(共39张PPT)
第三章 热力学定律
提升课二 热力学第一定律和气体实验定律综合应用
课堂 重难探究
汽缸问题
例1 如图甲为某工厂实验使用的圆柱形导热良好的汽缸，静止在水平地面上，如图乙为其简化剖面图，内有一质量为m＝10 kg，横截面积S＝0.01 m2、厚度不计的活塞，封闭有高度为h1＝30 cm、温度为t＝27 ℃的理想气体．已知汽缸质量为M＝20 kg，其深度足够，活塞不漏气且与缸壁无摩擦，外界大气压强为p0＝1.0×105 Pa，重力加速度g取10 m/s2．
(1)求开始时汽缸内封闭气体的压强p1；
(2)保持温度不变，用竖直向上的拉力缓慢提拉活塞，当汽缸恰好离开地面时，求缸内气体的高度h2；
(3)在(2)的过程中，汽缸内封闭气体与外界发生热交换为100 J，请判断气体是吸热还是放热？气体对外做功为多少？
解：(1)对活塞进行受力分析，可得 p0S＋mg＝p1S，
解得 p1＝1.1×105 Pa．
(2)依题意知，该过程温度保持不变，根据玻意耳定律，有p1h1S＝p2h2S，
对汽缸受力分析，可得p0S＝Mg＋p2S，
联立解得h2＝41.25 cm．
(3)依题意，该过程温度不变，封闭气体内能不变，根据热力学第一定律，可得 ΔU＝Q＋W，
由h2＞h1，可知封闭气体体积变大，对外做功，所以气体是吸热的，则W＝|Q|＝100 J，即气体对外做功为100 J．
变式1 (多选)如图，两端开口、下端连通的导热汽缸，用两个轻质绝热活塞(横截面积分别为S1和S2)封闭一定质量的理想气体，活塞与汽缸壁间无摩擦．在左端活塞上缓慢加细沙，
活塞从A下降h高度到B位置时，活塞上细沙的总质量为m．在此过程中，用外力F作用在右端活塞上，使活塞位置始终不变．整个过程环境温度和大气压强p0保持不变，系统始终处于平衡状态，重力加速度为g．下列说法正确的是 ( )
A．整个过程，外力F做功大于0，小于mgh
B．整个过程，理想气体的分子平均动能保持不变
C．整个过程，理想气体的内能增大
D．整个过程，理想气体向外界释放的热量小于p0S1h＋mgh
【答案】BD
【解析】外力F作用在右端活塞上，活塞位置不变，可知在F作用下没有位移，可知外力F做功为零，A错误；汽缸为导热汽缸，环境温度不变，所以气体状态变化过程中温度不变，温度是分子平均动能的标志，所以分子平均动能不变，对于一定质量的理想气体，内能只与分子平均动能有关，所以内能也不变，B正确，C错误；此过程外界大气通过活塞对封闭气体做功为p0S1h，活塞下降过程，因缓慢加细沙，故细沙通过活塞对气体做功小于mgh，所以外界对气体做功 W＜p0S1h＋mgh，根据ΔU＝Q＋W，因为ΔU＝0，所以 Q＝－W，即气体向外界释放的热量小于(p0S1h＋mgh)，D正确．
液柱问题
例2 (2024年北京卷)一个气泡从恒温水槽的底部缓慢上浮，将气泡内的气体视为理想气体，且气体分子个数不变，外界大气压不变．在上浮过程中气泡内气体 ( )
A．内能变大 B．压强变大
C．体积不变 D．从水中吸热
【答案】D
【解析】上浮过程气泡内气体的温度不变，内能不变，A错误；气泡内气体压强p ＝ p0＋ρ水gh，故上浮过程气泡内气体的压强减小，B错误；由玻意耳定律pV ＝ C知，气体的体积变大，C错误；上浮过程气体体积变大，气体对外做功，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W知，气体从水中吸热，D正确．
变式2 如图所示，在一横截面积为S的竖直玻璃管内封闭着A、B两部分理想气体，中间用水银柱隔开．玻璃管静止时，A部分气柱长度为2.4L，压强为p0．B部分气柱长度为2L，水银柱产生的压强为0.2p0．已知大气压强为p0，环境温度保持不变．
(1)若将玻璃管沿竖直平面内缓慢转过90°，待稳定后求气柱A的长度；
(2)若在玻璃管装有气体A的顶端开一小孔，现缓慢加热气体B，当气体B从外界吸收的热量为Q时，水银刚好到达小孔处，求该过程气体B的内能的增量ΔU．
解：(1)转动前B部分气体压强为pB1＝p0＋0.2p0＝1.2p0，
设转过90°后B部分气体长度为LB，则A部分气体的长度为l，l＋LB＝4.4L，
设B部分气体压强为pB2，则A部分气体压强为pA2，
pA2＝pB2，
由玻意耳定律可得，对A部分气体有p0·2.4LS＝pA2·lS，
对B部分气体有1.2p0·2LS＝pB2·LBS，
联立解得 l＝2.2L．
(2)由题意知，在玻璃管的装有气体A的顶端开一小孔，现缓慢加热气体B，水银上升，这一过程中B部分气体发生等压变化，压强恒为pB1＝p0＋0.2p0＝1.2p0，
气体对外界做的功为W＝1.2p0ΔV＝1.2p0·2.4LS＝2.88p0LS，
根据热力学第一定律，可得该过程气体B内能的增量为
ΔU＝Q－2.88p0LS．
课后提升训练
1．在一个密闭容器内有一滴15 ℃的水，过一段时间后，水滴蒸发变成了水蒸气，温度还是15 ℃，下列说法正确的是 ( )
A．分子势能减小 B．分子平均动能减小
C．内能一定增加 D．分子的速率都减小
【答案】C
基础对点练
【解析】由于水滴蒸发变成水蒸气的过程，需要吸收热量，由热力学第一定律有ΔU＝W＋Q，在密闭容器内不考虑外界做功，W＝0，Q＞0，故它的内能增加了，C正确；水蒸气的分子势能大于水的分子势能，温度一样，分子平均动能不变，分子的速率不可能都减小，内能是所有分子势能和分子动能的总和，故分子势能增大，A、B、D错误．
2．山地自行车前轮有气压式减震装置来抵抗颠簸，其原理如图所示．当路面不平时，在汽缸内封闭气体的作用下，活塞上下振动，起到减缓振动的目的．当活塞迅速下压过程中 ( )
A．汽缸内的气体分子的平均动能不变
B．汽缸内所有分子的速率增大
C．汽缸内的气体压强可能不变
D．单位时间内撞到汽缸内壁单位面积上的气体分子数增多
【答案】D
3．(2025年广州检测)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．下列说法错误的是
( )
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．气体在自发扩散过程中，气体对外界不做功
D．气体在被压缩的过程中，气体对外界做功
【答案】D
【解析】抽开隔板时，由于右方是真空，气体向右自由扩散，气体没有对外做功，又没有热传递，则根据ΔU＝Q＋W可知，气体的内能不变，A、C正确；气体被压缩的过程中，外界对气体做功，又没有热传递，根据ΔU＝Q＋W可知，气体内能增大，B正确，D错误．
4．(2024年北京月考)气闸舱是载人航天器中供航天员进入太空或由太空返回用的气密性装置，其原理图如图所示．座舱A与气闸舱B之间装有阀门K，座舱A中充满空气，气闸舱B内为真空．航天员从太空返回气闸舱时，打开阀门K，A中的气体进入B中，最终达到平衡．假设此过程中系统与外界没有热交换，舱内气体可视为理想气体，下列说法正确的是 ( )
A．气体体积变大，气体分子单位时间对座舱壁单位面积碰撞的次数将变多
B．B中气体可以自发地全部退回A中
C．气体温度不变，体积增大，压强减小
D．气体体积膨胀，对外做功，内能减小
【答案】C
5．(2025年武汉质检)一定质量的理想气体从状态a开始，经历ab、bc、ca三个过程回到原状态，其V－T图像如图所示，下列说法正确的是 ( )
