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　 第三章　热力学定律
1.热力学第一定律 2.能量守恒定律
题组一　改变物体内能的两种方式
1.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，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
2.如图所示的实验装置中，把浸有乙醚的一小块棉花放在厚玻璃筒内底部，当很快向下压活塞时，由于被压缩的气体骤然变热，温度升高达到乙醚的燃点，使浸有乙醚的棉花燃烧起来，此实验的目的是要说明对气体（　　）
A.做功可以增加气体的热量
B.做功可以改变气体的内能
C.做功一定会升高气体的温度
D.做功一定可以使物态发生变化
3.如图所示是焦耳在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.热量可由高温物体传递给低温物体
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
题组二　热力学第一定律的理解和应用
4.某班同学在中央公园进行的踏青活动中放飞气球，已知大气压强随高度增加而降低，假设气球在上升过程中温度不变。某同学观察一缓慢上升的气球（球内气体视为理想气体），球内气体在气球上升的过程中（　　）
A.内能增大 B.内能减小
C.从外界吸热 D.向外界放热
5.（多选）在飞机起飞的过程中，由于高度快速变化，会引起机舱内气压变化，乘客小周同学观察发现，在此过程中密封桶装薯片的薄膜盖子凸起，如图所示。若起飞前后桶内气体的温度保持不变，则下列关于桶内气体（可视为理想气体）的说法中正确的是（　　）
A.桶内气体压强p增大
B.桶内气体分子平均动能Ek不变
C.桶内气体从外界吸收热量
D.桶内气体对外做功，内能减小
6.如图所示，一定质量的理想气体从状态A开始，经历两个状态变化过程，先后到达状态B和C。两条虚线分别表示状态A和C的等温线。下列说法正确的是（　　）
A.气体在状态A的内能最大
B.气体在状态C的分子平均速率最大
C.A→B过程中，气体对外界做功，内能增加
D.B→C过程中，外界对气体做功，内能减小
题组三　能量守恒定律的理解和应用
7.最近网络上有人做了一个与电磁感应相关的实验，如图所示，此人把一个线圈放置在支架上，旁边放置一个磁铁，用手转动线圈后，线圈就会一直运动下去，演示得有板有眼。其实这是一种假象，我们应该用科学的物理观念认识此实验，很显然它违背了（　　）
A.法拉第电磁感应定律 B.电阻定律
C.欧姆定律 D.能量守恒定律
8.（多选）如图所示，小朋友坐在滑梯上匀速下滑，在这个过程中（　　）
A.小朋友的机械能逐渐转化为系统的内能，总能量不变
B.因为能量是守恒的，小朋友的机械能大小不变
C.系统内能是通过热传递方式改变的
D.由于摩擦，小朋友滑过的滑梯温度升高，分子的平均动能增大，但不是其中每一个分子的动能都增大
9.（多选）气象探测气球内充有常温常压的氦气，从地面上升至某高空的过程中，气球内氦气的压强随外部气压减小而逐渐减小，其温度因启动加热装置而保持不变。高空气温为－7.0 ℃，球内氦气可视为理想气体，下列说法中正确的是（　　）
A.在此过程，气球内氦气体积逐渐增大
B.在此高空，关闭加热装置后，氦气分子平均动能增大
C.在此高空，关闭加热装置后，氦气将对外界做功
D.在此高空，关闭加热装置后，氦气将对外放热
10.如图所示是某类潮汐发电示意图。涨潮时开闸，水由通道进入海湾水库蓄水，待水面升至最高点时关闭闸门（如图甲所示），当落潮时，开闸放水发电（如图乙所示）。设海湾水库面积为5.0×108 m2，平均潮差为3.0 m，一天涨落潮两次，发电的平均能量转化率为10％，则一天内发电的平均功率约为（ρ水取1.0×103 kg·m－3，g取10 m/s2）（　　）
A.2.6×104 kW B.5.2×104 kW
C.2.6×105 kW D.5.2×105 kW
11.干瘪的乒乓球在室外温度为270 K时，体积为V，球内压强0.9p0。为了让乒乓球鼓起来，将其放入温度恒为330 K热水中，经过一段时间后鼓起来了，体积恢复原状V，此过程气体对外做功为W0，球内的气体视为理想气体且不漏气，若乒乓球内气体的内能满足U＝kT（k为常量且大于零），求：
