(共49张PPT)
5.6.热力学第二定律的微观解释
能源和可持续发展
一、热力学第二定律的微观解释
1．有序和无序 宏观态和微观态
(1)有序：一个系统的个体按某种确定的 ，有顺序地排列称为有序．
(2)无序：一个系统的个体分布没有确定的 ，分布是随意的，称为无序．
(3)宏观态：一个系统整体所处的状态就叫做宏观态．
(4)微观态：宏观态系统内 的不同分布状态就叫做微观态．
规则
规则
对应
2．气体向真空的扩散
一切自然过程总是沿着分子热运动的 增大的方向进行．
3．熵
(1)定义式：S＝klnΩ，式中S表示熵，k表示 ，Ω表示微观态的 ．
(2)意义：表示系统内分子运动 的量度．
(3)熵增加原理：在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会 ．
无序性
玻耳兹曼
常量
数目
无序性
减小
二、能源和可持续发展
1．能量耗散与品质降低
(1)能量耗散
①能量耗散：有序度较高(集中度较高)的能量转化为 ，流散到环境中无法重新收集起来加以利用的现象．
②能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中的自发变化过程具有 ．
内能
方向性
(2)能量品质降低
①各种形式的能量向内能的转化，是微观领域内由无序程度较小的状态向无序程度较大的状态转化，是能够自动发生、全额发生的．
②内能向机械能的转化过程，由热力学第二定律知道，这种转化是有条件的，即环境中必须存在着温度差，而且内能不能全额转化为机械能．
③因此，从可被利用的价值来看，内能相对于机械能、电能等，是一种低品质的能量．
2．能源与人类社会发展
(1)能源是社会存在与发展永远不可或缺的必需品，是国民经济运行的物质基础，它与材料、信息构成现代社会的三大支柱．
(2)能源科技的每一次突破，都带来了生产力的巨大飞跃和社会的进步．
3．能源与环境
能源种类：煤、 、天然气等常规能源
环境问题：温室效应、 、光化学烟雾
石油
酸雨
4．开发新能源
(1)化石能源的短缺和利用常规能源带来的环境污染，使得新能源的开发成为当务之急．
(2)新能源主要有下列几种：
①太阳能
② .
③风能
④水(河流、潮汐)能
太阳能、风能、水能是清洁能源
生物质能
一、热力学第二定律的微观意义的理解
1．有序、无序的含义
“无序”意味着各处一样、平均、没有差别，而有序则正好相 反．
2．熵的含义
“有序”和“无序”是相对而言的，是从有序程度上讲的，熵是宏观态无序程度的量度，熵越高，意味着宏观态所对应的微观态数目越多，即越无序，熵越低即越有序．
3．热力学第二定律的微观解释
高温物体和低温物体中的分子都在做无规则的热运动，但是高温物体中分子热运动的平均速率要大于低温物体．所以在高温物体分子与低温物体分子的碰撞过程中，低温物体分子运动的剧烈程度会逐渐加剧，即低温物体的温度升高了．而高温物体分子运动的剧烈程度会减缓，即高温物体的温度降低了．所以从宏观热现象角度来看，热传递具有方向性，总是从高温物体传给低温物体．换一种角度看，初始我们根据温度的高低来区分两个物体，而终了状态两个物体上的温度处处相同，无法区别，我们就说系统的无序程度增加了．
同理可知，在通过做功使系统内能增加的过程中，自然过程是大量分子从有序运动状态向无序运动状态转化的过程．
4．热力学第二定律的微观意义
第二定律揭示了涉及热现象的一切宏观的自然过程都只能在一个方向上发生，而不会可逆地在相反的方向上出现，它指出在能量得以平衡的众多过程中，哪些可能发生，哪些不可能发生．自然界涉及热现象的一切宏观过程都是不可逆的，宏观自发过程的这种方向性(熵增加的方向)，也就成为时间的方向性．所以，“熵”又常常被称为“时间箭头”．
关于热力学第二定律的微观意义，下列说法正确的是( )
A．大量分子无规则的热运动能够自动转变为有序运动
B．热传递的自然过程是大量分子从有序运动状态向无序运动状态转化的过程
C．热传递的自然过程是大量分子从无序程度小的运动状态向无序程度大的运动状态转化的过程
D．一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行
解析： 分子热运动是大量分子的无规则运动，系统的一个宏观过程包含着大量的微观状态，这是一个无序的运动，根据熵增加原理，热运动的结果只能使分子热运动更加无序，而不是变成了有序，热传递的自然过程从微观上讲就是大量分子从无序程度小的运动状态向无序程度大的运动状态转化的过程，故选C、D.
答案： CD
二、能源的分类与应用
能源分
类方法 能源分
类名称 特点 举例
按形成
或转换
特点分 一次
能源 自然形成，未经加工 太阳能、风能、地热能、核能、潮汐能
二次
能源 由一次能源经加工转换而成 焦炭、木炭、蒸汽、液化气、酒精、汽油、电能
按利用
技术分 常规
能源 已大规模正常使用 煤、石油、天然气、水能
新能源 正在开发，或有新的利用方式 太阳能、核能、地热能、海洋能、沼气、风能
能源分
类方法 能源分
类名称 特点 举例
按可否
再生分 可再生能源 可循环使用、不断补充 水能、风能、生物质能、地热能
不可再生
能源 短期内无法转换获得 煤、石油、天然气、核燃料
按对环
境污染
情况分 清洁能源 对环境基本上没有污染 太阳能、海洋能、风能、水能
污染能源 会严重污染环境 化石燃料(煤、石油、天然气)
【特别提醒】 大量能量的使用不会使能的总量减少，却会导致能量品质的降低，将能量从高度有用的形式降为不大可用的形式，所以要节约能源．
以下说法正确的是( )
A．煤、石油、天然气等燃料的最初来源可追溯到太阳能
B．汽油是一种清洁能源
C．水能是可再生能源
D．煤、石油等常规能源是取之不尽、用之不竭的
解析： 煤、石油、天然气等是动植物转化成的，其来源可追溯到太阳能，A对；汽油燃烧会引起一些化合物的产生，导致有毒气体的生成，B错；水源是可再生能源，C对；煤、石油等存量是有限的，是不可再生能源，D错．
答案： AC
◎ 教材资料分析
〔思考与讨论〕——教材P67
下面这些过程中，能量的“归宿”在哪里？
流水带动水磨做功，什么能转化成了什么能？流水的机械能最终将转化为什么能？传说中，三国时代的猛张飞站在当阳桥前一声吼，“喝断了桥梁水倒流”，吼过之后静下来，他的声能最终转化为什么能？
日光灯把教室照得如同白昼，关灯后满屋漆黑．原先的光能最终将转化为什么能？
把电炉接入电路，电能表转得飞快，表明消耗着电能．这些电能最终将转化为什么能？
燃烧过程中燃料的化学能要释放出来．这些化学能最终将转化为什么能？
【点拨】 流水带动水磨做功，水的动能转化为水磨的机械能，最后转化为内能．声能转化为水的内能．日光灯原先的光能转化为内能．电炉接入电路，电能最后转化为内能．燃料燃烧释放出来的能量最终转化为内能.
