第三章 1.
基础达标练
一、选择题
1．(多选)如图所示为焦耳实验装置图，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 )
A．这个装置可测定热功当量
B．做功增加了水的热量
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：将做功过程和吸热过程在同等条件下比较，可测出热功当量，故A 正确；做功增加了水的内能，热量只是热传递过程中内能改变的量度，故B错误，C正确；做功和热传递产生的效果相同，但功和热量是不同的概念，故D错误。
2．(多选)(2024·天津北辰高三期中)夏季天气温差比较大，充足的车胎经过正午阳光的暴晒易爆胎。若车胎内的气体可视为理想气体，爆胎前车胎内气体体积及质量均不变，爆胎过程时间极短，可看作绝热过程。关于车胎内的气体，下列说法正确的是( A )
A．爆胎前随着气温的升高，车胎内气体压强增大
B．爆胎前随着气温的升高，车胎内气体吸收热量，对外做功，内能不变
C．爆胎过程中，车胎内气体对外做功，内能减小
D．爆胎过程中，车胎内气体体积增大，压强减小，温度升高
答案：AC
解析：爆胎前随着气温的升高，车胎内气体吸收热量，温度升高，内能增大，压强增大；爆胎前气体体积不变，没有对外做功，故A正确，B错误；爆胎过程中，车胎内气体体积增大，气体对外做功，内能减小，同时温度降低，压强减小，故C正确，D错误。
3．(多选)关于气体的内能，下列说法正确的是( B )
A．质量和温度都相同的气体，内能一定相同
B．气体被压缩时，内能可能不变
C．一定量的某种理想气体的内能只与温度有关
D．一定量的某种理想气体在等压膨胀过程中，内能一定增加
答案：BCD
解析：质量和温度都相同的气体，因气体的种类不一定相同，则物质的量不一定相同，内能不一定相同，故A错误；气体被压缩时，若气体对外传热，则气体的内能可能不变，故B正确；一定量的某种理想气体的分子势能可视为零，则内能只与温度有关，故C正确；一定量的某种理想气体在等压膨胀过程中，温度一定升高，则内能一定增加，故D正确。
4．下列关于热量、功和内能的说法中，错误的是( A )
A．热量、功都可以作为物体内能的量度
B．热量、功都可以作为物体内能变化的量度
C．热量、功、内能的单位相同
D．热量和功是由过程决定的，而内能是由物体状态决定的
答案：A
解析：热量和功可作为物体内能改变的量度，故A错误，B正确；热量、功、内能的单位都是焦耳，故C正确；热量和功是过程量，内能是状态量，故D正确。
5．(多选)(2024·山东省济南市部分重点中学高二检测)如图所示，绝热的容器内密闭一定质量的理想气体(不考虑分子间的作用力)，用电阻丝缓慢对其加热时，绝热活塞无摩擦地上升，下列说法正确的是( A )
A．单位时间内气体分子对活塞碰撞的次数减少
B．电流对气体做功，气体对外做功，气体内能可能减少
C．电流对气体做功，气体又对外做功，其内能可能不变
D．电流对气体做的功一定大于气体对外做的功
答案：AD
解析：由题意知，气体压强不变，活塞上升，体积增大，由理想气体状态方程知，气体温度升高，内能一定增加，电流对气体做的功一定大于气体对外做的功，B、C错误，D正确；由气体压强的微观解释知，温度升高，气体分子对活塞的冲力增大，而压强不变，因此单位时间内气体分子对活塞的碰撞次数减少，A正确。
6．采取绝热的方式使一定质量的气体由状态A变化至状态 B，对于不同的变化方式，下列说法正确的是( B )
A．对气体所做的功不同
B．对气体所做的功相同
C．对气体不需做功，因为没有能量的传递
D．以上说法都不正确
答案：B
解析：对一定质量的气体，不管采取哪一种方式，由状态A变化至状态B，都是绝热过程。在这一过程中，气体在状态A有一确定的内能U1，在状态B有另一确定的内能U2，由绝热过程中ΔU＝W＝U2－U1知，W为恒量，所以选项B正确。
7．(多选)如图所示，绝热汽缸中间用固定栓将可无摩擦移动的导热隔板固定，隔板质量不计，左右两室分别充有一定量的氢气和氧气(视为理想气体)。初始时，两室气体的温度相等，氢气的压强大于氧气的压强，松开固定栓直至系统重新达到平衡，下列说法正确的是( C )
A．初始时氢气分子的平均动能大于氧气分子的平均动能
B．系统重新达到平衡时，氢气的内能比初始时的小
C．松开固定栓直至系统重新达到平衡的过程中，有热量从氧气传递到氢气
D．松开固定栓直至系统重新达到平衡的过程中，氧气的内能先增大后减小
答案：CD
