第三章 第二、三节
一、选择题：在每小题给出的四个选项中，第1～4题只有一项符合题目要求，第5～9题有多项符合题目要求．
1．在恒温水池中，一个气泡缓缓向上升起，在上升过程中( )
A．气泡的体积不变，内能减少，放出热量
B．气泡的体积缩小，内能不变，放出热量
C．气泡的体积增大，内能不变，吸收热量
D．气泡的体积不变，内能增加，吸收热量
【答案】C [气泡缓慢上升过程，温度不变，内能不变，由于压强减少，体积增加，所以气体对外做功．又因为内能不变，所以气体吸收热量．]
2．(2018年江西名校一模)下列说法不正确的是( )
A．理想气体在某过程中从外界吸收热量，其内能可能减小
B．燃气由液态变为气态的过程中分子的分子势能增大
C．气体的温度升高时，分子的热运动变得剧烈，分子的平均动能增大，撞击器壁时对器壁的作用力增大，故气体的压强一定增大
D．一定质量的理想气体等温膨胀，一定吸收热量
【答案】C [理想气体在某过程中从外界吸收热量，若同时对外做功，其内能可能减小，故A正确；燃气气化的过程中吸收热量，温度不变，则分子的平均动能不变，分子势能增大，故B正确；根据理想气体的状态方程＝C可知，气体的温度升高时，若气体的体积同时增大，则气体的压强不一定增大，故C错误；一定质量的理想气体做等温膨胀的过程中，温度不变，则内能不变，而气体膨胀的过程中体积增大，对外做功，根据热力学第一定律可知，气体一定吸收热量，D正确．故选C．]
3．(2017年南充名校期末)关于热力学定律，下列说法正确的是( )
A．气体吸热后温度一定升高
B．对气体做功可以改变其内能
C．理想气体等压膨胀过程一定放热
D．热量不可能从低温物体传到高温物体
【答案】B [根据热力学第一定律，气体吸热的同时如果还对外界做功，其内能即温度不一定增大，故A错误；对气体做功可以改变其内能，故B正确；根据＝C，可知p不变V增大，则T增大，需要吸热，故C错误；在外界做功的情况下热量可以从低温物体传递到高温物体，故D错误．故选B．]
4．(2018年石景山一模)快递公司用密封性好、充满气体的塑料袋包裹易碎品，如图所示．假设袋内气体与外界没有热交换，当充气袋四周被挤压时，袋内气体( )
A．对外界做负功，内能增大 B．对外界做负功，内能减小
C．对外界做正功，内能增大 D．对外界做正功，内能减小
【答案】A [充气袋四周被挤压时，气体的体积减小，外界对气体做功，故气体对外界做负功，由于没有热交换，根据热力学第一定律得知气体的内能增大．故A正确，B、C、D错误．故选A．]
5．(2018年惠州模拟)如图所示，一定质量的理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后再回到状态A．其中，A→B和C→D为等温过程，B→C和D→A为绝热过程．该循环过程中，下列说法错误的是( )
A．A→B过程中，气体对外界做功，吸热
B．B→C过程中，气体分子的平均动能增加
C．C→D过程中，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数减少
D．D→A过程中，气体吸热
【答案】BCD [A→B过程中，体积增大，气体对外界做功，W＜0，气体等温变化，内能不变ΔU＝0，根据热力学第一定律知气体吸热，Q＞0，故A正确；B→C过程中，绝热膨胀，气体对外做功，内能减小，温度降低，气体分子的平均动能减小，故B错误；C→D过程中，等温压缩，体积变小，分子数密度变大，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多，故C错误；D→A过程中，绝热压缩，Q＝0，故D错误．故选BCD．]
6．下列过程属于热传递而使物体内能改变的是( )
A．用打气筒给自行车打气时，打气筒下部温度升高