以一副扑克牌为例，下列关于有序和无序，宏观态和微观态的认识中不正确的是( )
A．按黑桃、红桃、草花、方块的顺序，而且从大到小将扑克牌排列起来，扑克牌这时是有序的
B．将扑克牌按偶数和奇数分成两部分，扑克牌是无序的，每部分内部是有序的
C．一副扑克牌，这就是一个宏观态，将牌洗动一次就是一个微观态
D．一副扑克牌按偶数和奇数分成两部分，这是一个宏观态，它是一副扑克牌对应的一个微观态
E．一副扑克牌按偶数和奇数分成两部分，这是一个宏观态，从偶数部分抽出一张插入到奇数部分，它是该宏观态对应的一个微观态
解析： A中扑克牌的排列是有确定规则的，是有序的，A正确．
B中将扑克牌按奇、偶分成两部分，是有确定规律的，是有序的，每部分内部排列是没有规则的，是无序的，B不正确．
一副扑克牌是一个系统，是一个宏观态．洗动一次，系统内部排列不同，是这副扑克牌宏观态对应的一个微观态，C正确．
将一副扑克牌分成奇、偶两部分，构成一个系统，是一个宏观态，同时，它又是一副扑克的一种排列形式，是一副扑克牌这一宏观态对应的一个微观态，D正确．
从偶数部分中抽出一张插入奇数部分中，不再对应于按奇偶分成两部分的扑克牌这一宏观态，也不再是该宏观态对应的一个微观态，可以当做是一副扑克牌这一宏观态对应的微观态，E错误．
答案： BE
【反思总结】 热力学第二定律是一个统计规律：一个孤立系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展，而熵值较大代表着较多无序，所以自发的宏观过程总是向无序程度更大的方向发展．热力学第二定律的适用范围：
(1)热力学第二定律是一个统计规律，只对有大量分子所组成的系统才适用；
(2)不能把热力学第二定律推广到浩瀚的宇宙中去，因为宇宙不是一个孤立的系统．
【跟踪发散】 1－1：关于气体向真空中扩散的规律的叙述中正确的是( )
A．气体分子数越少，扩散到真空中的分子全部回到原状态的可能性越大
B．气体分子数越多，扩散到真空中的分子全部回到原状态的可能性越大
C．扩散到真空中的分子在整个容器中分布越均匀，其宏观态对应的微观态数目越大
D．气体向真空中扩散时，总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行
解析： 气体分子向真空中扩散时，分子数越少，分子全部分布于原状态下即全部回到原状态的概率越大；分子数越多，分子全部分布于原状态下即全部回到原状态的概率越小，则A正确、B错误．扩散到真空中的分子在整个容器中均匀分布的概率最大，即其宏观态对应的微观态最多，并且这一宏观态的无序性最强，C、D正确．
答案： ACD
关于能源的开发和利用，下列观点正确的是( )
A．无节制地利用能源，是一种盲目的短期行为
B．根据能量守恒定律，能源是取之不尽、用之不竭的
C．能源的开发和利用，必须同时加强对环境的保护
D．不断开发新能源，是缓解能源危机的主要途径
解析：
答案： ACD
【跟踪发散】 2－1：下列供热方式最有利于环境保护的是( )
A．用煤做燃料供热
B．用石油做燃料供热
C．用天然气或煤气做燃料供热
D．用太阳能灶供热
解析： 煤、石油、天然气等燃料的利用，使人类获得大量的内能．但由于这些燃料中含有杂质以及燃烧的不充分，使得废气中含粉尘、一氧化碳、二氧化硫等物质污染了大气．而太阳能是一种无污染的能源，应大力推广，故答案应选D.
答案： D
1．下面关于热力学第二定律微观意义的说法正确的是( )
A．从微观的角度看，热力学第二定律是一个统计规律
B．一切自然过程总是沿着分子热运动无序性减小的方向进行
C．有的自然过程沿着分子热运动无序性增大的方向进行，有的自然过程沿着分子热运动无序性减小的方向进行
D．在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小
解析： 系统的热力学过程就是大量分子无序运动状态的变化，从微观角度看，热力学第二定律是一个统计规律，所以A对．热力学第二定律的微观意义是“一切自然过程总是沿着分子热运动无序性增大的方向进行”，所以B、C均错．D是在引入熵之后对热力学第二定律微观意义的描述，D对．
答案： AD
2．下列对能量耗散的理解正确的有( )
A．能量耗散说明能量在不断减少
B．能量耗散遵守能量守恒定律
C．能量耗散说明能量不能凭空产生，但可以凭空消失
D．能量耗散从能量角度反映出自然界的宏观过程具有方向性
解析： 在发生能量转化的宏观过程中，其他形式的能量最终会转化为流散到周围环境的内能，无法再回收利用，这种现象叫能量耗散．能量耗散并不违反能量守恒定律，宇宙的能量既没有减少，也没有消失，它只从能量角度反映出自然界的宏观过程具有方向性，故A、C错，B、D对．
答案： BD
3．导致大气中CO2浓度增加的主要原因是( )
A．大量植物和生物物种灭绝
B．大量燃料如石油、煤炭、天然气等的燃烧
C．人口剧增，呼出的二氧化碳增多
D．自然因素破坏了地球环境生态平衡
解析： 从生活实际出发，应该知道现代社会的工业、生活等会消耗大量的煤、石油、天然气等化石燃料，它们在燃烧过程中会产生大量的二氧化碳，这些二氧化碳直接排入大气中，导致大气二氧化碳浓度增加．
答案： B
4．能源利用的过程实质上是( )
A．能量的消失过程
B．能量的创造过程
C．能量的转化和转移过程
D．能量的转化、传递并且逐渐消失的过程
解析： 能源利用的过程是做功或热传递的过程，前者是能量的转化，后者是能量的转移．
答案： C
5．关于能源的开发和利用，下列观点不正确的是( )
A．能源是有限的，无节制的利用能源，是一种盲目的短期行为
B．根据能量守恒定律，能源是取之不尽、用之不竭的
C．能源的开发和利用，必须同时加强对环境保护
D．不断开发新能源，是缓解能源危机、加强环境保护的主要途径
解析： 化石能源的资源是有限的，因此要开发和利用新能源，同时加强环境保护，故选B.