解析：温度是分子平均动能的标志，温度相同，分子的平均动能相同，与分子质量无关。初始时，两部分气体温度相同，故分子的平均动能相同，A错误；从松开固定栓至系统重新达到平衡的过程中，先是氢气对氧气做功，氢气内能减少、温度降低，氧气内能增加、温度升高，由于存在温度差，故会发生热传递，最后两者温度相同，氧气内能又减小，整个过程为绝热过程，气缸内气体内能不变，等于初始值，所以两种气体的内能与初始时相同，B错误，C、D正确。
8．如图所示，一个质量为20 kg的绝热汽缸竖直放置，绝热活塞的质量为5 kg，面积为0.1 m2，处于静止状态时被封闭气体的高度为50 cm，现在活塞上方加一15 kg的物体，待稳定后，被封闭气体的高度变为40 cm。求在这一过程中气体的内能增加了多少？(p0＝1.01×105 Pa，g取10 m/s2)
答案：1 030 J
解析：由于汽缸及活塞均绝热，故外界对气体所做的功等于气体增加的内能，即ΔU＝W外＝(m活塞＋m物体)gΔh＋p0SΔh＝(5＋15)×10×0.1 J＋1.01×105×0.1×0.1 J＝1 030 J。
能力提升练
9．绝热过程中，外界压缩气体，对气体做功20 J，下列说法正确的是( A )
A．气体内能一定增加20 J
B．气体内能增加量必定小于20 J
C．气体内能增加量可能小于20 J
D．气体内能可能不变
答案：A
解析：绝热过程中，做功的过程就是能量转化的过程，做了多少功，内能就变化多少，故外界对气体做功20 J，气体内能一定增加20 J，A正确。
10．(多选)下列关于系统的内能的说法正确的是( A )
A．系统的内能是由系统的状态决定的
B．分子动理论中引入的系统内能和热力学中引入的系统内能是一致的
C．做功可以改变系统的内能，但单纯地对系统传热不能改变系统的内能
D．气体在大气中做绝热膨胀时做了功，但气体的内能不变
答案：AB
解析：系统的内能是一个只依赖于系统自身状态的物理量，由系统的状态决定，选项A正确；因为内能是由系统的状态决定的，所以分子动理论中引入的内能和热力学中引入的内能是一致的，选项 B正确；做功和热传递都可以改变系统的内能，选项C错误；气体在大气中做绝热膨胀时对外界做了功，且与外界没有热交换，所以系统的内能要减少，故选项D错误。
11．(多选)天然气水合物是20世纪科学考察中发现的一种新的矿产资源。如图所示，它是水和天然气在高压和低温条件下混合时产生的一种固态物质，外貌极像冰雪或固体酒精，点火即可燃烧，有“可燃冰”“固体瓦斯”之称，开采时只需将固体的“天然气水合物”升温减压就可释放出大量的甲烷气体。可燃冰的形成过程可简化为把甲烷气体压缩到低温的“容器”中，开采时通过升温再把甲烷气体从“容器”中释放出来，不考虑分子势能，以下说法正确的是( B )
A．可燃冰在开采时气体对外做功，内能变小
B．可燃冰在开采时气体对外做功，又从外界吸热，内能变大
C．可燃冰在形成时外界对气体做功，内能变大
D．可燃冰在形成时外界对气体做功，气体又对外放热，内能变小
答案：BD
解析：由题意可知，可燃冰在开采过程中要对其加热升温，气体温度升高，体积变大，对外做功，同时又从外界吸热，内能变大，故A错误，B正确；可燃冰的形成条件是低温高压，所以形成可燃冰过程中外界对气体做功，但气体温度降低，对外放热，内能减少，故C错误，D正确。
12．关于如图所示的实验，下列说法正确的是( D )
A．图甲，迅速下压活塞，棉花会燃烧起来，说明热传递可以使物体的温度升高
B．图乙，重物下落带动叶片转动，由于叶片向水传递热量而使水的温度升高
C．图丙，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．由以上实验可知，外界对系统做功可以使系统的内能增加
答案：D
解析：题图甲中迅速下压活塞，棉花会燃烧起来，说明做功可以改变气体的内能，进而使温度升高，A错误；题图乙中重物下落带动叶片转动搅拌容器中的水，水由于摩擦生热而温度上升，B错误；题图丙中降落的重物使发电机发电，电流通过电阻丝放热使液体升温，C错误；题图所示的三个实验本质上均是外界对系统做功而使系统的内能增加，D正确。
13．(多选)如图所示，一定质量的理想气体密封在绝热(即与外界不发生热交换)容器中，容器内装有一可以活动的绝热活塞，今对活塞施以一竖直向下的压力F，使活塞缓慢向下移动一段距离后，气体的体积减小。若忽略活塞与容器壁间的摩擦力，则对被密封的气体，下列说法不正确的是( A )
A．温度升高，压强增大，内能减少
B．分子的平均动能增加，分子对器壁的单位面积碰撞的冲力增大
C．温度升高，压强增大，内能增加
D．温度降低，压强减小，内能增加
答案：AD