B．太阳光照在物体上，物体温度升高
C．食品放入冰箱，温度降低
D．用铁锤连续打击物体使物体温度升高
【答案】BC [打气筒给自行车打气，打气筒下部温度升高是因为外部对气体做功，A选项错误；太阳通过热辐射的方式使物体温度升高，属于热传递，B选项正确；冰箱里温度低，食品把热量传递给冰箱里的空气，导致温度降低，C选项正确；铁锤打击物体是通过做功的方式改变物体的内能．]
7．如图所示，固定的导热汽缸开口向下，缸内活塞封闭了一定质量的理想气体，活塞可自由移动且不漏气，活塞下挂了一个沙桶，沙桶装满沙子时，活塞静止，然后在沙桶底部钻了一个小洞，让细沙慢慢地漏出，设汽缸外部的大气压强和温度恒定不变，则( )
A．缸内气体压强减小 B．缸内气体内能增加
C．外界对缸内气体做功 D．缸内气体放出热量
【答案】CD [细沙慢慢漏出的过程中，气体压强增大，体积减小，A选项错误；气体体积减小，外界对气体做功，C选项正确；由于汽缸导热，温度恒定不变，因此内能不变，缸内气体放出热量，D选项正确．]
8．如图所示为电冰箱的工作原理图．压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环，那么，下列说法正确的是( )
A．在冰箱外的管道中，制冷剂迅速膨胀并放出热量
B．在冰箱内的管道中，制冷剂迅速膨胀并吸收热量
C．在冰箱外的管道中，制冷剂被剧烈压缩并放出热量
D．在冰箱内的管道中，制冷剂被剧烈压缩并吸收热量
【答案】BC [制冷剂被压缩时，外界对其做功温度升高放出热量，在冰箱内制冷剂迅速膨胀，对外做功温度下降，从而吸收热量．故B、C正确．]
9．如图所示，带有活塞的汽缸中封闭一定质量的理想气体．将一个半导体NTC热敏电阻R(电阻R随温度的升高阻值减小)置于汽缸中，热敏电阻与容器外的电源E和电流表A组成闭合回路，汽缸和活塞具有良好的绝热(与外界无热交换)性能．若发现电流表的读数增大时，以下判断正确的是( )
A．气体一定对外做功 B．气体体积一定增大
C．气体内能一定增大 D．气体压强一定增大
【答案】CD [电流表读数增大，说明热敏电阻温度升高，由于汽缸绝热，故气体温度升高，则内能一定增大，C正确；气体压强也一定增大，D正确．]
二、非选择题
10．(2018年乐山模拟)下列说法正确的是________．
A．能源在利用过程中有能量耗散，这表明能量不守恒
B．物体的内能在宏观上只与其所处状态及温度有关
C．一辆空载的卡车停于水平地面，在缓慢装沙的过程中，若车胎不漏气，胎内气体温度不变，不计分子间势能，则胎内气体向外界放热
D．对于一定量的理想气体，如果压强不变，体积增大，那么它一定从外界吸热
E．当分子间作用力表现为斥力时，分子势能随分子间距离的减小而增大
【答案】CDE [能源在利用过程中有能量耗散，但能量是守恒的，故A错误；物体的内能在宏观上与温度、体积、物质的量有关，故B错误；不计分子势能，气体为理想气体，又因为温度不变，故内能变化量ΔU＝W＋Q＝0，装沙过程中轮胎受地面挤压力增大，导致体积V会变小，外界对气体做功W＞0，所以Q＝－W＜0，所以气体向外界放热，故C正确；对于一定量的理想气体，如果压强不变，体积增大，则由理想气体状态方程可知，温度一定增大，内能增大，同时气体对外做功，则由热力学第一定律可知，它一定从外界吸热，故D正确；当分子间作用力表现为斥力时，距离减小时分子力做负功，则分子势能随分子间距离的减小而增大，E正确．]
11．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，大气压强为1.013×105 Pa，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.