答案： B
6．煤、石油、天然气和生物质能资源的能量形成和转换利用过程基本上是( )
A．太阳能辐射→化学能→热能
B．太阳能辐射→机械能→电能
C．生物质能→电能→化学能→热能
D．太阳能辐射→机械能→化学能
解析： 太阳能辐射转化成了煤、石油、天然气等的化学能，在对这些能源利用的过程中，又把它们的化学能转化成了热能．
答案： A
7．下列哪些现象属于能量耗散( )
A．利用水流能发电转化为电能
B．电能通过灯泡中的电阻丝转化为光能
C．电池的化学能转化为电能
D．火炉把房子烤暖
解析： 能量耗散是指其他形式的能转化为内能，最终流散在周围环境中无法重新收集并加以利用的现象，能够重新收集并加以利用的能不能称能量耗散．本题中的电能、光能都可以重新收集并加以利用，如用光作能源的手表等．只有当用电灯照明时的光能被墙壁吸收之后变为周围环境的内能，才无法重新收集并加以利用，但本题没有告诉这光能用来做什么，故不能算能量耗散．只有火炉把房子烤热后使燃料的化学能转化成内能并流散在周围的环境中，无法重新收集并加以利用，才是能量耗散．
答案： D
8．根据热力学第二定律，下列判断正确的是( )
A．热机中燃气的内能不可能全部变成机械能
B．电流的能不可能全部变成内能
C．在火力发电机中，燃气的内能不可能全部变成电能
D．在热传递中，热量不可能自发地从低温物体传递给高温物体
解析： 凡是与热现象有关的宏观热现象都具有方向性，无论采用任何设备和手段进行能量转化，总是遵循“机械能可全部转化为内能．而内能不能全部转化为机械能”，故A正确．火力发电机发电时．能量转化的过程为内能→机械能→电能，因为内能→机械能的转化过程中会对外放出热量，故燃气的内能必然不能全部变为电能，C正确．热量从低温物体传递到高温物体不能自发进行，必须借助外界的帮助．结果会带来其他影响，这正是热力学第二定律第一种表述的主要思想，故D正确．由电流热效应中的焦耳定律可知，电流的能可以全部转化为内能，故B错误．
答案： ACD(共19张PPT)
做功和传热是改变物体内能的两种方式，它们在改变物体的内能上是等效的，但它们的本质不同：做功是其他形式的能和内能之间的转化，传热则是物体间内能的转移．理解时应注意以下两点：
1．存在温度差是发生传热的必要条件，热量是传热过程中物体内能的改变量，热量与物体内能的多少、温度的高低无关．
2．机械能是描述物体机械运动状态的量，而内能是描述物体内部状态的量，两者没有直接关系，但可以相互转化．
当把打足气的车胎内的气体迅速放出时，会发现车胎气嘴处的温度明显降低，这是因为在这个过程中( )
A．气体对外做功，同时向外传递热量
B．气体对外做功，车胎内气体温度降低，从外界吸热
C．外界对气体做功，车胎内气体向外传递热量
D．外界对车胎内气体做功，同时向车胎内气体传递热量
解析： 气体迅速放出时，体积增大，对外做功，同时温度降低，从外界吸热，使气嘴处温度降低．
答案： B
1．热力学第一定律
热力学第一定律揭示了内能的增量(ΔU)与外界对物体做功(W)与物体从外界吸热(Q)之间的关系，即ΔU＝Q＋W，正确理解公式的意义及符合的含义是解决此类问题的保证．
(1)外界对物体做功，W>0；物体对外界做功，W<0.
(2)物体从外界吸热，Q>0；物体放出热量，Q<0.
(3)ΔU>0，物体的内能增加；ΔU<0，物体的内能减少．
【特别提醒】 (1)只有绝热过程Q＝0，ΔU＝W，用做功可判断内能变化．
(2)只有在气体体积不变时，W＝0，ΔU＝Q，用吸热放热情况可判断内能的变化．
(3)若物体内能不变，即ΔU＝0，则W＝－Q，功和热量符号相反，大小相等．因此判断内能变化问题一定要全面进行考虑．
2．能量守恒定律
(1)能量守恒定律内容：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其总量保持不变．
能量守恒定律是自然界普遍适用的规律，不同形式的能可以相互转化，但总能量守恒．
(2)永动机不可能制成
第一类永动机：不消耗任何能量，却可以源源不断地对外做功，这种永动机违背了能量守恒定律，是不可能制成的．
下列关于分子运动和热现象的说法正确的是________(填入正确选项前的字母)．
A．气体如果失去了容器的约束就会散开，这是因为气体分子之间存在势能的缘故
B．一定量100 ℃的水变成100 ℃的水蒸气，其分子之间的势能增加
C．对于一定量的气体，如果压强不变，体积增大，那么它一定从外界吸热
D．如果气体分子总数不变，而气体温度升高，气体分子的平均动能增大，因此压强必然增大
E．一定量气体的内能等于其所有分子热运动动能和分子之间势能的总和
F．如果气体温度升高，那么所有分子的速率都增加
气体分子总数不变，温度升高，平均动能增大，因体积变化不知，故压强变化未知，D错；内能是指所有分子热运动动能和分子间势能的总和，E正确；温度升高是大量分子的平均速率增加而不是所有的分子速率都增加，F错．
答案： BCE
1．热力学第二定律的两种表述
(1)热传导具有方向性：热量不能自发地从低温物体传到高温物体．
(2)机械能与内能转化的方向性：不可能从单一热源吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响．
2．热力学第二定律的微观意义
(1)一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行．
(2)用熵来表示热力学第二定律：在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小．
热力学第二定律常见的表述有两种．
第一种表述：不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化；第二种表述：不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化．图甲是根据热力学第二定律的第一种表述画出的示意图：外界对制冷机做功，使热量从低温物体传递到高温物体．请你根据第二种表述完成示意图乙．根据你的理解，热力学第二定律的实质是________．
解析： 第二种表述的意思是：热机吸收热量，对外做功，同时把热量传给低温物体．其表述示意图如图所示．其实质是：一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性．
答案： 其表述示意图如图所示 一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性
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知能综合检测卷(共51张PPT)
1．2.功和内能 热和内能
一、功和内能
1．焦耳的实验
(1)绝热过程：系统不从外界 热量，也不向外界 热量的过程．
(2)代表实验
①重物下落带动叶片搅拌容器中的水，引起水温 ．
②通过电流的热效应给水加热．
(3)结论：在各种不同的绝热过程中，系统状态变化相同，则外力所做的功相同，与做功的方式 关．
吸收
放出
上升
无
2．内能
(1)内能的概念
①内能是描述热力学系统 的物理量．
②在绝热过程中 可以改变热力学系统所处的状态．
(2)内能的变化
绝热过程中做功与内能的变化关系：ΔU W.
外界对系统做功，W为 ，系统对外界做功，W为 ．
自身状态
做功
＝
正
负
二、热和内能
1．热传递
热量总是自发地由 物体向 物体传递．
2．热量和内能的变化
(1)关系描述：热量是在单纯的热传递过程中 变化的量度．
(2)公式表达： .