A．过程ab中气体分子热运动的平均动能保持不变
B．过程bc中外界对气体做负功
C．过程ca中气体从外界吸热
D．气体在状态a的压强最大
【答案】C
6．(多选)(2025年中山联考)自热锅因其便于加热和方便携带，越来越受到户外运动爱好者的欢迎．自热锅内有一个发热包，遇水发生化学反应而产生大量热能，不需要明火，温度可超过100 ℃，能在15分钟内迅速加热食品．自热锅的盖子上有一个透气孔，如果透气孔堵塞，容易造成小型爆炸．对于这种现象下列说法正确的是 ( )
A．自热锅爆炸前，锅内气体温度升高
B．自热锅爆炸前，锅内气体内能增加
C．自热锅爆炸时，锅内气体温度降低
D．自热锅爆炸时，锅内气体内能增加
【答案】ABC
【解析】自热锅内有一个发热包，遇水发生化学反应而产生大量热量，可知自热锅爆炸前，锅内气体温度升高，锅内气体内能增加，A、B正确；自热锅爆炸时，由于时间极短，锅内气体对外做功，且来不及与外界发生热传递，根据热力学第一定律可知，锅内气体内能减小，锅内气体温度降低，C正确，D错误．
7．如图，一定质量的理想气体由状态a经状态b变化到状态c，已知气体从状态a变化到状态b的过程中外界对气体做功为W1，同时向外界放出热量Q1；从状态b变化到状态c过程中外界对气体做功为W2，与外界的热交换量为Q2，下列说法正确的是 ( )
A．气体在状态a、状态b、状态c时的内能相等
B．W2＝3W1
C．Q1＋Q2＝2p0V0
D．W1＋W2＝Q1＋Q2
【答案】D
8．(多选)如图所示，在做托里拆利实验时，玻璃管内有些残留的空气，此时玻璃管竖直放置．假如把玻璃管缓慢竖直向上提起一段距离，玻璃管下端仍浸在水银中，在这过程中，大气的压强、温度均保持不变，则管内的空气(视为理想气体) ( )
A．体积增大 B．压强减小
C．放出热量 D．内能增大
【答案】AB
9．一定量的理想气体从状态a开始，经历三个过程ab、bc、ca回到原状态，其p－T图像如图所示．下列判断正确的是( )
A．过程ab中气体的体积增大
B．过程bc中气体既不吸热也不放热
C．过程ca中外界对气体所做的功等于气体所放的热
D．b和c两个状态中，容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数不同
【答案】D
【解析】由图可知，ab过程，气体压强与热力学温度成正比，则气体发生等容变化，气体体积不变，A错误；由图可知，bc过程气体发生等温变化，由pV＝C知bc过程体积增大，对外做功，温度不变，则气体内能保持不变，由热力学第一定律知bc过程吸热，B错误；过程ca中温度降低，体积减小，则内能减小，外界对气体所做的功小于气体所放出的热量，C错误；b和c两个状态中，温度相同，分子平均动能相同，体积不同，分子密度不同，则容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数不同，D正确．
10．如图所示，汽缸内用活塞封闭一定质量的理想气体，汽缸和活塞是绝热的，汽缸固定不动，一条细线左端连接在活塞上，另一端跨过定滑轮后吊着一个装沙的小桶，开始时活塞静止，某时刻开始小桶中的沙缓慢漏出，不计活塞与汽缸的摩擦，下列说法正确的说法是 ( )
A．汽缸内的活塞向右运动
B．汽缸内气体的内能变小
C．汽缸内气体的压强减小
D．汽缸内气体的分子平均动能变大
【答案】D
【解析】设汽缸内气体压强为p，以活塞为研究对象进行受力分析，根据平衡条件pS＋T＝p0S，细沙不断流出时绳子拉力T变小，而p0不变，故p变大，气体体积减小，则汽缸内的活塞向左运动，气体被压缩，外界对气体做功，由于汽缸和活塞是绝热的，由热力学第一定律可知气体的内能变大，温度升高，则汽缸内气体的分子平均动能变大，则A、B、C错误，D正确．(共56张PPT)
第三章 热力学定律
2 热力学第一定律
3 能量守恒定律
1．掌握热力学第一定律及其表达式(重难点). 2．学会运用热力学第一定律解释自然界中能量的转化、转移问题(难点)．3．理解能量守恒定律，知道能量守恒定律是自然界中普遍遵循的规律(重点)．
课前 自主预习
热力学第一定律
1．改变内能的两种方式是________和__________．
2．热力学第一定律
(1)内容：一个热力学系统的内能变化量等于外界向它传递的______ 与外界对它所________的和．
(2)表达式：ΔU＝__________．
做功
热传递
热量
做功
Q＋W
能量守恒定律和永动机
1．能量守恒定律
(1)内容：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式________为其他形式，或者从一个物体________到别的物体，在转化或转移的过程中，______________保持不变．
(2)意义：
①各种形式的能可以_____________．
②各种物理现象可以用_______________联系在一起．
转化
转移
能量的总量
相互转化
能量守恒定律
2．永动机不可能制成
(1)第一类永动机：不需要任何动力或燃料，却能不断地_________的机器．
(2)不可制成的原因：违背了___________定律．
对外做功
能量守恒
课堂 重难探究
热力学第一定律的应用
1．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)分别找出题目中研究对象吸收或放出的热量；外界对研究对象所做的功或研究对象对外界所做的功；研究对象内能的增加量或减少量．
(3)根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W列出方程进行求解．
(4)特别注意物理量的正负号及其物理意义．
2．公式ΔU＝W＋Q中符号的规定
符号 W Q ΔU
＋ 外界对物体做功 物体吸收热量 内能增加
－ 物体对外界做功 物体放出热量 内能减少
3．几种特殊情况
(1)若过程是绝热的，即Q＝0，则ΔU＝W，物体内能的增加量等于外界对物体做的功．
(2)若过程中不做功，即W＝0，则ΔU＝Q，物体内能的增加量等于物体从外界吸收的热量．
(3)若过程的始末状态物体的内能不变，即ΔU＝0，则W＝－Q(或Q＝－W)，外界对物体做的功等于物体放出的热量(或物体吸收的热量等于物体对外界做的功)．
4．判断是否做功的方法
一般情况下外界对物体做功与否，需看气体的体积是否变化．
(1)若气体的体积增大，表明气体对外界做功，W＜0．
(2)若气体的体积减小，表明外界对气体做功，W＞0．
例1 (多选)一定质量的理想气体从状态a变化到状态b，其过程如p－T图像上从a到b的线段所示．在此过程中 ( )
A．气体一直对外做功
B．气体的内能一直增加
C．气体一直从外界吸热
D．气体吸收的热量等于其对外做的功
【答案】BC
变式1 一定质量的理想气体在某一过程中，外界对气体做了8× 104 J的功，气体的内能减少了1.2×105 J，则下列各式中正确的是 ( )
A．W＝8×104 J，ΔU＝1.2×105 J，Q＝4×104 J
B．W＝8×104 J，ΔU＝－1.2×105 J，Q＝－2×105 J
C．W＝－8×104 J，ΔU＝1.2×105 J，Q＝2×104 J