（1）恢复原状的乒乓球内气体的压强；
（2）干瘪的乒乓球恢复原状的过程中，乒乓球内气体吸收的热量。
1.热力学第一定律
2.能量守恒定律
1.B　高压气体膨胀对外做功，气体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，故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，故D错误。
2.B　当用力压活塞时，活塞压缩玻璃筒内的气体，对气体做功，气体的内能增加，温度升高，当达到乙醚着火点时，筒内棉花就会燃烧起来，此实验说明了外界对气体做功，气体的内能增加，故选B。
3.C　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，其余选项不是焦耳实验的结论，故选C。
4.C　理想气体的内能由温度决定，气球在上升过程中温度不变，则气球内的气体的内能不变，A、B错误；气球在上升过程中温度不变，根据玻意耳定律有p1V1＝p2V2，由于大气压强随高度增加而降低，则气球缓慢上升过程，气体的压强减小，体积增大，由于气体内能不变，体积增大，气体对外界做功，W取负值，根据ΔU＝W＋Q可知，Q取正值，即气体从外界吸热，C正确，D错误。
5.BC　依题意，起飞前后桶内气体的温度保持不变，在此过程中密封桶装薯片的薄膜盖子凸起，桶内气体体积增大，根据pV＝C可知，压强p减小，故A错误；由于桶内气体温度不变，则分子平均动能Ek不变，故B正确；由于桶内气体温度不变，则气体内能不变，体积增大，气体对外界做功，根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知，桶内气体从外界吸收热量，故C正确，D错误。
6.C　由图像可知，气体在状态B的温度最高，内能最大，气体在状态B的分子平均速率最大，选项A、B错误；A→B过程中，气体体积变大，气体对外界做功，温度升高，则内能增加，选项C正确；B→C过程中，气体体积不变，则外界对气体不做功，气体温度降低，则内能减小，选项D错误。
7.D　永动机不存在，线圈不可能一直转动，违背了能量守恒定律，故A、B、C错误，D正确。
8.AD　小朋友沿滑梯匀速下滑的过程中，动能不变，重力势能减小，故机械能减小，减小的重力势能逐渐转化为系统的内能，总能量不变，选项A正确，B错误；系统内能是通过做功方式改变的，选项C错误；温度是分子平均动能的标志，温度越高，分子的平均动能越大，但不是每一个分子的动能都增大，选项D正确。
9.AD　在此过程中，气体经历等温变化，压强减小，根据 pV＝C可知，在此过程，气球内氦气体积逐渐增大，故A正确；在此高空，关闭加热装置后，温度降低，则氦气分子平均动能减小，故B错误；在此高空，压强一定，关闭加热装置后，温度降低，根据＝C可知，体积减小，则外界对气体做功，故C错误；在此高空，压强一定，关闭加热装置后，温度降低，则氦气会对外放热，故D正确。
10.B　利用潮汐发电，就是将水的重力势能转化为电能，一次退潮水坝内水的势能减少W水＝GΔh＝mgΔh＝ρ水VgΔh＝ρ水SghΔh，海水平均潮差为3.0 m，则水的重心下降的高度Δh＝ m＝1.5 m，水能转化电能的效率是10％，则水的势能可转变成的电能为W电＝W水×10％＝ρ水SghΔh×10％＝1.0×103×5.0×108×10×3.0×1.5×0.1 J＝2.25×1012 J，每天两次涨潮，则该电站一天能发电4.5×1012 J，所以每天的平均功率为P＝ W≈5.2×104 kW，故B正确。
11.（1）p0　（2）60k－W0
解析：（1）乒乓球内气体视为理想气体，有＝
解得p＝p0。
（2）该过程气体内能变化量为ΔU＝330k－270k＝60k
由热力学第一定律有ΔU＝W0＋Q
解得Q＝60k－W0。
3 / 3第三章　热力学定律
1.热力学第一定律 2.能量守恒定律
核心素养目标 物理观念 1.理解热力学第一定律，知道能量守恒定律是自然界普遍遵从的基本规律。 2.知道第一类永动机是不可能实现的
科学思维 能运用热力学第一定律解释自然界中能量的转化、转移问题
科学探究 体会焦耳实验的科学探究过程
知识点一　热力学第一定律
1.绝热过程
系统与外界之间没有　　　　的交换，只是通过外界　　　　的方式与外界交换能量的过程。