【答案】(1)169.7 J (2)2 263.8 J (3)2 094.1 J
解析：取1 g水为研究系统，把大气视为外界.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，系统要对外界做功．
(1)气体在等压(大气压)下膨胀对外界做功
W＝p(V2－V1)＝1.013×105×(1 676－1.043)×10－6 J≈169.7 J.
(2)由水的汽化热可得气体吸热
Q＝1×2 263.8 J＝2 263.8 J.
(3)根据热力学第一定律得
ΔU＝Q＋W＝2 263.8 J＋(－169.7) J＝2 094.1 J.
12．如图所示，一直立的汽缸用一质量为m的活塞封闭一定量的理想气体，活塞横截面积为S，汽缸内壁光滑且缸壁是导热的．开始活塞被固定，打开固定螺栓K，活塞下落，经过足够长时间后，活塞停在B点，已知AB＝h，大气压强为p0，重力加速度为g.
(1)求活塞停在B点时缸内封闭气体的压强；
(2)设周围环境温度保持不变，求整个过程中通过缸壁传递的热量Q(一定量理想气体的内能仅由温度决定)．
【答案】(1)p0＋ (2)(p0S＋mg)h
解析：(1)设封闭气体的压强为p，活塞受力平衡
p0S＋mg＝pS
解得p＝p0＋.
(2)由于气体的温度不变，则内能的变化ΔE＝0
由热力学第一定律ΔE＝W＋Q
可得放热Q＝(p0S＋mg)h.
13．如图所示，用轻质活塞在汽缸内封闭一定质量理想气体，活塞与汽缸壁间摩擦忽略不计，开始时活塞距汽缸底高度h1＝0.50 m．给汽缸加热，活塞缓慢上升到距离汽缸底h2＝0.80 m处，同时缸内气体吸收Q＝450 J的热量．已知活塞横截面积S＝5.0×10－3 m2，大气压强p0＝1.0×105 Pa.求：
(1)缸内气体对活塞所做的功W；
(2)此过程中缸内气体增加的内能ΔU.
【答案】(1)150 J (2)300 J
解析：(1)活塞缓慢上升，视为等压过程，则气体对活塞做功W＝FΔh＝p0SΔh＝150 J.
(2)根据热力学定律
ΔU＝W＋Q＝－150 J＋450 J＝300 J.
课件35张PPT。第二、三节 热力学第一定律
能量守恒定律1．(多选)(2018年宝鸡二模)关于物体的内能，下列说法正确的是( )
A．相同质量的两种物质，升高相同的温度，内能的增量一定相同
B．物体的内能改变时温度不一定改变
C．内能与物体的温度有关，所以0 ℃的物体内能为零
D．分子数和温度相同的物体不一定具有相同的内能
E．内能小的物体也可能将热量传递给内能大的物体【答案】BDE [质量相同，但物体的物质的量不一定相同，故物体升高相同的温度时，内能的增量不一定相同，故A错误；物体的内能取决于物体的温度、体积以及物态等，物体的内能改变时温度不一定改变，比如晶体熔化的过程中内能增大而温度不变，故B正确；一切物体在任何温度下都具有内能，所以0 ℃的物体仍然有内能，故C错误；物体的内能取决于物体的温度、体积以及物态等，所以分子数和温度相同的物体不一定具有相同的内能，故D正确；物体的内能取决于物体的温度、体积以及物态等，内能小的物体的温度可以比内能大的物体的温度高，所以内能小的物体也可能将热量传递给内能大的物体，故E正确．]2．(2017年江苏二模)某同学做了如下实验：先把空烧瓶放入冰箱冷冻，取出后迅速用一个气球紧套在烧瓶颈上，再将烧瓶放进盛满热水的烧杯里，气球胀大起来，如图所示，与烧瓶放进热水前相比，放进热水后密闭气体的( )
A．内能减小
B．分子平均动能增大
C．分子对烧瓶底的平均作用力变小
D．体积是所有气体分子的体积之和
【答案】B [由于热水的温度较高，将烧瓶放进盛满热水的烧杯里，气体吸收了热水的热量，温度升高，内能增大，故A错误；由于温度升高，所以分子的平均动能增大，故B正确；由于外界压强不变，气球胀大(张力变大)，则气体压强变大，分子对瓶底的平均作用力变大，故C错误；气体分子体积很小，故对应的气体体积不是分子体积之和，故D错误．故选B．]