D．W＝－8×104 J，ΔU＝－1.2×105 J，Q＝－4×104 J
【答案】B
【解析】由热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知，外界对气体做功则W为正值，气体内能减少则ΔU为负值，代入热力学第一定律表达式得Q＝－2×105 J，B正确．
对能量守恒定律的理解及应用
1．能量存在的形式及相互转化
(1)各种运动形式都有对应的能：机械运动有机械能，分子的热运动有内能，还有诸如电磁能、化学能、原子能等．
(2)各种形式的能，通过某种力做功可以相互转化．例如，利用电炉取暖或烧水，电能转化为内能；煤燃烧，化学能转化为内能；列车刹车后，轮子温度升高，机械能转化为内能．
(3)某种形式的能减少，一定有其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等．
(4)某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等．
2．第一类永动机失败的原因分析
如果没有外界热源供给热量，则有U2－U1＝W，就是说，如果系统内能减少，即U2＜U1，则W＜0，系统对外做功是要以内能减少为代价的．若想源源不断地做功，就必须使系统不断回到初始状态，在无外界能量供给的情况下是不可能的．
例2 如图所示为冲击摆实验装置，一质量为m的子弹以v0射入质量为M的沙箱后与沙箱合为一体，共同摆起一定高度h，则整个过程中子弹和沙箱由于相互作用所产生的内能为多少？(不计空气阻力)
变式2 如图所示，是中国古代玩具饮水鸟，它的神奇之处是，在鸟的面前放上一杯水，鸟就会俯下身去，把嘴浸到水里，“喝”了一口水后，鸟将绕着O点不停摆动，一会儿它又会俯下身去，再“喝”一口水．A、B是鸟上两点，说法正确的是 ( )
A．A、B两点的向心加速度大小相同
B．A、B两点的线速度大小不同，角速度大小相同
C．此过程虽然不违反能量守恒定律，但不可能发生
D．此过程违反能量守恒定律，但可能发生，说明第一类永动机可以制成
【答案】B
【解析】根据同轴转动角速度相等知，A、B两点的角速度大小相同，根据v＝ωr知，A点半径大，线速度较大，B正确；根据a＝ω2r知A点半径大，加速度较大，A错误；饮水鸟的头和躯体分别为两个薄壁玻璃球，其间以一个玻璃管连接，内部装有易挥发的液体．其原理是先在鸟嘴上滴一些水，水分蒸发会吸收头部空气中的热量，使得头部气压小于肚子中的气压，从而使肚子中的部分液体压入头部，使重心上移，
鸟的身体变得不稳定而发生倾斜，倾斜的过程中肚子中的玻璃管口脱离液面，从而使头部的液体又回流到肚子中，使鸟的身体再回到开始的竖直状态，而刚才倾斜的过程中鸟嘴刚好又沾到了水，鸟回到竖直状态后，鸟嘴的水分蒸发，重复之前的运动，即饮水鸟上下运动的能量来源于周围空气的内能，此过程不违反能量守恒定律，可能发生，C、D错误．
小练 随堂巩固
1．下列关于能量守恒定律的认识，不正确的是 ( )
A．某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加
B．某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加
C．对物体做功，物体的内能可能减小
D．石子从空中落下，最后停止在地面上，说明石子的能量消失了
【答案】D
【解析】根据能量守恒定律得知，某种形式的能减少，其他形式的能一定增加，A正确；某个物体的总能量减少，根据能量守恒定律得知，必然有其他物体的能量增加，B正确；对物体做功，但若物体同时向外界放热，物体的内能可能减小，C正确；石子在运动和碰撞中机械能转化为物体及周围物体的内能，能量并没有消失，D错误．
2．一定量的气体膨胀对外做功100 J，同时对外放热40 J，气体内能的增量ΔU是 ( )
A．60 J B．－60 J
C．－140 J D．140 J
【答案】C
【解析】由热力学第一定律得ΔU＝W＋Q＝－100 J－40 J＝－140 J，C正确．
3．(多选)下列关于第一类永动机的说法，正确的是 ( )
A．第一类永动机是不消耗任何能量却能源源不断地对外做功的机器
B．第一类永动机不能制成的原因是违背了热力学第一定律
C．第一类永动机不能制成的原因是技术问题
D．第一类永动机不能制成的原因是违背了能量守恒定律
【答案】AD
【解析】第一类永动机是不消耗任何能量却能源源不断对外做功的机器，这是人们的美好愿望，但它违背了能量守恒定律，这也是它不能制成的原因．A、D正确，B、C错误．
4．小明去西藏旅行时，发现从低海拔地区买的密封包装的零食，到了高海拔地区时出现了鼓包现象．假设食品袋里密封的有一定质量的理想气体，全过程温度保持不变．从低海拔地区到高海拔地区的过程，下列分析不正确的是 ( )
A．袋内气体压强增加
B．大气压强减小
C．袋内气体吸收了热量
D．袋内气体分子的平均动能不变
【答案】A
【解析】温度不变，根据p1V1＝p2V2，体积增大，压强减小，A错误，符合题意；海拔高度升高，大气压强减小，B正确，不符合题意；温度不变，气体内能不变，体积增大，气体对外做功，根据热力学第一定律有ΔU＝W＋Q，可知袋内空气从外界吸收热量，C正确，不符合题意；温度不变，袋内气体分子的平均动能不变，D正确，不符合题意．
5．物体的内能增加了80 J，下列说法中正确的是 ( )
A．一定是外界对物体做了80 J的功
B．一定是物体吸收了80 J的热量
C．一定是物体分子平均动能增加了80 J
D．物体分子的平均动能可能不变
【答案】D
【解析】做功和热传递都能改变物体的内能，物体的内能增加了80 J，可能是外界对物体做了80 J的功，也可能是物体吸收了80 J的热量，还可能既有做功，又有热传递，两者代数和为80 J，A、B错误；物体的内能增加，可能是物体的分子势能增加80 J，而物体分子的平均动能不变，C错误，D正确．
课后提升训练
考点1 热力学第一定律的应用
1．压力锅结构如图所示，盖好锅盖，将压力阀套在出气孔上，给压力锅加热，当锅内气体压强达到一定值时，气体就把压力阀顶起．假定在压力阀被顶起时，停止加热，锅内气体对压力阀及外界做功1.5 J，并向外界释放了2.5 J的热量，则下列说法中正确的是 ( )
A．锅内原有气体的内能没有发生变化
B．锅内原有气体的内能增加了3 J
C．锅内原有气体的内能减少了3 J
D．锅内原有气体的内能减少了4 J
基础对点练
【答案】D
【解析】由于锅内气体对外界做功1.5 J，则W＝－1.5 J，并向外界释放了2.5 J的热量，则Q＝－2.5 J，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，故内能ΔU＝－1.5 J＋(－2.5 J)＝－4 J，故气体的内能减少4 J，D正确．
2．(多选)下列过程可能发生的是 ( )
A．物体吸收热量，同时对外做功，内能增加
B．物体吸收热量，同时对外做功，内能减少
C．外界对物体做功，同时物体吸热，内能减少
D．外界对物体做功，同时物体放热，内能增加
【答案】ABD