高温
低温
系统内能
ΔU＝Q
一、功和内能的关系
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，只有内能变化越大时，对应着做功越多．
用下列方法改变物体的内能，属于做功方式的是( )
A．搓搓手会感到手暖和些
B．汽油机汽缸内被压缩的气体
C．车刀切下的炽热铁屑
D．物体在阳光下被晒热
解析： 搓手时克服摩擦力做功，机械能转化为内能，A正确；汽缸压缩气体，对气体做功，B正确；车刀切削钢件，克服摩擦力做功，机械能转化为内能，使切下的铁屑温度升高，也是通过做功使内能发生改变，C正确；物体在阳光下被晒热，不是外力做功改变物体内能，D错误．
答案： ABC
二、热和内能的关系
1．热传递
(1)热传递的三种方式：热传导、热对流和热辐射．
(2)热传递的条件：存在温度差．
2．热传递改变物体的内能的实质
内能从一个物体转移到另一个物体或者从一个物体的高温部分转移到低温部分，在这个过程中，吸收热量的物体内能增加；放出热量的物体内能减少，内能转移的多少由热量来量度，即ΔU＝Q.
3．做功和传热在改变物体内能上的区别与联系
比较项目 做功 传热
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的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
下列关于做功和热传递的说法中正确的是( )
A．做功和热传递的实质是相同的
B．做功和热传递在改变物体内能上是等效的
C．做功和热传递是对同一过程中的两种说法
D．做功和热传递是不可能同时发生的
解析： 做功和热传递在改变物体内能上是等效的，但本质不同．做功是将其他形式的能量转化为内能或将内能转化为其他形式的能量；热传递是内能的转移．且做功和热传递可以同时进行，故B选项正确．
答案： B
三、“温度”“热量”“功”“内能”四个量之间的区别与联系
比较项 区别 联系
热量和内能 热量是传热过程中的物理量．热量对应状态变化的过程，而内能对应一个状态 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，可以通过传热和做功两种方式来完成
热量和温度 热量是系统内能变化的量度，而温度是系统内部大量分子做无规则热运动的激烈程度的标志．虽然传热的前提是两个系统之间要有温度差，但是传递的是热量，不是温度 传热过程中放出的热量多少与温度差有一定的关系
比较项 区别 联系
热量
和功 用做功来改变系统的内能，是系统内分子随整体的有序运动转化为另一系统的分子的无规则运动的过程，是机械能或其他形式的能和内能之间的转化过程．
用传热来改变系统的内能，是将分子的无规则运动从一个系统转移到另一个系统，这种转移就是系统间内能转换的过程 热量和功都是系统内能变化的量度，都是过程量，一定量的热量还与一定量的功相当，热量可以通过系统转化为功，功也可以通过系统转化为热量
关于温度、热量、功、内能，以下说法正确的是( )
A．同一物体温度高时，含有的热量多
B．物体的内能越大，含有的热量就越多，温度也越高
C．外界对系统做功W，内能必定增加W
D．热量总是自发地从温度高的物体传给温度低的物体
解析： 同一物体温度高时，内能大，只有热传递过程转移的内能才能称为热量，A错．B错；在热传递过程中，热量从温度高的物体传给温度低的物体，D对；只有在绝热过程中ΔU＝W，C错．
答案： D
◎ 教材资料分析
〔演示〕——教材P50
压下活塞，观察筒底物品的变化
在有机玻璃筒底放置少量易燃物，例如硝化棉，或浸过乙醚的棉花、火柴头等．迅速压下筒中的活塞，观察筒底物品的变化．
这个实验说明了什么？
【点拨】 这个实验说明了什么？
解析： 这个实验说明了活塞对气体做了功，气体内能增加．活塞对气体做功，气体温度增加，浸过乙醚的棉花着火点很低，因此燃烧起来．
〔做一做〕——教材P51
如图所示，大口玻璃瓶内有一些水，水的上方有水蒸气，向瓶内打气，当瓶塞跳出时，观察瓶内的变化．
观察瓶塞跳出时瓶内的变化
我们研究的是瓶塞跳出的过程，而研究的对象，即“系统”是什么？在瓶塞跳出的过程中，是外界在对系统做功还是系统在对外界做功？这个过程中系统的内能有什么变化？你从什么现象推断出它的内能发生了变化？
【点拨】 当瓶塞跳出时，我们会发现瓶内的瓶口处有“白雾”产生．我们所选的研究对象是瓶内水面上方的水蒸汽，在瓶塞跳出的过程中，是系统膨胀对外界做功，在这个过程中系统的内能减少，瓶内的瓶口处的“白雾”实际上是瓶内的水蒸汽液化形成的无数小液滴，水蒸汽液化过程中内能减少.
关于物体的内能，以下说法正确的是( )
A．物体的内能和物体的机械能是一回事
B．当物体的机械能为零时，其内能一定不为零
C．温度是物体内能的标志
D．内能指某个分子的动能和势能之和
解析： 物体内能是所有分子无规则热运动所具有的分子总动能和分子相互作用所具有的分子总势能之和，内能和物体有无机械能没有关系．因此A项不正确．温度是分子平均动能的标志．所以C项不正确．内能是物体所有分子动能和势能之和，所以D项不正确．答案为B.
答案： B
【反思总结】 物体的内能是指物体内所有分子的动能与分子势能之和，在微观上与分子数、分子热运动剧烈程度和分子间距离有关，宏观上与质量、温度和体积有关，是一个状态量．
【跟踪发散】 1－1：关于系统内能的下列说法中正确的是( )
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．一个物体当它的机械能发生变化时，其内能也一定发生变化
C．外界对系统做了多少功W，系统的内能就增加多少，即ΔU＝W
D．系统从外界吸收了多少热量Q，系统的内能就增加多少，即ΔU＝Q
解析： 在分子动理论中，我们把物体内所有分子的动能与分子势能的总和定义为物体的内能，A对．物体的内能与机械能是两个不同的物理概念，两者没有什么关系，如物体的速度增加了，机械能可能增加，但如果物体的温度不变，物体的内能就可能不变，故B错．只有当系统与外界绝热时，外界对系统做的功才等于系统内能的增量，同理，只有在单纯的热传递过程中，系统吸收(或放出)的热量才等于系统内能的增量(或减量)，故C、D错．
答案： A
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，则在将拉杆缓慢向外拉的过程中( )
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
思路点拨： 绝热过程只有做功改变物体的内能，外界对气体做功，内能增加；气体对外界做功，内能减少．
解析： 接触面是绝热面，拉动拉杆，对乙部分气体来讲，气体推动活塞对活塞做功，内能减小，温度降低；对甲部分气体来讲，活塞压缩气体做功，内能增加．答案为D.