2.功和内能
（1）在热力学系统的绝热过程中，系统内能的增加量ΔU　　　　外界对系统所做的功W，即　　　　　　。
（2）如果系统对外界做功，这时W取负值，ΔU也为负值，表示内能　　　　。
3.热量和内能
（1）在外界没有对系统做功的过程中，系统内能的增加量ΔU　　　　系统从外界所吸收的热量Q，即　　　　　　。
（2）如果系统向外界放热，这时Q取负值，ΔU也为负值，表示内能减少。
4.热力学第一定律
（1）内容：在系统跟外界同时发生做功和热传递的过程中，系统内能的增加量ΔU等于系统从外界吸收的　　　　与外界对系统所做的功W　　　　。
（2）公式：ΔU＝　　　　。
5.第一类永动机不可能制成
（1）第一类永动机：不需要任何动力和燃料，能持续不断地　　　　　　的机器。
（2）第一类永动机违背了热力学第一定律，所以不可能制成。
知识点二　能量守恒定律
1.内容：能量既不会凭空　　　　，也不会凭空　　　，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，能量的总量　　　　。
2.适用范围：能量守恒定律不仅适用于　　　　、宏观的情形，也适用于　　　　、微观世界，是最基本、最普遍的自然规律之一。
【情景思辨】
如图所示为一种所谓“全自动”的机械手表，既不需要上发条，也不用任何电源，却能不停地走下去。 请判断下列说法正误：
（1）“全自动”机械手表是一种永动机。（　　）
（2）“全自动”机械手表违背了能量守恒定律。（　　）
（3）“全自动”机械手表的能量来自手臂热传递来的热量。（　　）
（4）“全自动”机械手表长期放置不动，将会停止运动。（　　）
要点一　改变物体内能的两种方式
【探究】
　（1）用铁锤反复敲击铁棒，铁棒的温度会升高，把铁棒放在炭火上烧，铁棒的温度也会升高，这说明了什么问题？
（2）如图所示是热传递的三种方式——传导、对流和辐射。
①这三种方式在传递能量时有什么共同点？
②热传递和做功都可以改变物体的内能，这两种方式在改变物体内能时本质上又有什么不同？
【归纳】
1.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；物体对外界做多少功，就有多少内能转化为其他形式的能，物体的内能就减少多少。用式子表示为ΔU＝U2－U1＝W。
2.热传递与内能变化的关系
（1）在单纯热传递过程中，系统从外界吸收多少热量，系统的内能就增加多少，即 Q吸＝ΔU。
（2）在单纯热传递过程中，系统向外界放出多少热量，系统的内能就减少多少，即 Q放＝－ΔU。
3.改变内能的两种方式的比较
项目 做功 热传递
内能 变化 在绝热过程中，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 在单纯热传递过程中，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转移
联系 都能引起系统内能的改变
【典例1】　（多选）某汽车后备箱内安装有撑起箱盖的装置，它主要由汽缸和活塞组成。开箱时，密闭于汽缸内的压缩气体膨胀，将箱盖顶起，如图所示。在此过程中，若缸内气体与外界无热交换，忽略气体分子间的相互作用，则缸内气体（　　）
A.对外做正功，分子的平均动能减小
B.对外做正功，内能增大
C.对外做负功，分子的平均动能增大
D.对外做正功，内能减小
尝试解答　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
1.（多选）如图为焦耳实验装置图，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.这个装置可测定热功关系
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
2.（多选）一铜块和一铁块质量相等，铜块的温度T1比铁块的温度T2高，当它们接触时，如果不和外界交换能量，则（　　）
A.从两者开始接触到热平衡的整个过程中，铜块内能的减少量等于铁块内能的增加量
B.在两者达到热平衡以前的任意一段时间内，铜块内能的减少量不等于铁块内能的增加量
C.在两者达到热平衡以前的任意一段时间内，铜块内能的减少量都等于铁块内能的增加量
D.达到热平衡时，铜块的温度比铁块的低