【解析】当物体吸收的热量多于物体对外做的功时，物体的内能就增加，A正确；当物体吸收的热量少于物体对外做的功时，物体的内能就减少，B正确；外界对物体做功，同时物体吸热，由热力学第一定律可知物体的内能必增加，C错误；当物体放出的热量少于外界对物体做的功时，物体的内能增加，D正确．
3．恒温的水池中，有一气泡缓慢上升，在此过程中，气泡的体积会逐渐增大，不考虑气泡内气体分子势能的变化，下列说法中正确的是 ( )
A．气泡内的气体对外界做功
B．气泡内的气体内能增加
C．气泡内的气体与外界没有热传递
D．气泡内气体分子的平均动能减小
【答案】A
【解析】气泡体积增大，对外做功，由于温度不变，因此分子平均动能不变，气体的内能不变，根据ΔU＝W＋Q可知，气体吸收热量，A正确，B、C、D错误．
4．如图为某种椅子与其升降部分的结构示意图，M、N两筒间密闭了一定质量的气体，M可沿N的内壁上下滑动，设筒内气体不与外界发生热交换，在M向下滑动的过程中( )
A．外界对气体做功，气体内能增大
B．外界对气体做功，气体内能减小
C．气体对外界做功，气体内能增大
D．气体对外界做功，气体内能减小
【答案】A
【解析】筒内气体不与外界发生热交换，M向下滑动的过程中，外界对气体做功，由热力学第一定律可知气体内能增大，A正确．
5．(多选)如图，一开口向上的导热汽缸内，用活塞封闭了一定质量的理想气体，活塞与汽缸壁间无摩擦．现用外力作用在活塞上，使其缓慢上升．环境温度保持不变，大气压不变，系统始终处于平衡状态．在活塞上升过程中 ( )
A．气体体积逐渐增大，内能增加
B．气体压强逐渐减小，内能不变
C．气体压强逐渐增大，放出热量
D．气体对外界做功，吸收热量
【答案】BD
6．(多选)景颇族的祖先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．对于筒内封闭的气体，在此压缩过程中下列说法不正确的是 ( )
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，气体内能增加
D．外界对气体做正功，气体内能减少
【答案】ACD
【解析】由于套筒内封闭着一定质量的气体，当猛推推杆时推杆迅速压缩气体，外界对气体做正功．由于这一过程进行得很快，可以看成是一个近似的绝热过程，即整个系统来不及向外界传递热量．根据热力学第一定律，这时外力做的功只能用来增加气体的内能，这就使气体分子的运动加剧，引起气体分子平均动能增加，气体温度升高．所以艾绒即刻被点燃．由于被封闭的气体质量不变，温度升高，而体积变小，则由气体状态方程知压强变大．故B正确，A、C、D错误．
7．(多选)在一汽缸中用活塞封闭着一定量的理想气体，发生下列缓慢变化过程，气体一定与外界有热量交换的过程是 ( )
A．气体的体积不变，温度升高
B．气体的体积减小，温度降低
C．气体的体积减小，温度升高
D．气体的体积增大，温度不变
【答案】ABD
【解析】气体的体积不变温度升高，则气体的内能升高，体积不变气体做功为零，因此气体吸收热量，A正确；气体的体积减小温度降低，则气体的内能降低，体积减小外界对气体做功，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可知气体对外放热，B正确；气体的体积减小温度升高，则气体的内能升高，体积减小外界对气体做功，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可知Q可能等于零，即没有热量交换过程，C错误；气体的体积增大温度不变则气体的内能不变，体积增大气体对外界做功，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可知Q＞0即气体吸收热量，D正确．
考点2 能量守恒定律
8．在一个与外界没有热交换的房间内打开冰箱门，冰箱正常工作，过一段时间房间内的温度将 ( )
A．降低 B．升高
C．不变 D．无法确定
【答案】B
【解析】取房间内气体及电冰箱(有散热装置)为系统，冰箱消耗电能，对系统做功，系统总内能增加，房间内温度升高，B正确．
9．如图所示，容器中A、B部分各有一个可自由移动的轻活塞，活塞下是水，上为空气，大气压恒定．A、B底部由带有阀门K的管道相连，整个装置与外界绝热．原先A中水面比B中高，打开阀门，使A中的水逐渐向B中流动，最后达到平衡．在这个过程中，下面说法正确的是 ( )
A．大气压力对水做功，水的内能增加
B．水克服大气压力做功，水的内能减少
C．大气压力对水不做功，水的内能不变
D．大气压力对水不做功，水的内能增加
【答案】D
【解析】由W＝p·S·Δh＝p·ΔV，可知大气压力对A、B两管中水做功的代数和为零，但由于水的重心下降，重力势能减小，由能量守恒定律可知水的内能增加，D正确．
10．(多选)如图所示，绝热的容器内密闭一定质量的气体(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．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
综合提升练
C．电流对气体做功，气体对外做功，其内能一定增加
D．电流对气体做的功一定大于气体对外做的功
【答案】ACD
11．一定质量的理想气体由状态a沿abc变化到状态c，吸收了340 J的热量，并对外做功120 J．若该气体由状态a沿adc变化到状态c时，对外做功40 J，则这一过程中气体_________(填“吸收”或“放出”)________J热量．
【答案】吸收 260
【解析】对该理想气体由状态a沿abc变化到状态c，由热力学第一定律可得ΔU＝Q＋W＝340 J－120 J＝220 J，即从a状态到c状态，理想气体的内能增加了220 J；若该气体由状态a沿adc变化到状态c时，对外做功40 J，此过程理想气体的内能增加还是220 J，所以可以判定此过程吸收热量，再根据热力学第一定律可得ΔU＝Q＋W，得Q＝ΔU－W＝220 J＋40 J＝260 J．
12．在一个标准大气压下，水在沸腾时，1 g的水由液态变成同温度的水汽，其体积由1.043 cm3变为1 676 cm3．已知水的汽化热为2 263.8 J/g．求：
(1)体积膨胀时气体对外界做的功W；
(2)气体吸收的热量Q；
(3)气体增加的内能ΔU．
解：取1 g水为研究系统，1 g沸腾的水变成同温度的水汽需要吸收热量，同时由于体积膨胀，系统要对外做功，所以有ΔU＜Q吸．
(1)气体在等压(大气压)下膨胀做功W＝p(V2－V1)＝1.013×105×(1 676－1.043)×10－6 J＝169.7 J．
(2)气体吸热Q＝1×2 263.8 J＝2 263.8 J．
(3)根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W＝2 263.8 J＋(－169.7)J＝2 094.1 J．(共47张PPT)
第三章 热力学定律
4 热力学第二定律
1．理解热力学第二定律的两种表述，并能用热力学第二定律解释第二类永动机不可能制成的原因(重点)．2．学会用热力学第二定律解释自然界中的能量转化、转移及方向性问题(重点)．3．学会运用热力学第二定律解决一些实际问题(难点)．
课前 自主预习
热力学第二定律的克劳修斯表述
1．热传导的方向性