解析：用压力F向下压活塞时，外界对气体做功，因和外界没有热交换，可知气体的内能增加；气体的温度升高，气体分子的平均动能增加，分子对器壁
单位面积碰撞的冲力增大；由理想气体状态方程可知，温度升高、气体体积减小，故气体的压强增大，B、C正确，不符合题意；A、D错误，故选AD。
14．(2023·上海嘉定高三测试)如图所示，将半径为R的自行车轮架空，原地转动起来后测试制动。当制动片以大小为N的力压在车轮上，车轮转过圆心角θ后停止。这一过程机械能转化为何种形式的能？若知道制动片和车轮之间的动摩擦因数μ，可估算车轮在刹车前的动能是多少？
答案：内能 μθRN
解析：当制动片制动时，车轮要克服摩擦力做功，把机械能转化为内能。车轮转过的弧长s＝θR，由动能定理得－μNs＝0－Ek，解得Ek＝μθRN。
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第三章 热力学定律
1．功、热和内能的改变
目标体系构建
1．了解焦耳的两个实验的原理，认识焦耳实验探究对建立热力学规律的意义。
2．知道做功和热传递在改变系统内能上的区别，并会区分热量和内能的概念。
3．理解做功与内能的改变和热传递与内能的改变的关系，会解释相关现象。
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。
课前预习反馈
知识点 1
1．焦耳的实验
(1)绝热过程：系统只由于外界对它做功而与外界交换______，它不从外界______，也不向外界______。
(2)代表性实验
①重物下落带动叶片搅拌容器中的水，引起水温______；
②通过电流的________给水加热。
(3)实验结论：要使系统状态通过绝热过程发生变化，做功的数量只由过程始末两个状态决定，而与做功的______无关。
功和内能
能量
吸热
放热
上升
热效应
方式
2．功和内能
(1)内能：任何一个热力学系统都必定存在一个只依赖于系统______
______的物理量，这个物理量在两个状态间的差别与外界在______过程中对系统所做的功相联系。鉴于功是能量______的量度，所以这个物理量必定是系统的一种能量，我们把它称为系统的内能。
(2)功和内能：在绝热过程中，外界对系统做的功等于系统内能的变化量，即_________。
说明：在热力学系统的绝热过程中，外界对系统所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。
自身
状态
绝热
变化
ΔU＝W
『判一判』
(1)某一系统经历绝热过程时，只要初末状态相同，则做功数量也一定相同。( )
(2)在绝热过程中，做功方式不同会直接影响系统状态变化的最终结果。( )
(3)在绝热过程中，系统对外界做的功等于系统内能的增加量。( )
√
×
×
『想一想』
打气筒是日常生活中的一种工具，当我们用打气筒给自行车打气的时候，就是在克服气体压力和摩擦力做功。打气的过程中你有没有试着去摸一下打气筒的外壳？有什么感觉？打气筒的温度升高了，这是怎么回事呢？
答案：做功的过程是能量转化的过程，做功使得系统的内能增加了，所以温度升高。
知识点 2
1．热传递
(1)条件：物体的______不同。
(2)定义：两个______不同的物体相互接触时，温度高的物体要降温，温度低的物体要升温，______从高温物体传到了低温物体。
热和内能
温度
温度
热量
2．热和内能
(1)热量：它是在单纯的传热过程中系统______变化的量度。
(2)表达式：________。
(3)热传递与做功在改变系统内能上的异同：①做功和热传递都能引起系统______的改变。②做功时是内能与其他形式能的______；热传递是不同物体(或一个物体的不同部分)之间____________。
注意：我们不能说物体具有多少热量，只能说某一过程中物体吸收或放出了多少热量。
内能
ΔU＝Q
内能
转化
内能的转移
『判一判』
(4)热量一定从内能多的物体传递给内能少的物体。( )
(5)做功和热传递都能改变物体的内能。( )
(6)热传递改变内能的实质是能量的转移。( )
×
√
√
『选一选』
关于传热，下列说法正确的是( )
A．传热的实质是温度的传递
B．物体间存在温度差就能传热
C．传热可以在任何情况下自发地进行
D．物体内能发生改变，一定是传热造成的
答案：B
解析：传热的实质是物体间能量的转移，故A错误；传热的条件是物体间存在温度差，高温物体放出热量，低温物体吸收热量，若两物体温度相同，它们之间不会自发地传热，故B正确，C错误；传热可使物体的内能发生变化，但内能变化也可能是做功引起的，故D错误。
课内互动探究
探究?