要点二　热力学第一定律的理解和应用
【探究】
如图所示，快速推动活塞对汽缸内气体做功10 J，气体内能改变了多少？若保持气体体积不变，汽缸向外界传递10 J的热量，气体内能改变了多少？若推动活塞对汽缸内气体做功10 J的同时，汽缸向外界传递10 J的热量，气体的内能改变了多少？
【归纳】
1.理想气体的内能
对于理想气体来说，因不考虑分子势能，故其内能为所有分子动能的总和（即等于分子数与分子热运动的平均动能的乘积）。内能仅由分子数与温度决定，因此对于一定质量的理想气体来说，内能是否变化取决于其温度是否变化。温度升高，ΔU为正；温度降低，ΔU为负；温度不变，ΔU＝0。
2.对公式ΔU＝Q＋W符号的规定
符号 W Q ΔU
＋ 体积减小，外界对热力学系统做功 热力学系统吸收热量 内能增加
－ 体积增大，热力学系统对外界做功 热力学系统放出热量 内能减少
3.气体状态变化的几种特殊情况
（1）绝热过程：Q＝0，则ΔU＝W，系统内能的增加（或减少）量等于外界对系统（或物体对外界）做的功。
（2）等容过程：W＝0，则ΔU＝Q，物体内能的增加量（或减少量）等于系统从外界吸收（或系统向外界放出）的热量。
（3）等温过程：一定质量理想气体的内能不变，即ΔU＝0，则W＝－Q（或Q＝－W），外界对系统做的功等于系统放出的热量（或系统吸收的热量等于系统对外界做的功）。
4.判断气体是否做功的方法（一般情况下看气体的体积是否变化）
（1）若气体体积增大，表明气体对外界做功。
（2）若气体体积减小，表明外界对气体做功。
【典例2】　一定质量的气体从外界吸收了2.6×105 J的热量，内能增加了4.2×105 J。则：
（1）是气体对外界做了功，还是外界对气体做了功？做了多少焦耳的功？
（2）如果气体吸收的热量仍为2.6×105 J不变，但是内能增加了1.6×105 J，计算结果W＝－1.0×105 J，是负值，怎样解释这个结果？
（3）在热力学第一定律ΔU＝Q＋W中，W、Q和ΔU的正值、负值各代表什么物理意义？
尝试解答
1.（2024·四川绵阳期末）一定质量的理想气体从状态a变化到状态b，其体积V和热力学温度T变化图像如图所示，此过程中该系统（　　）
A.对外界做正功
B.压强保持不变
C.向外界放热
D.内能减少
2.一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
要点三　能量守恒定律的理解和应用
　　
1.能量的存在形式及相互转化
（1）各种运动形式都有相对应的能：机械运动有机械能，分子的热运动有内能，还有电磁能、化学能、核能等。
（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。
2.能量守恒的两种表达
（1）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。
（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。
3.第一类永动机违背能量守恒定律，故不可能制成。
【典例3】　（多选）下列对能量守恒定律的认识正确的是（　　）
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.不需要任何外界的能量供给而持续对外做功的机器——第一类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
尝试解答　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
1.（多选）下列关于能量转化的说法中，正确的是（　　）
A.用太阳灶烧水是太阳能转化为内能
B.电灯发光是电能转化为光能和内能
C.核电站发电是电能转化为内能
D.生石灰放入盛有凉水的烧杯里，水温升高是动能转化为内能
2.大约在1670年，英国赛斯特城的主教约翰·维尔金斯设计了一种磁力“永动机”。如图所示，在斜坡顶上放一块强有力的磁铁，斜坡上端有一个小孔，斜面下有一个连接小孔直至底端的弯曲轨道，维尔金斯认为：如果在斜坡底端放一个小铁球，那么由于磁铁的吸引，小铁球就会向上运动，当小球运动到小孔P处时，它就要掉下，再沿着斜面下的弯曲轨道返回斜坡底端Q，由于有速度而可以对外做功，然后又被磁铁吸引回到上端，到小孔P处又掉下。在以后的二百多年里，维尔金斯的永动机居然改头换面地出现过多次，其中一次是在1878年，即在能量守恒定律确定20年后，竟在德国取得了专利权。关于维尔金斯“永动机”，正确的认识应该是（　　）