(1)热量可以自发地由________物体传给________物体．
(2)热量不能自发地由________物体传给________物体．
(3)热传导过程是有__________的．
2．热力学第二定律的克劳修斯表述
热量不能自发地从_______物体传到_______物体．即热传导的过程具有_________．
高温
低温
低温
高温
方向性
低温
高温
方向性
热力学第二定律的开尔文表述
1．热机
(1)热机工作的两个阶段：第一个阶段是燃烧燃料，把燃料中的________变成工作物质的______．第二个阶段是工作物质对外______，把自己的内能变成_________．
(2)热机的效率：热机输出的__________与燃料燃烧产生的________
的比值．用公式表示η＝______．
化学能
内能
做功
机械能
机械功W
热量Q
2．开尔文表述
不可能从单一热库吸收热量，使之______________，而不产生其他影响．(该表述阐述了机械能与内能转化的方向性)
3．热力学第二定律的理解
(1)一切宏观自然过程的进行都具有__________．
(2)气体向真空的自由膨胀是_________的．
(3)第二类永动机是不可能制成的．
(4)机械能可以全部转化为内能，而内能无法全部用来做功而转化成机械能．
完全变成功
方向性
不可逆
4．第二类永动机
(1)定义：只从单一热库吸收热量，使之完全变为功而不引起其他变化．
(2)第二类永动机不可能制成的原因：虽然第二类永动机不违背________________，但大量的事实证明，在任何情况下，热机都不可能只有一个热库，热机要不断地把吸收的热量变为有用的功，就不可避免地将一部分热量传给低温热库．
能量守恒定律
课堂 重难探究
对热力学第二定律的理解
1．对热力学第二定律的理解
在热力学第二定律的表述中，正确地理解“自发地”“不产生其他影响”的确切含义是理解热力学第二定律的关键所在．
(1)“自发地”过程就是不受外来干扰进行的自然过程，如重物下落、植物的开花结果等都是自然界客观存在的一些过程，它不受外界干扰．在热传递过程中，热量可以自发地从高温物体传向低温物体，却不能自发地从低温物体传向高温物体．要将热量从低温物体传向高温物体，必须有“外界的影响或外界的帮助”，就是要有外界对其做功才能完成．电冰箱就是一例，它是靠电流做功的帮助把热量从低温处“搬”到高温处的．
(2)“不产生其他影响”的含义是发生的热力学宏观过程只在本系统内完成，对周围环境不产生热力学方面的影响．如吸热、放热、做功等．
2．热力学第二定律的实质
热力学第二定律的每一种表述，都揭示了大量分子参与宏观过程的方向性，进而使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性．
例1 下列关于热力学第二定律的说法，正确的是 ( )
A．所有符合能量守恒定律的宏观过程都能发生
B．一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的
C．机械能可以全部转化为内能，在不产生其他影响的情况下，内能也可以全部用来做功而转化成机械能
D．气体向真空自由膨胀的自然过程是可逆的
【答案】B
【解析】符合能量守恒定律，但违背热力学第二定律的宏观过程不能发生，A错误；根据热力学第二定律可知热现象具有方向性，一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的，B正确；机械能可以全部转化为内能，在不产生其他影响的情况下，内能无法全部用来做功而转化成机械能，C错误；根据热力学第二定律可知热现象具有方向性，气体向真空的自由膨胀是不可逆的，D错误．
变式1 (2025年江门检测)半导体掺杂对于半导体工业有着举足轻重的作用，其中一种技术是将掺杂源物质与硅晶体在高温(800～1 250摄氏度)状态下接触，掺杂源物质的分子由于热运动渗透进硅晶体的表面．下列说法中正确的是 ( )
A．这种渗透过程是自发可逆的
B．这种渗透过程是外界作用引起的
C．温度越高越容易掺杂
D．温度升高后，掺杂源物质所有分子的热运动速率都增加
【答案】C
【解析】掺杂源物质的分子由于热运动渗透进硅晶体的表面，所以这种渗透过程是分子的扩散现象，该过程为自发过程，其逆过程不能自发进行，A、B错误；温度越高掺杂效果越好是因为温度升高时，分子的平均速率增大，并不是所有分子的热运动速率都增加，C正确，D错误．
对第二类永动机的理解
1．热力学第二定律的其他描述
(1)一切宏观自然过程的进行都具有方向性．
(2)气体向真空的自由膨胀是不可逆的．
(3)第二类永动机是不可能制成的．
2．两类永动机的比较
永动机 第一类永动机 第二类永动机
设计要求 不消耗任何能量，可以不断做功(或只给予很小的能量启动后，可以永远运动下去) 将内能全部转化为机械能，而不引起其他变化(或只有一个热源，实现内能与机械能的转化)
不可能的原因 违背了能量守恒定律 违背了热力学第二定律
例2 (多选)关于第二类永动机，下列说法正确的是 ( )
A．没有冷凝器，只有单一的热源，能将从单一热源吸收的热量全部用来做功，而不引起其他变化的热机叫作第二类永动机
B．第二类永动机违反了能量守恒定律，所以不可能制成
C．第二类永动机不可能制成，说明机械能可以全部转化为内能，内能却不可能全部转化为机械能
D．第二类永动机不可能制成，说明机械能可以全部转化为内能，内能却不可能全部转化为机械能，同时不引起其他变化
【答案】AD
【解析】根据第二类永动机的定义可知A正确；第二类永动机不违反能量守恒定律，但是违反热力学第二定律，B错误；内能在引起其他变化时可能全部转化为机械能，C错误，D正确．
变式2 根据你学过的热学中的有关知识，判断下列说法正确的是 ( )
A．机械能可以全部转化为内能，内能也可以全部用来做功转化成机械能
B．第一类永动机违背热力学第一定律，第二类永动机违背热力学第二定律，都不可以制造出来
C．凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，在传热中，热量只能从高温物体传递给低温物体，而不能从低温物体传递给高温物体
D．随着科技不断进步，热机的效率能达到100%
【答案】B
【解析】机械能可以全部转化为内能，内能也可以用来做功转化成机械能，但后者会引起其他变化，且不能全部转化成机械能，因为任何物体内能都不会为0，A错误；第一类永动机违背热力学第一定律，第二类永动机违背热力学第二定律，都不可以制造出来，B正确；根据热力学第二定律可知，凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，在传热中，热量只能自发地从高温物体传递给低温物体，但在一定条件下也能从低温物体传递给高温物体，C错误；尽管科技不断进步，但热机的效率也不能达到100%，D错误．
小练 随堂巩固
1．对热力学第一定律和第二定律的理解，下列说法正确的是 ( )
A．热量不能由低温物体传递到高温物体
B．外界对物体做功，物体的内能必定增加
C．内能不能全部转化为机械能，同时不引起其他变化
D．机械能不能全部转化为内能
【答案】C