答案： D
【反思总结】 分析绝热过程的方法
(1)在绝热的情况下，若外界对系统做正功，系统内能增加，ΔU为正；若系统对外界做正功，系统内能减少，ΔU为负值，此过程做功的多少为转化为内能多少的量度．
(2)在绝热过程中，内能和其他形式的能一样也是状态量，气体的初、末状态确定了，即在初、末状态的内能也相应地确定了，内能的变化ΔU也确定了，而功是能量转化的量度，所以ΔU＝W，即W为恒量，这也是判断绝热过程的一种方法．
【跟踪发散】 2－1：一定质量的气体经历一缓慢的绝热膨胀过程．设气体分子间的势能可忽略，则在此过程中( )
A．外界对气体做功，气体分子的平均动能增加
B．外界对气体做功，气体分子的平均动能减少
C．气体对外界做功，气体分子的平均动能增加
D．气体对外界做功，气体分子的平均动能减少
解析： 绝热过程是指气体膨胀过程未发生热传递，膨胀过程气体体积增大，外界对气体做的功W<0，由ΔU＝U2－U1＝W可知，气体内能减小．由于气体分子间的势能忽略，故气体分子的平均动能减小．故D正确．
答案： D
关于物体的内能和热量，下列说法中正确的是( )
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．热量是热传递过程中内能转移的量度
解析： 物体的内能由温度、体积、及物体的质量决定，不只由温度决定，故A、B错；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，所以完全有可能内能大的物体的内能继续增大，内能小的物体的内能继续减小，故C项错；关于热量的论述，D项是正确的．
答案： D
【反思总结】 做功和热传递是改变物体内能的两种方式，功和热量是内能变化的量度，注意它们之间的联系和区别．
【跟踪发散】 3－1：关于热量和物体内能变化的关系下列说法正确的是( )
A．物体吸收热量内能一定增大
B．物体的内能增大一定是吸收了热量
C．热量可以从内能小的物体向内能大的物体传递
D．热量只能从内能大的物体向内能小的物体传递
解析： 改变物体的内能有两种方式，做功和热传递，物体吸收热量的同时如果物体对外做了功，内能不一定增大，故A错，同理物体内能增大也可能是外界对物体做功引起的．故B选项错．物体间发生热传递的条件是存在温度差，而物体内能的大小不仅与温度有关，还与物质的量和体积有关，内能小的物体温度如果比内能大的物体温度高，热量就会从内能小的物体向内能大的物体传递．故C选项正确D选项错误．
答案： C
1．关于物体间的传热，下列说法正确的是( )
A．传热的实质是温度的传递
B．物体间存在着温度差，才能发生传热
C．传热可以在任何情况下进行
D．物体内能发生改变，一定是吸收或放出了热量
解析：
答案： B
2．关于物体内能的变化，以下说法正确的是( )
A．物体的温度改变时，其内能一定改变
B．对物体做功，其内能一定改变；物体向外传出热量，其内能一定改变
C．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
D．若物体与外界不发生热交换，则物体的内能一定不改变
解析：
答案： C
选项 个性分析 综合点评
A错误 一定质量的物体，其内能是由物体的温度和体积共同决定的，当物体的温度改变时，如果其体积也同时发生相应的变化，则它的内能可以保持不变 可以引起内能变化的方式有两种：做功和传热，它们在改变物体的内能上是等效的
B错误 做功和传热都可以改变物体的内能，但如果对物体做功W，同时物体放出热量Q，且Q＝W，则物体的内能可以不变；同理，如果物体放出热量Q，同时外界对物体做劝W，且W＝Q，则物体的内能也可以不变
C正确
D错误 物体与外界不发生热交换，但对物体做功也能改变物体内能
3．(2010·福建高考)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，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
解析： 由F对密闭的气体做正功，容器及活塞绝热，则Q＝0，由功和内能的关系知理想气体内能增大，T升高，再根据pV/T＝C，V减小，p增大，故选C.
答案： C
4．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： 绝热过程中，做功的过程是能量转化的过程，做了多少功，就有多少内能发生变化．
答案： A
5．如图所示为焦耳实验装置简图，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，使水温升高．关于这个实验，下列说法正确的是( )
A．这个装置可测定热功当量
B．传热增加了水的内能
C．做功增加了水的内能
D．功和热量是完全等价的，无区别
解析： 该实验测定做功和内能变化的关系，可以测定热功当量，A正确；该实验过程是绝热过程，没有传热，内能的改变是由做功引起的，B错误，C正确，做功表示能量的转化，而热量表示传热过程中内能的转移，二者有区别，D错误．
答案： AC
6．对于热量、功和内能三者的下列说法中正确的是( )
A．三者单位相同，物理意义相同
B．热量和功是内能的量度
C．热量和功由过程决定，而内能由物体状态决定
D．系统内能增加了100 J，可能是外界采用绝热方式对系统做功100 J，也可能是外界单纯地对系统传热100 J
解析： 热量、功和内能三者尽管单位相同，但物理意义有本质区别，A错．热量和功由过程决定，内能由物体状态决定，热量和功是内能变化的量度，C对，B错．对一个绝热过程ΔU＝W＝100 J，对一个单纯热传递过程ΔU＝Q＝100 J，D对．
答案： CD
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4.热力学第二定律
一、热力学第二定律的一种表述
1．热传导的方向性
(1)凡是实际的过程，只要涉及热现象，都有特定的 性；这些过程可以自发地朝某个 进行，而相反的过程．即使不违背能量守恒定律，它们也不会 地进行．
(2)一切与热现象有关的宏观自然过程都是 的．
2．热力学第二定律的一种表述
热量不能 地从低温物体传到高温物体．这是热力学第二定律的克劳修斯表述，阐述的是 的方向性．
方向
方向
自发
不可逆
自发
传热
二、热力学第二定律的另一种表述
1．热机
(1)热机工作的两个阶段
第一个阶段是 ，把燃料中的 变成工作物质的内能．
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 与燃料产生的 的比值．用公式表示为η＝ .