A.符合理论规律，一定可以实现，只是实现时间早晚的问题
B.如果忽略斜面的摩擦，维尔金斯“永动机”一定可以实现
C.如果忽略斜面的摩擦，铁球质量较小，磁铁磁性又较强，则维尔金斯“永动机”可以实现
D.违背能量守恒定律，不可能实现
1.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
2.自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，下列说法正确的是（　　）
A.机械能守恒
B.能量正在消失
C.只有动能和重力势能的相互转化
D.减少的机械能转化为内能，但总能量守恒
3.一定质量的气体从外界吸收了4.2×105 J的热量，同时气体对外做了6×105 J的功，下列说法正确的是（　　）
A.气体的内能增加
B.气体的分子势能增加
C.气体的体积减小
D.气体分子的平均动能增加
4.（多选）一定质量的理想气体，从状态A变化到状态B，再变化到状态C，其状态变化过程的p-V图像如图所示。已知状态A时的温度为27 ℃，热力学温度与摄氏温度间的关系为T＝t＋273 K，则下列判断正确的是（　　）
A.气体处于状态B时的温度是900 K
B.气体处于状态C时的温度是300 K
C.从状态A变化到状态C过程理想气体内能增大
D.从状态A变化到状态B过程理想气体放热
1.热力学第一定律
2.能量守恒定律
【基础知识·准落实】
知识点一
1.热量　做功　2.（1）等于　ΔU＝W　（2）减少　3.（1）等于　ΔU＝Q　4.（1）热量Q　之和　（2）Q＋W　5.（1）对外做功
知识点二
1.产生　消失　转化　转移　保持不变　2.低速　高速
情景思辨
（1）×　（2）×　（3）×　（4）√
【核心要点·快突破】
要点一
知识精研
【探究】　提示：（1）说明做功和热传递都能改变物体的内能。
（2）①三种方式都是热量从一个物体传递到另一个物体。
②热传递是内能在物体间（或一个物体的不同部分之间）转移，做功是其他形式的能和内能之间的转化。
【典例1】　AD　气体膨胀，气体对外做正功，又因为气体与外界无热量交换，由此可知气体内能减小，B错误，D正确；因忽略气体分子间相互作用，没有分子势能，所以分子平均动能减小，A正确，C错误。
素养训练
1.AC　该实验测定做功和内能变化的关系，A正确；该实验是绝热过程，没有热传递，改变内能的方式是做功，C正确；做功表示能量的转化，而热量表示热传递中内能的转移，二者有区别，B、D错误。
2.AC　热平衡的条件是温度相等，热传递的方向是从温度高的物体传向温度低的物体。在单纯热传递过程中，高温物体放出的热量等于低温物体吸收的热量。因此A、C正确，B、D错误。
要点二
知识精研
【探究】　提示：内能增加了10 J；减少了10 J；没改变。
【典例2】　（1）外界对气体功　1.6×105 J
（2）见解析　（3）见解析
解析：（1）由热力学第一定律知ΔU＝W＋Q
将Q＝2.6×105 J，ΔU＝4.2×105 J代入上式得：
W＝ΔU－Q＝4.2×105 J－2.6×105 J＝1.6×105 J
W＞0，说明外界对气体做了1.6×105 J的功。
（2）如果吸收的热量Q＝2.6×105 J，内能ΔU增加了1.6×105 J，计算结果为W＝－1.0×105 J，说明气体对外界做功。
（3）在公式ΔU＝Q＋W中，ΔU＞0，气体内能增加；ΔU＜0，气体内能减少。Q＞0，气体吸热；Q＜0，气体放热。W＞0，外界对气体做功；W＜0，气体对外界做功。
素养训练
1.A　根据题意，气体体积增加，因此对外界做正功，故A正确；题目中图像延长线没有过原点，因此不是等压线，故B错误；温度升高且对外做功，根据热力学第一定律，该过程需要吸热，故C错误；温度升高，内能增加，故D错误。
2.B　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，故选B。
要点三