【解析】根据热力学第二定律可知，热量不能自发地由低温物体传递到高温物体，但在一定条件下，热量可以由低温物体传递到高温物体，例如电冰箱的工作过程，故A错误；根据热力学第一定律，物体内能的变化量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和，B错误；内能不能全部转化为机械能，同时不引起其他变化，是热力学第二定律的表述形式之一，C正确；机械能可以全部转化为内能，D错误．
2．关于热力学定律，下列说法正确的是 ( )
A．在一定条件下物体的温度可以降到0 K
B．物体从单一热库吸收的热量可全部用于做功
C．吸收了热量的物体，其内能一定增加
D．压缩气体总能使气体的温度升高
【答案】B
【解析】绝对零度只能无限趋近，永远无法达到，A错误；物体从单一热库吸收的热量可以全部用来对外做功，只不过会引起其他变化，B正确；由热力学第一定律可知，内能的变化决定于做功和热传递两个方面，所以吸收了热量的物体，其内能不一定增加，C、D错误．
3．下列说法正确的是 ( )
A．在一房间内，打开一台冰箱的门，再接通电源，过一段时间后，室内温度就会降低
B．从目前的理论看来，只要实验设备足够高级，可以使温度降低到－274 ℃
C．第二类永动机是不能制造出来的，尽管它不违反热力学第一定律，但它违反热力学第二定律
D．机械能可以自发地全部转化为内能，内能也可以全部转化为机械能而不引起其他变化
【答案】C
【解析】在房间内，打开一台冰箱的门，再接通电源，电流做功电能转化为热能，室内温度会升高，A错误；－274 ℃低于绝对零度，是不可能达到的，B错误；第二类永动机不违反能量守恒定律，违反了物理过程的方向性，C正确；机械能可以自发地全部转化为内能，但不可能从单一热源吸收热量全并将这热量变为功，而不产生其他影响，D错误．
4．(多选)采用涡轮增压技术可提高汽车发动机效率．将涡轮增压简化为以下两个过程，一定质量的理想气体首先经过绝热过程被压缩，然后经过等压过程回到初始温度，则 ( )
A．绝热过程中，气体分子平均动能增加
B．绝热过程中，外界对气体做负功
C．等压过程中，外界对气体做正功
D．等压过程中，气体内能不变
【答案】AC
5．压缩空气储能(CAES)是一种利用压缩空气来储存能量的新型储能技术，绝热压缩空气储能方式是压缩空气并将产生的热能储存在各种介质当中，比如混凝土、石头、矿洞矿石中等．需要发电的时候让压缩空气推动发电机工作，这种方式能够将压缩空气储能的效率提升．对于上述过程的理解，下列说法正确的是 ( )
A．绝热压缩空气，分子平均动能不变
B．绝热压缩空气，温度升高，气体内能一定增大
C．该方式能够将压缩空气储能的效率提升到100%
D．压缩空气推动发电机工作，是气体对外做功，内能增大
【答案】B
【解析】绝热压缩空气前后，外界对气体做功，根据热力学第一定律，内能增大，温度升高，分子平均动能增大，A错误，B正确；压缩空气储能的过程涉及热运动的能量转换过程，任何转换过程效率都不可能达到100%，C错误；压缩空气膨胀推动发电机工作，是气体体积增大对外做功，根据热力学第一定律可知，内能减少，D错误．
6．(多选)根据热学中的有关知识，下列说法正确的是 ( )
A．一切符合能量守恒定律的宏观过程都能发生
B．空调的工作过程表明，热量可以由低温物体向高温物体传递
C．因为内能无法全部用来做功转化成机械能而不引起其他变化，所以热机效率一定不能达到百分之百
D．第二类永动机不违背能量守恒定律，当人类科技水平足够先进时，第二类永动机可以被制造出来
【答案】BC
【解析】热运动的宏观过程会有一定的方向性，符合能量守恒定律的宏观过程并不能都真的发生，根据热力学第二定律，不可能从单一热源取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响，所以机械能可以全部转化为内能，而内能无法全部用来做功以转换成机械能，A错误，C正确；空调的工作过程表明，热量可以由低温物体向高温物体传递，B正确；第一类永动机违背能量守恒定律，第二类永动机不违背能量守恒定律，而是违背了热力学第二定律，第二类永动机不可能制造出来，D错误．
课后提升训练
考点1 对热力学第二定律的理解
1．下列说法正确的是 ( )
A．静止的物体没有内能
B．根据热力学第二定律可知，机械能不可能全部转化为物体的内能
C．根据热力学第二定律可知，热量不可能从高温物体传给低温物体
D．物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变
基础对点练
【答案】D
【解析】物体的内能与物体的物质的量、温度、体积以及物态有关，与物体是否静止无关，静止是物体的宏观的运动状态，A错误；根据热力学第二定律可知，机械能可以全部转化为物体的内能，B错误；根据热力学第二定律可知，热量不可能从低温物体传到高温物体而不引起其他的变化，C错误；根据热力学第一定律可知，物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变，D正确．
2．(2025年阳江期末)下列对能量理解正确的是 ( )
A．能量在被利用的过程中，可利用的效率不变
B．能量转化遵守能量守恒定律
C．能量可以凭空消失
D．自然界中的能量在不断减少
【答案】B
【解析】机械能可以全部转化为内能，而内能不可能全部用来做功以转化为机械能，因此能量在被利用的过程中，可利用的效率是不同的，A错误；由能量转化守恒定律可知，能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变．因此能量转化遵守能量守恒定律，B正确，C错误；由能量守恒定律可知，自然界中的能量不会减少，D错误．
考点2 对第二类永动机的理解
3．(多选)下列说法正确的是 ( )
A．第二类永动机和第一类永动机一样，都违背了能量守恒定律
B．第二类永动机违背了能量转化的方向性
C．自然界中的能量是守恒的，所以不用节约能源
D．自然界中的能量尽管是守恒的，但有的能量便于利用，有的不便于利用，所以要节约能源
【答案】BD
【解析】第一类永动机违背了能量守恒定律，第二类永动机违背了热力学第二定律，但并不违背能量守恒定律，A错误；第二类永动机违背了热力学第二定律，即违背了能量转化的方向性，B正确；自然界中的能量是守恒的，但能够被人类使用的能源不断减少(能源的品质降低)，所以节约能源非常有必要，C错误，D正确．
4．(2025年茂名期末)下列有关热学现象的说法正确的是 ( )
A．双手互相摩擦发热的现象是用热传递的方法来改变物体内能的
B．在散热的条件下被压缩的气体内能一定增加
C．第二类永动机不违反热力学第二定律，只违反热力学第一定律
D．宏观与热现象有关的自发的物理过程都是不可逆的
【答案】D
【解析】双手互相摩擦发热的现象是用做功的方法来改变物体内能的，A错误；由热力学第一定律ΔU＝W＋Q知，在散热的条件下被压缩的气体内能不一定增加，B错误；第二类永动机不违反热力学第一定律，只违反热力学第二定律，C错误；宏观与热现象有关的自发的物理过程都是不可逆的，D正确．
5．(2025年深圳期末)海底火山活跃的海域，火山附近的海水会受到加热形成水蒸气从而产生气泡．当气泡浮上水面的过程中温度下降，压强减小，体积减小．该过程中水蒸气可视作理想气体．下列关于该过程说法正确的是 ( )
