，分子势能最大
解析 从0.5r0处到r0处分子力表现为斥力且减小，加速度也就减小，从r0处到无穷远处分子力表现为引力且先增大后减小，则加速度先增加后减小，故A错误；在r0处分子力为0，则加速度a＝0，速度最大，故B正确；当通过r0后分子的引力做负功，分子的势能增大，故C错误；从0.5r0到r0处分子力做正功，分子的势能减小，通过r0后，分子力做负功，分子的势能增大，说明分子在r0处的分子势能最小，故D错误。
B
3.关于物体的内能和分子势能，下列说法中正确的是( )
A.物体的速度增大，则分子的动能增加，内能也一定增加
B.物体温度不变，内能可能变大
C.物体的内能与温度有关，与物体的体积无关
D.把物体举得越高，分子势能越大
解析 物体的速度增大，是物体的动能增大，增加的是物体的机械能，分子动能的变化只与物体的温度有关，故A错误；物体内部所有分子热运动的动能和分子势能的总和叫作物体的内能，分子热运动的平均动能由温度决定，分子势能与物体的体积有关，当发生物态变化时，物体的温度不变，只是分子的平均动能不变，但分子势能可能变大，物体的内能可能增大，故B正确；物体的内能由物体的物质的量、温度、物体的体积共同决定，同时会受物态变化的影响，故C错误；把物体举得越高，物体的重力势能越大，故D错误。
CD
题组二 改变物体内能的两种方式
4.(多选)下列有关物体内能改变的判断正确的是( )
A.外界对物体做功，物体的内能一定增加
B.外界对物体传递热量，物体的内能一定增加
C.物体对外界做功，物体的内能可能增加
D.物体向外界放热，物体的内能可能增加
解析 做功与热传递在改变物体的内能上是等效的，物体内能的变化情况取决于做功与热传递的综合情况，故选项A、B错误，C、D正确。
D
5.(根据粤教版教材P60练习3改编)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，并向瓶内打气，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
解析 瓶塞从瓶口中喷出形成“白雾”的原因是：在塞子突然跳起瞬间，气体绝热膨胀对外做功，内能减少，温度下降，水蒸气有一部分液化成小水滴，形成“白雾”，故选项D正确，A、B、C错误。
B
6.下列现象中，通过热传递的方法来改变物体内能的是( )
A.打开电灯开关，灯丝的温度升高，内能增加
B.太阳能热水器在阳光照射下，水的温度逐渐升高
C.用磨刀石磨刀时，刀片的温度升高，内能增加
D.打击铁钉，铁钉的温度升高，内能增加
解析 打开电灯开关，灯丝的温度升高，是通过电流做功的方法来改变物体内能的，A错误；太阳能热水器中水的内能增加是以热传递方式进行的，B正确；用磨刀石磨刀时，刀片温度升高，是通过做功的方法来改变物体内能的，C错误；打击铁钉，铁钉温度升高，是通过做功的方法来改变物体内能的，D错误。
A
题组三 热力学第一定律及其应用
7.气缸中的气体从外界吸收了4.2×103 J的热量，同时气体推动活塞对外界做了2.2×103 J的功。那么气体的内能( )
A.增加了2.0×103J B.减少了2.0×103 J
C.增加了6.4×103 J D.减少了6.4×103 J
解析 气体吸收了4 200 J的热量，故Q＝4 200 J，同时对外做的功是2 200 J，故W＝－2 200 J，根据热力学第一定律有ΔU＝Q＋W＝4 200 J－2 200 J＝2 000 J，即内能增加了2.0×103 J，故A正确，B、C、D错误。
A
8.绝热过程中，外界压缩气体做功20 J，下列说法中正确的是( )
A.气体内能一定增加20 J
B.气体内能增加必定小于20 J
C.气体内能增加可能小于20 J
D.气体内能可能不变
解析 在绝热过程中，气体与外界之间没有热交换，所以Q＝0；外界压缩气体做功20 J，则W＝20 J，根据热力学第一定律得ΔU＝Q＋W＝0＋20 J＝20 J，则气体内能一定增加20 J，故A正确。
B
9.水枪是孩子们喜爱的玩具，常见的气压式水枪储水罐示意如图。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。若水在不断喷出的过程中，罐内气体温度始终保持不变，则气体( )