【典例3】　ABC　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，转移过程中能量是守恒的，这正好是能量守恒定律的两个方面——转化与转移，第一类永动机是不可能制成的，它违背了能量守恒定律，故A、B、C正确；D选项中机械能可能减少，但机械能并没有消失，能量守恒定律表明能量既不能创生，也不能消失，故D错误。
素养训练
1.AB　用太阳灶烧水是太阳能转化为内能，A正确；电灯发光是电能转化为光能和内能，B正确；核电站发电是核能转化为电能，C错误；生石灰放入凉水中，水温升高是化学能转化为内能，D错误。
2.D　该“永动机”违背能量守恒定律，不可能实现，D正确。
【教学效果·勤检测】
1.B　太阳能热水器是通过吸收太阳能，通过热传递的方式将水加热，故选B。
2.D　自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，说明机械能在减少，故A、C错误；减少的机械能通过摩擦转化成了内能，故B错误，D正确。
3.B　根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q＝4.2×105 J－6×105 J＝－1.8×105 J ，ΔU为负，说明气体的内能减少了，故A错误；因为气体对外做功，所以气体的体积膨胀，分子间的距离增大，分子力做负功，气体的分子势能增加，故B正确；气体对外做正功，气体的体积增大，故C错误；因为气体内能减少，同时气体分子势能增加，说明气体分子的平均动能一定减少，故D错误。
4.AB　由图示图像可知，A→B过程为等压变化，有＝，已知TA＝（27＋273）K＝300 K，代入数据解得TB＝900 K，选项A正确；B→C过程为等容变化，有＝，代入数据解得TC＝300 K，选项B正确；A→C过程，TA＝300 K，TC＝300 K，所以A、C两状态温度相同，内能相同，则内能变化ΔU＝0，选项C错误；从状态A变化到状态B的过程，理想气体温度升高，内能增大，体积变大，气体对外做功，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W得，一定要吸热，选项D错误。
6 / 7(共68张PPT)
1.热力学第一定律 2.能量守恒定律
核
心
素
养
目
标 物理观念 1.理解热力学第一定律，知道能量守恒定律是自然界普遍遵从的基本规律。
2.知道第一类永动机是不可能实现的
科学思维 能运用热力学第一定律解释自然界中能量的转化、转移问题
科学探究 体会焦耳实验的科学探究过程
目 录
01.
基础知识·准落实
02.
核心要点·快突破
03.
教学效果·勤检测
04.
课时训练·提素能
基础知识·准落实
梳理归纳 自主学习
01
知识点一　热力学第一定律
1. 绝热过程
系统与外界之间没有 的交换，只是通过外界 的方
式与外界交换能量的过程。
热量　
做功　
2. 功和内能
（1）在热力学系统的绝热过程中，系统内能的增加量ΔU
外界对系统所做的功W，即 。
（2）如果系统对外界做功，这时W取负值，ΔU也为负值，表示内
能 。
等于　
ΔU＝W　
减少　
3. 热量和内能
（1）在外界没有对系统做功的过程中，系统内能的增加量ΔU
系统从外界所吸收的热量Q，即 。
（2）如果系统向外界放热，这时Q取负值，ΔU也为负值，表示内
能减少。
等
于　
ΔU＝Q　
4. 热力学第一定律
（1）内容：在系统跟外界同时发生做功和热传递的过程中，系统
内能的增加量ΔU等于系统从外界吸收的 与外界对
系统所做的功W 。
（2）公式：ΔU＝ 。
5. 第一类永动机不可能制成
（1）第一类永动机：不需要任何动力和燃料，能持续不断地
的机器。
（2）第一类永动机违背了热力学第一定律，所以不可能制成。
热量Q　
之和　
Q＋W　
对
外做功　
知识点二　能量守恒定律
1. 内容：能量既不会凭空 ，也不会凭空 ，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，能量的总量 。
2. 适用范围：能量守恒定律不仅适用于 、宏观的情形，也适
用于 、微观世界，是最基本、最普遍的自然规律之一。
产生　
消失　
转化　
转移　
保持不变　
低速　
高速　
【情景思辨】
如图所示为一种所谓“全自动”的机械手表，既不需要上发条，也不用任何电源，却能不停地走下去。 请判断下列说法正误：
（1）“全自动”机械手表是一种永动机。 （　×　）