功和内能
要|点|提|炼
1．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。
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。
3．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，只有内能变化较大时，对应着做功才较多。
(1)在绝热过程中，外界对系统做功， W>0，此时系统内能增加，则ΔU>0；
(2)系统对外界做功， W<0，此时系统内能减小，则 ΔU<0。功与内能的改变的实质：其他形式的能与内能的相互转化。
典|例|剖|析
1．用酒精灯给试管中的水加热，如图所示，在软木塞冲出试管口的过程中，下列说法正确的是( )
A．水蒸气对软木塞做功，水蒸气的内能增大
B．水蒸气的部分内能转化为软木塞的机械能
C．能量的转化形式与热机压缩冲程能量转化相同
D．软木塞的机械能守恒
答案：B
解析：水蒸气对软木塞做功，水蒸气的内能减小，温度降低，故A错误；软木塞冲出的过程是水蒸气的部分内能转化为软木塞机械能的过程，热机压缩冲程是将机械能转化为内能，故B正确，C错误；此过程中软木塞的动能和势能都增大，因此机械能增大，故D错误。
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“白雾”。对于“白雾”的形成，下列说法正确的是( )
A．“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
对点训练
答案：D
解析：形成“白雾”的原因是在瓶塞突然跳起时，气体膨胀对外做功，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 D选项正确。
探究?
功、内能、热量和温度的区别与联系
要|点|提|炼
1．内能与温度
从宏观看，温度表示的是物体的冷热程度；从微观看，温度反映了分子热运动的激烈程度，是分子平均动能的标志。物体的温度升高，其内能一定增加。但向物体传递热量，物体的内能却不一定增加(可能同时对外做功)。
2．热量和内能
内能是由系统状态决定的，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，可以通过热传递或做功两种途径来完成。而热量是传递过程中的特征物理量，和功一样，热量只是反映物体在状态变化过程中所迁移的能量，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。就某一状态而言，只有“内能”，根本不存在什么“热量”和“功”，因此，不能说一个系统中含有“多少热量”或“多少功”。
3．热量与温度
热量是系统内能变化的量度，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。
只要存在温度差，热传递过程就会进行，与原来物体内能的大小无关。热传递过程能量可以由内能大的物体传到内能小的物体上，也可以由内能小的物体传到内能大的物体上。
典|例|剖|析
2．古代人们发明的点火器如图所示，用牛角做套筒，木制推杆前端粘着艾绒，猛推推杆，艾绒即可点燃。对筒内封闭的气体，在此压缩过程中( )
A．气体温度升高，压强不变
B．气体温度升高，压强变大
C．气体对外界做正功，气体的内能增加
D．外界对气体做正功，气体的内能减少
答案：B
在以下事例中，通过传热的方式来改变物体内能的是( )
A．两小球碰撞后粘合起来，同时温度升高
B．冬天暖气为房间供暖
C．点燃的爆竹在空中爆炸
D．汽车的车轮与地面相互摩擦发热
答案：B
解析：两小球碰撞后粘在一起，温度升高，是机械能转化为内能，A错误；冬天暖气为房间供暖，是通过传热的方式来改变物体内能的，B正确；点燃的爆竹在空中爆炸，是化学能转化为内能，C错误；车轮与地面摩擦生热，是机械能转化为内能，D错误。
对点训练
核心素养提升
做功和热传递在改变物体内能上的关系
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 做一定量的功或传递一定量的热量在改变内能的效果上是相同的