燃烧燃料
化学能
做功
机械能
机械功
热量
2．开尔文表述：不可能从 吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响．(即机械能与内能转化具有方向性)．
单一热源
一、热力学第二定律理解中的几个问题
1．单一热库：指温度均匀并且恒定不变的系统．若一系统各部分温度不相同或者温度不稳定，则构成机器的工作物质可以在不同温度的两部分之间工作，从而可以对外做功．据报道，有些国家已在研究利用海水上下温度不同来发电．
2．其他影响：指除了从单一热库吸收的热量，以及所做的功以外的其他一切影响；或者除了从低温物体吸收热量、高温物体得到相同的热量外，其他一切影响和变化．不是不能从单一热库吸收热量而对外做功，而是这样做的结果，一定伴随着其他变化或影响．同样，也不是热量不能从低温物体传到高温物体，而是指不产生其他影响的自动热传递是不可能的．
3．关于“不可能”：实际上热机或制冷机系统循环终了时，除了从单一热库吸收热量对外做功，以及热量从低温热库传到高温热库以外，过程所产生的其他一切影响，不论用任何曲折复杂的办法都不可能加以消除．
4．两种表述是等价的
如果克劳修斯表达不成立，则开尔文表述也不成立．
5．热力学第二定律的实质
热力学第二定律的每一种描述，都揭示了大量分子参与宏观过程的方向性，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．
二、热力学第一、第二定律的比较及两类永动机的比较
1．热力学第一定律与热力学第二定律的比较
规律
区别
联系 热力学第一定律 热力学第二定律
区别 热力学第一定律是能量守恒定律在热力学中的体现，否定了创造能量和消灭能量的可能性，从而否定了第一类永动机 热力学第二定律反映了一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的，从而否定了第二类永动机
联系 两定律都是热力学基本定律，分别从不同角度揭示了与热现象有关的物理过程所遵循的规律，二者相互独立，又相互补充，都是热力学的理论基础
2.两类永动机的比较
比较项 第一类永动机 第二类永动机
设计
要求 不消耗任何能量，可以不断地对外做功(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
关于两类永动机和热力学的两个定律，下列说法正确的是( )
A．第二类永动机不可能制成是因为违反了热力学第一定律
B．第一类永动机不可能制成是因为违反了热力学第二定律
C．由热力学第一定律可知做功不一定改变内能，传热也不一定改变内能，但同时做功和传热一定会改变内能
D．由热力学第二定律可知热量从低温物体传向高温物体是可能的，从单一热源吸收热量，完全变成功也是可能的
解析：
答案： D
【反思总结】 第一类永动机违反能量守恒定律，第二类永动机不违反能量守恒定律，但违反热力学第二定律．热力学第一定律是能量守恒定律的一种具体形式，而热力学第二定律反映的是热现象的方向性．
◎ 教材资料分析
〔思考与讨论〕
地球上海水的总质量达1.4×1021 kg.如果把这些海水的温度降低1 ℃，放出的热量就达9×1018 kW·h，足够全世界使用4 000年．这个设想不违背能量守恒定律，但是不能实现，所以叫做第二类永动机．前面学到的，违背能量守恒定律的永动机，叫做第一类永动机．
学过热力学第二定律之后，你能说出为什么不能制成第二类永动机吗？
【点拨】 虽然第二类永动机不违反能量守恒定律，大量的事实证明，在任何情况下热机都不可能只有一个热源，热机要不断地把吸取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源．
根据热力学第二定律分析，下列说法中正确的是( )
A．热量能够从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高温物体
B．热量能够从高温物体传到低温物体，也可以从低温物体传到高温物体
C．机械能可以全部转化为内能，但变化的内能不可以全部转化为机械能
D．机械能可以全部转化为内能，变化的内能也可以全部转化为机械能
解析：
答案： BD
选项 个性分析
A错误 根据传热的规律可知，热量可以自发地从高温物体传到低温物体，但不能自发地(不需要外界帮助)从低温物体传到高温物体。但是如果借助外界的帮助．热量可以从低温物体传到高温物体
B正确
C错误 机械能可以全部转化为内能(如一个运动物体克服摩擦力做功而最终停止运动时，机械能全部转化为内能)；在一定条件下，变化的内能也可以全部转化为机械能，如理想气体在等温膨胀过程中，将吸收来的热量全部用来做功
D正确
【反思总结】 热量可以从高温物体传到低温物体．也可以从低温物体传到高温物体，只不过前者能自发地进行，后者必须借助外界的帮助；机械能可以全部转化为内能，而内能要全部转化为机械能，肯定会引起其他变化
【跟踪发散】 1－1：关于永动机和热力学定律的讨论，下列叙述正确的是( )
A．第二类永动机违反能量守恒定律
B．如果物体从外界吸收了热量，则物体的内能一定增加
C．外界对物体做功，则物体的内能一定增加
D．做功和热传递都可以改变物体的内能，但从能量转化或转移的观点来看这两种改变方式是有区别的
解析： 第二类永动机违反热力学第二定律，并不是违反能量守恒定律，故A错．据热力学第二定律ΔU＝Q＋W知内能的变化由做功W和热传递Q两个方面共同决定，只知道做功情况或只知道传热情况无法确定内能的变化情况，故B、C项错误．做功和热传递都可改变物体内能．但做功是不同形式能的转化，而热传递是同种形式能间的转移，这两种方式是有区别的，故D正确．
答案： D
如图所示为电冰箱的工作原理示意图．压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环．在蒸发器中制冷剂汽化吸收箱体内的热量，经过冷凝器时制冷剂液化，放出热量到箱体外，下列说法正确的是( )
A．热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外
B．电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，是因为其消耗了电能
C．电冰箱的工作原理不违反热力学第一定律
D．电冰箱的工作原理违反热力学第一定律
解析： 热力学第一定律是热现象中内能与其他形式能的转化规律，是能的转化和守恒定律的具体表现，适用于所有的热学过程，故C正确，D错误；再根据热力学第二定律，热量不能自发地从低温物体传到高温物体，必须借助于其他系统做功．A错误，B正确，故选B、C.
答案： BC
【跟踪发散】 2－1：关于热现象和热学规律，下列说法中正确的是( )
A．随着低温技术的发展，我们可以使温度逐渐降低，并达到绝对零度，最终实现热机效率100%
B．热量是不可能从低温物体传递给高温物体的
C．第二类永动机遵守能量守恒定律故能制成
D．用活塞压缩汽缸里的空气，对空气做功2.0×105 J，同时空气向外界放出热量1.5×105 J，则空气的内能增加了0.5×105 J
解析： 绝对零度不可能达到，A错误；由热力学第二定律知，B、C错误；由热力学第一定律知，D正确．
答案： D
1．下列哪些物理过程具有方向性( )
A．热传导过程
B．机械能和内能的转化过程
C．气体的扩散过程
D．气体向真空中膨胀的过程
解析： 一切与热现象有关的自然现象都具有方向性，应选ABCD.