A．水蒸气上升过程中吸收热量
B．水蒸气分子的平均动能增大
C．水蒸气放出的热量大于其减小的内能
D．该过程违反了热力学第二定律
综合提升练
【答案】C
【解析】根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，气体温度下降，故内能减小，即ΔU＜0，体积减小可以判断外界对气体做功，故W＞0，因此Q必须为负，故放出热量，A错误；水蒸气的温度下降，故分子平均动能减小，B错误；根据热力学第一定律，因外界对气体做功，故水蒸气放出的热量大于其减小的内能，C正确；该过程不单是从热源吸热并用于做功，同时也引起了海水重力势能变化，故没有违反热力学第二定律，D错误．
6．一辆汽车的发动机输出功率为66.15 kW，每小时耗柴油14 kg，请计算发动机的效率．(柴油的燃烧值为4.3×107 J/kg)
解：发动机每小时做的功
W＝Pt＝66 150 W×3 600 s＝2.38×108 J，
完全燃烧14 kg柴油放出的能量
Q总＝4.3×107 J/kg×14 kg＝6.02×108 J，
有用功的能量Q有＝W＝2.38×108 J，
发动机的效率是39.5%．(共50张PPT)
第三章 热力学定律
1 功、热和内能的改变
1．掌握从热力学角度认识内能的概念．了解焦耳的两个实验(重点)．2．知道做功与内能改变的转化关系，知道热传递的热量与内能变化的关系(重难点)．3．知道做功和热传递是改变内能的两种方式，且对改变系统内能是等效的(难点)．
课前 自主预习
功和内能
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：热功当量实验和探究焦耳定律实验．
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．
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增加量，即_________．
自身
状态
绝热
变化
ΔU＝W
热和内能
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．
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做功是内能与其他形式能的_________；热传递只是不同物体(或一个物体的不同部分)之间______________．
内能
ΔU＝Q
内能
转化
内能的转移
课堂 重难探究
对功和内能的理解
1．内能：物体的内能是指物体内所有分子的平均动能和势能之和．
(1)在微观上由分子数、分子热运动的剧烈程度和相互作用力决定，宏观上体现为物体的温度和体积，因此物体的内能是一个状态量．
(2)在系统不吸热也不放热的绝热过程中，内能发生变化的原因是做功，伴随的能量转化是外界的能量与系统自身的能量发生了转化，系统自身的能量称为内能．
(3)造成系统内能变化的量与做功方式无关，与做功的数量有关．
(4)内能是状态量，由它的状态、温度、体积、质量决定．
2．(1)做功与内能变化的关系：当系统从某一状态经过绝热过程达到另一状态时，内能的增加量ΔU就等于外界对系统所做的功W，用式子表示为ΔU＝U2－U1＝W．
(2)系统内能的改变量ΔU只与初、末状态的内能U1和U2有关，与做功的过程、方式无关．
(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，并不意味着外界对它做功多，在绝热过程中，只有体积变化较大时，对应着做功多．
例1 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
【答案】C
【解析】焦耳通过多次实验，最后得到的结论是：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，故选C．
变式1 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．当对活塞施加一竖直向下的压力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，则被密封的气体 ( )
A．温度升高，压强增大，内能减少
B．温度降低，压强增大，内能减少
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】C
对热和内能的理解
1．热传递
(1)热量从高温物体传递到低温物体，或从物体的高温部分传递到低温部分，叫作热传递．
(2)热传递的三种方式：热传导、热对流和热辐射．
2．比较改变内能的两种方式
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 3．热量和内能的理解
(1)热量的概念只有在涉及能量传递时才有意义，因此不能说物体具有多少热量，只能说物体吸收或放出了多少热量．
(2)当系统与外界只发生热传递时，系统吸收多少热量，系统内能就增加多少；系统放出多少热量，系统内能就减少多少．
例2 如图所示，太阳能热水器是一种能够将太阳的光能转化为内能的装置．这种装置可以使装置内的水温度升高，这种改变水的内能的方式是 ( )
A．做功 B．热传递
C．既有做功也有热传递 D．电流的热效应
【答案】B
【解析】太阳能热水器是通过热传递的方式将水加热，B正确．
变式2 如图为利用钨锅炼铁的情境．若铁的质量大于钨锅的质量，起始时铁的温度比钨锅的温度低，当它们接触在一起时，忽略它们和外界交换的能量，下列说法正确的是 ( )
A．达到热平衡时，钨锅的温度比铁的低
B．热传递的过程中，铁块从钨锅吸收热量
C．达到热平衡时，钨锅内能的减少量小于铁内能的增加量
D．达到热平衡时，由于铁的质量大于钨锅的质量，钨锅内能的减少量大于铁内能的增加量
【答案】B
【解析】达到热平衡时，钨锅的温度和铁的温度相同，A错误；热传递的过程中，铁块从钨锅吸收热量，B正确；达到热平衡时，根据能量守恒定律可知钨锅内能的减少量等于铁内能的增加量，C、D错误．
小练 随堂巩固
1．下列属于内能发生转移的过程是 ( )
A．摩擦生热 B．电流做功产生电热
C．安培力做功 D．热传递
【答案】D
【解析】摩擦生热属于做功的方式实现机械能变成内能，A错误；电流做功产生电热属于做功的方式改变内能，B错误；安培力做功属于做功的方式改变内能，C错误；热传递属于热量在物体间传递，D正确．
2．在绝热过程中，外界压缩气体做功20 J，下列说法正确的是 ( )
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
【答案】A
【解析】做功的过程是能量转化的过程，在绝热过程中，做多少功，内能就增加多少，A正确．
3．下列关于做功和传热的说法中，正确的是 ( )
A．做功和传热都能引起系统的内能改变
B．只要外界对物体做功，物体的内能就一定改变
C．传热的条件是物体间存在内能差
D．做功和传热改变物体内能的实质是一样的
【答案】A
【解析】做功和传热都能引起系统的内能改变，效果相同，但它们的实质不同，做功是其他形式的能和内能之间的转化，而传热是不同物体或一个物体的不同部分间内能的转移，A正确，D错误；因为热量交换情况未知，所以外界对物体做功，物体的内能不一定改变，B错误；传热的条件是物体间存在温度差，而不是存在内能差，C错误．