3．(2017年南宁名校期末)做功和热传递是等效的，这里指的是( )
A．它们能使物体改变相同的温度
B．它们能使物体改变相同的内能
C．它们能使物体增加相同的热量
D．它们本质上是相同的
【答案】B [做的功与传递的热量相等时，物体内能的改变是相等的，由于不同的物体的比热不同，质量也可能不同，温度的改变不一定相同，故A错误；改变物体内能的方法有两种：做功和热传递．两种方法对改变物体的内能来说是等效的，即做的功与传递的热量相等时，物体内能的改变是相等的，故B正确；做的功与传递的热量相等时，物体内能的改变是相等的，不能说一定增加相等的热量，故C错误；做功是把其他形式的能量转化为内能，而热传递是物体之间内能的转移，二者本质不同，故D错误．故选B．]
4．(2017年西安名校期中)关于物体的内能，下列说法正确的是( )
A．一壶热水的内能一定比一湖冷水的内能大
B．当温度等于0 ℃时，分子动能为零
C．分子间距离为r0时，分子势能为零
D．温度相等的氢气和氧气，它们的分子平均动能相等
【答案】D [物体内能与温度、体积以及物质的量有关；一湖水的物质的量远大于一壶水，故壶中水虽然温度度，但内能不一定大于湖中冷水，故A错误；物体在任何温度下都具有内能，故B错误；分子势能的零势能面是任意设定的，若设无穷远处为零，则分子间距离为r0时，分子势能为小于零，故C错误；温度是分子平均动能的标志，相同温度下，分子的平均动能相等，故D正确．故选D．]一、热力学第一定律
1．改变内能的方式：________和________．
2．功和内能的关系：若物体不存在热传递，当________对它做功时，它的内能_________，关系式为W＝________；若物体对外做功，则W<0，ΔU<0，表明内能________．做功 热传递 外界 增加 ΔU 减少 3．热传递和内能的关系：若物体既不对外做功，外界对物体也不做功，当物体从外界吸收热量Q时，它的内能________．关系式为Q＝________；若物体向外放出热量，则Q<0，ΔU<0，表明内能________．
4．热力学第一定律
物体与外界之间同时存在做功和热传递的过程，物体内能的增加量ΔU与____________做功W、____________吸热Q的关系：ΔU＝________．增加 ΔU 减少 外界对物体 物体从外界 W＋Q 对于一个绝热过程，外界对物体做功20 J，物体内能改变了多少？对于一个无做功的过程，若外界对物体传递20 J的热量，物体内能改变了多少？20 J的功能否等于20 J的热量？
【答案】无论外界对物体做功20 J，还是外界给物体传递20 J的热量，物体内能都是增加20 J，说明做功和热传递对改变内能是等效的，不能说20 J的功等于20 J的热量，因功与热量具有本质区别．
二、能的转化与守恒定律
1．定律内容
能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，它只能从一种形式_______为另一种形式，或者从一个物体________到另一个物体，在转化或转移的过程中其总量不变，这就是能量守恒定律．
转化 转移
2．定律的意义
(1)能的转化与守恒定律是自然界的普遍规律，热力学第一定律是能的转化与守恒定律在________________这一特定过程中的具体体现．
(2)一切违背能的转化与守恒定律的过程都是不可能实现的，能的转化与守恒定律证明永动机____________．改变物体内能 不可能制成 有一种所谓“全自动”机械手表，既不需要上发条，也不用任何电源，却能不停地走下去．这是不是一种永动机？如果不是，你知道维持表针走动的能量是从哪儿来的吗？
【答案】不是永动机，手表戴在手上，手运动的能量一部分转化为手表的能量． 对热力学第一定律的理解