答案： ABCD
2．关于热传导的方向性，下列说法正确的是( )
A．热量只能由高温物体传给低温物体
B．热量能自发地由低温物体传给高温物体
C．在一定条件下，热量也可以从低温物体传给高温物体
D．热量一定不可能从低温物体传给高温物体
解析： 在有外力做功情况下，热量可以从低温物体传递给高温物体，而热量只能自发地从高温物体传给低温物体，故C选项正确．
答案： C
3．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．物体从单一热源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
解析： 热力学零度，即我们所说的－273.15 ℃，这个温度只能无限接近而不能达到，A错；由热力学第二定律知，物体不可能从单一热源吸收热量全部用来做功而不引起其他变化，换句话说，在引起其他变化的情况下，物体可以从单一热源吸收热量全部用来做功，所以B正确；根据热力学第一定律，ΔU＝W＋Q知，改变物体内能的方式是做功和热传递，所以物体吸收了热量或对物体做功其内能都不一定增加，故C、D错．
答案： B
4．下列宏观过程能用热力学第二定律解释的是( )
A．大米和小米混合后小米能自发地填充到大米空隙中而经过一段时间大米、小米不会自动分开
B．将一滴红墨水滴入一杯清水中，会均匀扩散到整杯水中，经过一段时间，墨水和清水不会自动分开
C．冬季的夜晚，放在室外的物体随气温的降低，不会由内能自发地转化为机械能而动起来
D．随着节能减排措施的不断完善，最终也不会使汽车热机的效率达到100%
解析： 热力学第二定律反映的是与热现象有关的宏观过程的方向性的规律，A不属于热现象，A错；由热力学第二定律可知B、C、D正确．
答案： BCD
5．关于热力学第一定律和热力学第二定律，下列论述正确的是( )
A．热力学第一定律指出内能可以与其他形式的能相互转化，而热力学第二定律则指出内能不可能完全转化为其他形式的能，故这两条定律是相互矛盾的
B．内能可以转化为其他形式的能，只是会产生其他影响，故两条定律并不矛盾
C．两条定律都是有关能量的转化规律，它们不但不矛盾，而且没有本质区别
D．其实，能量守恒定律已经包含了热力学第一定律和热力学第二定律
答案： BCD
6．随着世界经济的快速发展，能源短缺问题日显突出，近期油价不断攀升，已对各国人民的日常生活造成了各种影响，如排长队等待加油的情景已经多次在世界各地发生，能源成为困扰世界经济发展的重大难题之一，下列有关能量转化的说法中错误的是( )
A．不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他的变化
B．只要对内燃机不断改进，就可以把内燃机得到的全部内能转化为机械能
C．满足能量守恒定律的物理过程都能自发的进行
D．外界对物体做功，物体的内能必然增加
解析： 由热力学第二定律的开尔文表述可知A对．热机效率总低于100%，B错．满足能量守恒的过程未必能自发进行，任何过程一定满足热力学第二定律，C错．由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，W>0，ΔU不一定大于0，即内能不一定增加，D错．
答案： BCD
7．(2011·大纲全国卷·14)关于一定量的气体，下列叙述正确的是( )
A．气体吸收的热量可以完全转化为功
B．气体体积增大时，其内能一定减少
C．气体从外界吸收热量，其内能一定增加
D．外界对气体做功，气体内能可能减少
解析： 由热力学第二定律知，热量可以完全转化为功，但要引起其他变化，A选项对．由热力学第一定律ΔU＝W＋Q知，改变物体内能的两种方式是做功和热传递，B项只说明气体对外做功，没有考虑热传递；C项只说明气体从外界吸收热量，没有考虑做功情况，故B、C选项均错，D选项对．
答案： AD
8．如图所示是制冷机的工作原理图，试分析每个过程中工作物质的内能改变情况和引起改变的物理过程：
(1)工作物质的内能________，是________的过程；
(2)工作物质的内能________，是________的过程；
(3)工作物质的内能________，是________的过程．
解析： 在(1)中电动机推动活塞，压缩气体，对气体做功，内能增加，在(2)中，气体液化要放出热量，内能减小；在(3)中，是工作物质的汽化过程，要吸收热量，内能增加．
答案： (1)增加 做功 (2)减小 放热 (3)增加 吸热(共48张PPT)
3．热力学第一定律 能量守恒定律
一、热力学第一定律
1．定律内容：一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的 与外界对它所做的功的和．
2．数学表达式：ΔU＝ .
热量
Q＋W
二、能量守恒定律
1．能量守恒定律内容：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式 为另一种形式，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
能量转化守恒定律
三、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．第一类永动机不可能制成的原因：违背了 定律.
对外做功
能量守恒
一、对热力学第一定律的理解
1．热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种改变内能过程是等效的，而且给出了内能的变化量和做功与热传递之间的定量关系．此定律是标量式，应用时热量的单位应统一为国际单位制中的焦耳．
2．对公式ΔU＝Q＋W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，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，外界对物体做的功等于物体放出的热量．
【特别提醒】(1)应用热力学第一定律时要明确研究的对象是哪个物体或者是哪个热力学系统．
(2)应用热力学第一定律计算时，要依照符号法则代入数据．对结果的正、负也同样依照规则来解释其意义．
一定量的气体在某一过程中，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
解析： 本题主要考查热力学第一定律的应用，因为外界对气体做功，W取正值，即W＝8×104 J；内能减少，ΔU取负值，即ΔU＝－1.2×105 J；根据ΔU＝W＋Q，可知Q＝ΔU－W＝－1.2×105－8×104＝－2×105 J，即B选项正确．
答案： B
二、能量守恒定律的理解
1．能量的存在形式及相互转化
各种运动形式都有对应的能：机械运动对应机械能，分子的热运动对应内能，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．
2．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，它是一切自然现象都遵守的基本规律．
3．能量守恒定律的重要意义
(1)找到了各种自然现象的公共量度——能量，从而把各种自然现象用定量规律联系起来，揭示了自然规律的多样性和统一性．
(2)突破了人们关于物质运动的机械观念的范围，从本质上表明了各种运动形式之间相互转化的可能性．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．能量守恒定律与电子的发现、达尔文的进化论并称19世纪自然科学中三大发现，其重要意义由此可见．
(3)具有重大实践意义，即彻底粉碎了永动机的幻想．
4．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．
下列对能量的转化和守恒定律的认识不正确的是( )
A．某种形式的能量减少，一定存在其他形式能量的增加
B．某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加
C．不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——永动机是不可能制成的
D．石子从空中落下，最后停止在地面上，说明机械能消失了
解析： A选项是指不同形式的能量间的转化，转化过程中能量是守恒的．B选项是指能量在不同的物体间发生转移，转移过程中是守恒的．这正好是能量守恒定律的两个方面——转化与转移．任何永动机都是不可能制成的，它违背了能量守恒守律．所以A、B、C正确．D选项中石子的机械能在变化，比如受空气阻力作用，机械能可能减少，但机械能并没有消失，能量守恒定律表明能量既不会创生，也不会消失，故D是错的．
答案： D
◎ 教材资料分析
〔说一说〕——教材P56
如图所示是历史上有名的一种永动机的设计．从图上看，设计者为什么认为这个机器会永远运动下去？不用能量的概念，你能不能说明它不会永远运动下去？
【点拨】 这种永动机是在一个轮子的边缘等距地安装12根活动短杆，杆端分别套上一个重球．无论轮子转到什么位置，右边的各个重球总比左边的各个重球离轴心更远一些．设想，右边更大的作用特别是右边甩过去的重球作用在离轴较远的距离上，根据杠杆平衡原理可知，就会使轮子按照箭头所示的方向永不停息地旋转下去，至少转到轮轴磨坏时为止．但是，实际上轮子转动一两圈后就停了下来．在这种永动机的设计中，我们总可以找到一个平衡位置，在这个位置上，各个力恰好相互抵消，不再有任何推动力使它运动，永动机必然会在这个平衡位置上静止下来，成为不动机.