4．下列现象中，属于通过热传递改变了物体内能的是 ( )
A．汽油机汽缸内气体被压缩
B．放在空气中的一杯热水会冷却
C．在转动的砂轮上磨车刀，车刀发热
D．电流通过电阻丝
【答案】B
【解析】热水放在空气中，通过热传递方式向外传递了热量，使自身的内能减少，温度降低．而汽油机汽缸内气体被压缩、在转动的砂轮上磨车刀，车刀发热以及电流通过电阻丝都是通过做功改变物体内能的，故选B．
5．礼花喷射器原理如图．通过扭动气阀可释放压缩气罐内气体产生冲击力，将纸管里填充的礼花彩条喷向高处，营造气氛．在喷出礼花彩条的过程中，罐内气体 ( )
A．温度保持不变
B．内能减少
C．分子热运动加剧
D．通过热传递方式改变自身的内能
【答案】B
【解析】高压气体膨胀对外做功，气体的内能转化为礼花的机械能，气体内能减少，温度降低，分子热运动减慢，A、C错误，B正确；气体对外做功，内能减少，这是通过做功的方式改变自身的内能，D错误．
课后提升训练
考点1 功和内能
1．(多选)如图所示，在演示做功可以改变气体内能的实验中，下列说法中正确的是 ( )
A．要缓缓地压下活塞，防止损坏圆筒
B．实验的研究对象是圆筒中的空气
C．观察到乙醚着火说明做功使棉花的内能增加了
D．应迅速压下活塞，减小热传递的影响
基础对点练
【答案】BD
【解析】为减小热传递的影响，应迅速下压活塞，快速下压活塞时，活塞对筒内的空气做功，将机械能转化为筒内空气的内能，使空气温度升高，说明做功可以改变物体的内能；筒内空气又将热量传递给棉花，当棉花温度达到着火点时，棉花将燃烧起来，所以棉花内能增加是通过热传递方式实现的，A、C错误；演示做功可以改变气体内能，是外力对空气做功，空气的内能增加；实验的研究对象是圆筒中的空气，B、D正确．
2．如图所示，在紫铜管内滴入乙醚，盖紧管塞．用手拉住绳子两端迅速往复拉动，管塞会被冲开．管塞被冲开前( )
A．外界对管内气体做功，气体内能增大
B．管内气体对外界做功，气体内能减小
C．管内气体内能不变，压强变大
D．管内气体内能增大，压强变大
【答案】D
【解析】克服绳与紫铜管间的摩擦做功，使管壁内能增大，温度升高．通过热传递，乙醚的内能增大，温度升高，直至沸腾，管塞会被冲开．管塞被冲开前管内气体内能增大，压强变大，D正确．
3．如图所示，绝热容器中间用隔板隔开，左侧装有气体，右侧为真空．现将隔板抽掉，使左侧气体自由膨胀直至达到平衡，则在此过程中(不计气体的分子势能) ( )
A．气体对外界做功，温度降低，内能减少
B．气体对外界做功，温度不变，内能不变
C．气体不做功，温度不变，内能不变
D．气体不做功，温度不变，内能减少
【答案】C
【解析】抽掉隔板后，气体膨胀，体积增大，但由于右侧为真空，所以气体自由膨胀不做功，因而内能不变，温度不变，C正确．
4．(多选)健身球是一个充满气体的大皮球，现把健身球放在水平地面上．若在人体压向健身球的过程中球内气体温度保持不变，其内部气体视为理想气体，则 ( )
A．气体分子的平均动能增大 B．气体的密度增大
C．气体的内能增大 D．外界对气体做功
【答案】BD
【解析】在人压向健身球的过程中，外界对球做功，气体所占的体积减小，故气体的密度增大；气体温度不变，故气体分子的平均动能不变，故A、C错误，B、D正确．
考点2 热和内能
5．两个物体之间发生了热传递，则一定是 ( )
A．内能大的物体向内能小的物体传递热量
B．比热容大的物体向比热容小的物体传递热量
C．含热量多的物体向含热量少的物体传递热量
D．一个物体的分子平均动能大于另一个物体的分子平均动能
【答案】D
【解析】两个物体之间发生了热传递，则两个物体间一定有温度差，即一个温度高一个温度低，而温度是物体分子平均动能的标志，故一定是一个物体的分子平均动能大于另一个物体的分子平均动能．
6．下列关于做功和热传递的说法正确的是 ( )
A．做功和热传递都能引起系统内能的改变
B．只要外界对物体做功，物体的内能就一定改变
C．热传递的条件是物体间存在内能差
D．做功和热传递改变物体内能的实质是一样的
【答案】A
【解析】做功和热传递都能引起系统内能的改变，效果相同，但它们的实质不同，做功是其他形式的能和内能之间的转化，而热传递是不同物体或一个物体的不同部分间内能的转移，A正确，D错误；因为热量交换情况未知，所以外界对物体做功，物体的内能不一定改变，B错误；热传递的条件是物体间存在温度差，而不是存在内能差，C错误．
7．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
【答案】B
【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，是通过摩擦力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．
8．如图所示，太阳能热水器是一种能够将太阳的光能转化为内能的装置．这种装置可以使装置内的水温度升高，这种改变水的内能的方式是 ( )
A．做功
B．热传递
C．既有做功也有热传递
D．电流的热效应
【答案】B
【解析】太阳能热水器是通过热传递的方式将水加热，B正确．
9．关于温度、内能和热量的说法中，正确的是 ( )
A．物体吸收热量时内能增加，温度一定升高
B．在汽油机的压缩冲程中，机械能转化为内能
C．用锯条锯木板，锯条从木板吸收了热量，锯条的温度升高
D．人们不敢大口喝热气腾腾的汤，是因为汤含有的热量较多
【答案】B
【解析】晶体熔化过程中，吸热内能增加但温度不变，A错误；汽油机在压缩冲程中把机械能转化为内能，使汽油和空气混合物的内能增加，温度升高，B正确；用锯条锯木板，摩擦生热，机械能转化成内能，锯条的温度升高，是通过做功的方式增加了锯条和木板的内能，C错误；热量是过程量，只能说吸收或放出多少热量，不能说含有多少热量，D错误．
10．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．用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动的过程中，下列说法不正确的是( )
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
综合提升练
【答案】D
【解析】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．对于甲室内的气体，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，气体对外界做功，内能应减小，D正确．
11．重庆出租车常以天然气作为燃料，加气站储气罐中天然气的温度随气温升高的过程中，若储气罐内气体体积及质量均不变，则罐内气体(可视为理想气体) ( )
A．压强增大，内能减小
B．吸收热量，内能增大
C．压强减小，分子平均动能增大
D．对外做功，分子平均动能减小
【答案】B
【解析】质量一定的理想气体，体积不变，温度升高，则内能增大，压强增大，A、C错误；体积不变、气体不做功，内能增大则吸收热量，B正确，D错误．