(多选)器壁透热的汽缸固定在恒温环境中，如图所示。汽缸内封闭着一定量的气体，气体分子间相互作用的分子力可以忽略不计，当缓慢推动活塞Q向左运动的过程中，下列说法正确的是( )
A．活塞对气体做功，气体的内能增加
B．活塞对气体做功，气体的平均动能不变
C．气体的单位体积内分子数增多，压强增大
D．气体向外放热，内能减少
答案：BC
案例
解析：解决本题的关键是理解缓慢推动活塞Q的物理含义，推动活塞Q使活塞对气体做功，本来气体的温度应升高，但是由于缓慢推动活塞，所以使气体增加的内能又以热量的形式释放到周围环境中，由于环境温度恒定，所以汽缸内气体的温度不变，气体的平均动能不变，内能不变，A、D错误，B正确；由于气体被压缩，气体单位体积内的分子数增多，所以单位面积上，汽缸受到气体分子的碰撞次数增多，因此气体的压强增大，C正确。
课堂达标检测
一、功能和内能
1．如图所示，活塞将汽缸分成甲、乙两气室，汽缸、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，则在将拉杆缓慢向左拉的过程中( )
A．E甲不变，E乙减小
B．E甲不变，E乙增大
C．E甲增大，E乙不变
D．E甲增大，E乙减小
答案：D
解析：由题意可知甲、乙两气室气体都经历绝热过程，内能的改变取决于做功的情况。对甲室内的气体，在拉杆缓慢向左拉的过程中，活塞左移，压缩气体，外界对甲室内的气体做功，其内能应增大。对乙室内的气体，活塞左移，气体膨胀，乙室内的气体对外界做功，内能应减小，故D正确。
2．金属制成的汽缸中放入浸了少许乙醚的脱脂棉，有可能使其达到燃点而燃烧的过程是( )
A．迅速向里推活塞
B．迅速向外拉活塞
C．缓慢向里推活塞
D．缓慢向外拉活塞
答案：A
解析：浸了乙醚的脱脂棉较容易燃烧，但在常温或稍高于常温的情况下也不会自燃，因此，想使其达到燃点而燃烧必须使其温度升高到足够高，即使其内能有足够的增加。若向外拉活塞，无论是缓慢拉还是迅速拉，都会因为气体膨胀对外做功而导致汽缸内气体内能减少(温度降低)；当缓慢向里推活塞时，尽管外界对缸内气体做功而使气体温度升高，但由于气体同时要向外散热，此过程气体温度升高不多，也不能达到乙醚燃点；而当迅速向里推活塞时，外界对气体做功的功率很大，由于气体来不及向外散热，因此，气温急剧上升，这样就可以使缸内气体温度达到乙醚燃点而使之燃烧，故A正确，B、C、D错误。
二、热能和内能
3．(多选)(2024·宁夏银川高三阶段练习)下列有关热现象和内能的说法正确的是( )
A．分子间引力和斥力相等时，分子势能最小
B．分子间引力和斥力相等时，分子势能最大
C．把物体缓慢举高，其机械能增加，内能不变
D．盛有气体的容器做加速运动时，容器中气体的内能必定会随之增大
答案：AC
解析：分子间引力和斥力相等时的位置，为平衡位置，其分子势能最小，故A正确，B错误；把物体缓慢举高，外力做功，其机械能增加，内能与温度、质量、体积、物态有关，物体的温度、质量、物态、体积都不变，故内能不变，故C正确；一定质量的理想气体的内能由温度决定，与物体的宏观速度大小无关，故D错误。
4．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
答案：C
解析：物体的温度升高时，可能是外界对物体做了功，不一定吸收热量，故A错误；物体沿光滑斜面下滑时，没有摩擦力做功，则物体的内能不会增大，故B错误；物体沿斜面匀速下滑时，有摩擦力做功转化为物体的内能，则物体的内能可能增大，故C正确；热量总是从高温物体传递给低温物体，当温度相等时传热停止，故D错误。
5．密封有空气的薄塑料瓶因降温而变扁，此过程中瓶内空气(不计分子势能)( )
A．内能增大，放出热量
B．内能减小，吸收热量
C．内能增大，对外界做功
D．内能减小，外界对其做功
答案：D
解析：温度是分子平均动能的标志，温度降低，分子平均动能减少，总动能减少，不计分子势能的情况下，可知瓶内空气内能减小，又因瓶内空气体积减小，可知外界对其做功，气体向外界放出热量，故D正确，A、B、C错误。
6．关于系统的内能及其变化，下列说法中正确的是( )
A．系统的温度改变时，其内能必定改变
B．系统对外做功，其内能不一定改变；系统向外传递热量，其内能不一定改变
C．对系统做功，系统内能必定改变；系统向外传出一定热量，其内能必定改变
D．若系统与外界不发生热交换，则系统的内能必定不改变
答案：B