空气压缩机在一次压缩中，活塞对空气做了2×105 J的功，同时空气的内能增加了1.5×105 J，这一过程中空气向外界传递的热量是多少？
解析： 选择被压缩的空气为研究对象，根据热力学第一定律
有ΔU＝W＋Q.
由题意可知W＝2×105 J，ΔU＝1.5×105 J，代入上式得
Q＝ΔU－W＝1.5×105 J－2×105 J＝－5×104 J.
负号表示空气向外释放热量，即空气向外界传递的热量为5×104 J.
答案： 5×104 J
【反思总结】 应用热力学第一定律解题的一般步骤
(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)特别应注意的就是物理量的正负号及其物理意义．
【跟踪发散】 1－1：一定质量的气体，从状态A变化到状态B的过程中，内能增加了160 J，下列是关于内能变化的可能原因的说法，其中不可能的是( )
A．从A到B的绝热过程中，外界对气体做功160 J
B．从A到B的单纯传热过程中，外界对气体传递了160 J的热量
C．从A到B的过程中吸热280 J，并对外界做功120 J
D．从A到B的过程中放热280 J，外界对气体做功120 J
解析： 由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，A、B、C正确，D错误．
答案： D
[2011·山东卷·36(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1个标准大气压，1标准大气压相当于76 cmHg)
(1)求恒温槽的温度．
(2)此过程A内气体内能________(填“增大”或“减小”)，气体不对外做功，气体将________(填“吸热”或“放热”)．
答案： (1)91 ℃ (2)增大 吸热
【跟踪发散】 2－1：带有活塞的汽缸内封闭一定量的理想气体，气体开始处于状态a，然后经过过程ab到达状态b或经过过程ac到达状态c，b、c状态温度相同，如V－T图所示．设气体在状态b和状态c的压强分别为pb和pc，在过程ab和ac中吸收的热量分别为Qab和Qac，则(填入选项前的字母，有填错的不得分)( )
A．pb＞pc，Qab＞Qac
B．pb＞pc，Qab＜Qac
C．pb＜pc，Qab＞Qac
D．pb＜pc，Qab＜Qac
解析： 一定量的理想气体内能只与温度有关，从状态a到状态b，和到状态c，两过程温度升高相同，即内能增加相同，但b状态体积比a状态大，所以从a状态到b状态要对外界做功，由热力学第一定律知Qab＞Qac，由于b、c状态温度相同，由玻意耳定律，pb＜pc，故C正确．
答案： C
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，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多少．(g取10 m/s2，不考虑活塞受到的大气压力及摩擦阻力)
思路点拨：
绝热过程 → 外界对气体做功 → 内能增加 → ΔU＝W
解析： 由能量守恒定律可知，内能的增加等于活塞和物体重力势能的减少，ΔU＝ΔE＝(M＋m)gh＝(15＋5)×10×(50－40)×10－2 J＝20 J.
答案： 20 J
【跟踪发散】 3－1：水能不产生污染物，是一种清洁能源，位于美国和加拿大交界处的尼亚加拉瀑布流量可达每秒6 000 m3，而且一年四季流量稳定，瀑布落差为50 m．若利用这一资源发电，设其发电效率为50%，估算发电机的输出功率．(g取10 m/s2)
解析： 每秒流下的水的质量m＝ρV＝1×103×6 000 kg＝6×106 kg
减少的机械能E＝mgh＝6×106×10×50 J＝3×109 J
设发电机的输出功率为P，则由能量守恒定律可得Eη＝Pt
解得P＝3×109×50% W＝1.5×109 W.
答案： 1.5×109 W
1．第一类永动机是不可能制成的，这是因为永动机( )
A．不符合机械能守恒定律
B．违背了能量守恒定律
C．做功产生的热不符合热功当量
D．找不到合适的材料和合理的设计方案
解析： 第一类永动机是指不需要消耗任何能量就能对外做功的机器，因此第一类永动机不可能制成不是找不到合适的材料和合理的设计方案的问题，而是它不符合自然界中的能量守恒定律．故正确答案为B.
答案： B
2.图是密闭的气缸，外力推动活塞P压缩气体，对缸内气体做功800 J，同时气体向外界放热200 J．缸内气体的( )
A．温度升高，内能增加600 J
B．温度升高，内能减少200 J
C．温度降低，内能增加600 J
D．温度降低，内能减少200 J
解析： 由热力学第一定律W＋Q＝ΔU，代入数据解得：ΔU＝＋600 J，故气体内能增加600 J，同时可判定气体的温度一定升高，选A.
答案： A
3．(2011·广东卷·14)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
解析： M向下滑动的过程中，气体被压缩，外界对气体做功，又因为与外界没有热交换，所以气体内能增大．
答案： A
4．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，左右两室中分别充有一定量的氢气和氧气(视为理想气体)．初始时，两室中气体的温度相等，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．下列说法中正确的是( )
A．初始时氢分子的平均动能大于氧分子的平均动能
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
解析： 温度是分子平均动能大小的标志，初始时，氢气和氧气的温度相同，分子平均动能相同，A错误；汽缸绝热，气体与汽缸外部没有传热，汽缸内气体的内能不会变化，B错误；在刚松开固定拴时氢气膨胀，对氧气做功，氢气内能减小，温度降低，氧气内能增加，温度升高，由于隔板是导热的，热量从氧气传到氢气，直至温度相同，氧气的内能又减小，C、D正确．
答案： CD
5．对一定质量的气体，下列说法中正确的是( )
A．温度升高，压强一定增大
B．温度升高，分子热运动的平均动能一定增大
C．压强增大，体积一定减小
D．吸收热量，可能使分子热运动加剧、气体体积增大
答案： BD
6．(2010·江苏卷)在将空气压缩装入气瓶的过程中，温度保持不变，外界做了24 kJ的功．现潜水员背着该气瓶缓慢地潜入海底，若在此过程中，瓶中空气的质量保持不变，且放出了5 kJ的热量．在上述两个过程中，空气的内能共减小______kJ，空气______(选填“吸收”或“放出”)的总热量为________kJ.
解析： 由热力学第一定律ΔU＝W＋Q知气体放热Q1＝24 kJ但内能不变，第二过程放热Q2＝5 kJ，两过程内能减少5 kJ，两过程共放出热量Q＝Q1＋Q2＝29 kJ
答案： 5 放出
练考题、验能力、轻巧夺冠