A.压强变大 B.对外界做功
C.对外界放热 D.分子平均动能变大
解析 储水罐中封闭的气体可看作理想气体，温度不变，体积增大，由玻意耳定律可知，压强变小，故A错误；气体体积增大，对外界做功，故B正确；由于一定质量的某种理想气体的内能只与温度有关，温度不变，故内能也不变，即ΔU＝0。由于气体对外界做功，即W<0，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知，Q>0，因此气体吸热，故C错误；温度不变，分子平均动能不变，故D错误。
D
10.五颜六色的气球是很多小孩非常喜欢的玩具。将一个气球从较冷的室外带到较温暖的室内(室内外温差较大)，一段时间后球内气体状态稳定，气球无漏气现象。在此过程中关于气球内气体说法正确的是( )
A.分子平均间距减小
B.分子平均动能减小
C.气体的压强不会发生变化
D.气体吸收的热量大于内能的增加量
解析 温度升高，气球体积膨胀，分子平均间距增大，A错误；温度升高，分子的平均动能增大，B错误；根据理想气体状态方程，知当气体温度及体积均变大时，其压强无法确定，C错误；气体温度升高，内能增大，气球膨胀，对外做功，根据热力学第一定律可知，气体吸收的热量大于内能的增加量，D正确。
综合提升练
D
11.甲、乙两图分别表示两个分子之间分子力和分子势能随分子间距离变化的图像。由图像判断以下说法中正确的是( )
A.当分子间距离为r0时，分子力和分子势能均最小且为零
B.当分子间距离r>r0时，分子力随分子间距离的增大而增大
C.当分子间距离r>r0时，分子势能随分子间距离的增大而减小
D.当分子间距离r解析 当分子间距离为r0时，分子力为0，分子势能最小但不为0，所以A错误；当分子间距离r>r0时，由图像可知随分子间距离的增大，分子力先增大后减小，所以B错误；当分子间距离r>r0时，分子力为引力，随着分子间距离增大，分子引力做负功，则分子势能随分子间距离的增大而增大，所以C错误；当分子间距离r12.如图，内壁光滑的气缸竖直放置在水平桌面上，气缸内封闭一定质量的气体。气体从状态A(活塞在A处)变为状态B(活塞在B处)时，气体吸收热量280 J，并对外做功120 J。
(1)气体的内能改变了多少？是增加还是减少？
(2)某人在上一问的基础上又接着提了后一个问题，
说：“有人使气体从上一问的B状态再回到A状态，
即回到原来A时的体积和温度，气体放出的热量是
150 J，那么返回过程中气体对外做的功又是多少？”
请你对后一个问题进行评价。
答案 (1)160 J 增加 (2)10 J 见解析
解析 (1)根据热力学第一定律可知，气缸内封闭
气体的内能变化量为
ΔU＝Q＋W＝280 J＋(－120) J＝160 J
即内能增加了160 J。
(2)若气体从B状态又返回A状态，则气体的内能变化量为ΔU′＝ΔU＝－160 J
根据热力学第一定律可知，气体由B状态返回A状态的过程中有ΔU′＝Q′＋W′
则W′＝ΔU′－Q′＝(－160＋150)J＝－10 J
即气体从B状态返回A状态过程中，对外做功为10 J
后一个问题的题设条件有误，该过程不能发生，因为气体从B状态返回A状态，体积减小，显然应该是外界对气体做功才合理。
D
13.如图所示，带有活塞的汽缸中封闭着一定质量的气体(不考虑分子势能)。将一个热敏电阻(电阻值随温度升高而减小)置于汽缸中，热敏电阻与汽缸外的欧姆表连接，汽缸和活塞均具有良好的绝热性能。下列说法正确的是( )
A.若拉动活塞使汽缸内气体体积增大，需加一定的拉力，说明气体分子间有引力
B.若拉动活塞使汽缸内气体体积增大，则欧姆表读数将变小
C.若发现欧姆表读数变大，则汽缸内气体内能一定增大
D.若发现欧姆表读数变大，则汽缸内气体内能一定减小
培优加强练
解析 拉动活塞使汽缸内气体体积增大，需加一定的拉力，说明大气压大于汽缸内气体压强，无法说明气体分子间有引力，故A错误；若拉动活塞使汽缸内气体体积增大，气体对外做功，内能减小，温度降低，电阻增大，则欧姆表示数将变大，故B错误；发现欧姆表读数变大时，热敏电阻变大，说明温度降低，则气体内能减小，故C错误，D正确。