3.判断是否做功的方法
一般情况下外界对物体做功与否，需看物体的体积是否变化．
(1)若物体体积增大，表明物体对外界做功，W<0；(特例：真空膨胀时W＝0)
(2)若物体体积变小，外界对物体做功，W>0．
4．几种特殊情况
(1)若过程是绝热的，则Q＝0，W＝ΔU，外界对物体做的功等于物体内能的增加．
(2)若过程中不做功，即W＝0，则Q＝ΔU，物体吸收的热量等于物体内能的增加．
(3)若过程的始末状态物体的内能不变，即ΔU＝0，则W＋Q＝0或W＝－Q． 例1 一定质量的理想气体在某一过程中，外界对气体做功 7.0×104 J，气体内能减少1.3×105 J，则此过程________．(填选项前的编号)
①气体从外界吸收热量2.0×105 J ②气体向外界放出热量2.0×105 J ③气体从外界吸收热量2.0×104 J ④气体向外界放出热量6.0×104 J
题眼直击：热力学第一定律．解题流程：
答案：②
【题后反思】要正确理解符号法则，弄清正负号所代表的物理意义，(此处正负号不再代表大小)把每个物理量的正负确定出来，代入热力学第一定律表达式即可求解．1．(多选)(2018年茂名模拟)4只充满理想气体的相同气球平放在木板上，气球上放一轻质塑料板．将一重物放在轻质塑料板中间位置(球内气体温度视为不变)，则球内气体( )
A．压强变大，体积变小
B．压强变小，体积变大
C．内能不变，从外界吸热
D．内能不变，对外界放热1．对能量守恒定律的理解
(1)某种形式的能量减少，一定有其他形式的能量增加，且减少量和增加量一定相等．
(2)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．
能量守恒定律
2．能量的存在形式及相互转化
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．
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．与某种运动形式对应的能是否守恒是有条件的，例如：物体的机械能守恒，必须是只有重力做功；而能量守恒定律是没有条件的，它是一切自然界现象都遵守的基本规律．
4．能量守恒定律的重要意义：能量守恒定律比机械能守恒定律更普遍，它是物理学中解决问题的重要思维方法．能量守恒定律与细胞学说、生物进化论一起列为19世纪的三大发现．
5．第一类永动机
(1)定义：不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功．
(2)不可能制成的原因：违背了能量守恒定律．
特别提醒：在应用能量守恒定律分析问题时，应注意：
(1)哪种形式的能量减少，哪种形式的能量增加．
(2)哪个物体的能量减少，哪个物体的能量增加． 例2 一铁球从高H处由静止落到地面上，回弹速率是落地速率的一半，设撞击所转化的内能全部使铁球温度升高，则铁球的温度升高多少？(设铁的比热容为c，各物理量取国际制单位)
【题后反思】有关能量守恒定律的问题，首先应明确题目中涉及哪几种形式的能量，其次分析哪种能量增加了，哪种能量减少了，确定研究的系统后，用能量守恒观点求解． 例3 如图所示，皮带的速度是3 m/s，两圆心距离l＝4.5 m．现将m＝1 kg的小物体轻放到左轮正上方的皮带上，物体与皮带间的动摩擦因数为μ＝0.15，电动机带动皮带将物体从左轮运送到右轮正上方时，电动机因传送物体多消耗的电能是多少？答案：9 J2．如图所示，一个小铁块沿半径为R＝0.2 m的半球内壁自上缘由静止下滑，当滑至半球底部时，速度为1 m/s，设此过程中损失的机械能全部转化为内能，并有40%被铁块吸收．已知铁的比热容c＝0.46×103 J/(kg·℃)，重力加速度g取10 m/s2.求铁块升高的温度．
【答案】1.3×10－3 ℃