（2）“全自动”机械手表违背了能量守恒定律。 （　×　）
×
×
（3）“全自动”机械手表的能量来自手臂热传递来的热量。
（　×　）
（4）“全自动”机械手表长期放置不动，将会停止运动。 （　√　）
×
√
核心要点·快突破
互动探究 深化认知
02
要点一　改变物体内能的两种方式
【探究】
（1）用铁锤反复敲击铁棒，铁棒的温度会升高，把铁棒放在炭火
上烧，铁棒的温度也会升高，这说明了什么问题？
提示：说明做功和热传递都能改变物体的内能。
（2）如图所示是热传递的三种方式——传导、对流和辐射。
①这三种方式在传递能量时有什么共同点？
②热传递和做功都可以改变物体的内能，这两种方式在改变物
体内能时本质上又有什么不同？
提示：①三种方式都是热量从一个物体传递到另一个物体。
②热传递是内能在物体间（或一个物体的不同部分之间）转
移，做功是其他形式的能和内能之间的转化。
【归纳】
1. 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；物体对外界做多少
功，就有多少内能转化为其他形式的能，物体的内能就减少
多少。用式子表示为ΔU＝U2－U1＝W。
2. 热传递与内能变化的关系
（1）在单纯热传递过程中，系统从外界吸收多少热量，系统的内
能就增加多少，即Q吸＝ΔU。
（2）在单纯热传递过程中，系统向外界放出多少热量，系统的内
能就减少多少，即Q放＝－ΔU。
3. 改变内能的两种方式的比较
项目 做功 热传递
内能
变化 在绝热过程中，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 在单纯热传递过程中，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转移
联系 都能引起系统内能的改变 【典例1】　（多选）某汽车后备箱内安装有撑起箱盖的装置，它主
要由汽缸和活塞组成。开箱时，密闭于汽缸内的压缩气体膨胀，将箱
盖顶起，如图所示。在此过程中，若缸内气体与外界无热交换，忽略
气体分子间的相互作用，则缸内气体（　　）
A. 对外做正功，分子的平均动能减小
B. 对外做正功，内能增大
C. 对外做负功，分子的平均动能增大
D. 对外做正功，内能减小
解析：气体膨胀，气体对外做正功，又因为气体与外界无热量交换，
由此可知气体内能减小，B错误，D正确；因忽略气体分子间相互作
用，没有分子势能，所以分子平均动能减小，A正确，C错误。
1. （多选）如图为焦耳实验装置图，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. 这个装置可测定热功关系
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
解析：　该实验测定做功和内能变化的关系，A正确；该实验
是绝热过程，没有热传递，改变内能的方式是做功，C正确；做功
表示能量的转化，而热量表示热传递中内能的转移，二者有区别，
B、D错误。
2. （多选）一铜块和一铁块质量相等，铜块的温度T1比铁块的温度T2
高，当它们接触时，如果不和外界交换能量，则（　　）
A. 从两者开始接触到热平衡的整个过程中，铜块内能的减少量等于
铁块内能的增加量
B. 在两者达到热平衡以前的任意一段时间内，铜块内能的减少量不
等于铁块内能的增加量
C. 在两者达到热平衡以前的任意一段时间内，铜块内能的减少量都
等于铁块内能的增加量
D. 达到热平衡时，铜块的温度比铁块的低
解析：　热平衡的条件是温度相等，热传递的方向是从温度高的物体传向温度低的物体。在单纯热传递过程中，高温物体放出的热量等于低温物体吸收的热量。因此A、C正确，B、D错误。
要点二　热力学第一定律的理解和应用
【探究】如图所示，快速推动活塞对汽缸内气体做功10 J，气体内能
改变了多少？若保持气体体积不变，汽缸向外界传递10 J的热量，气
体内能改变了多少？若推动活塞对汽缸内气体做功10 J的同时，汽缸
向外界传递10 J的热量，气体的内能改变了多少？
提示：内能增加了10 J；减少了10 J；没改变。
【归纳】
1. 理想气体的内能
对于理想气体来说，因不考虑分子势能，故其内能为所有分子动能
的总和（即等于分子数与分子热运动的平均动能的乘积）。内能仅
由分子数与温度决定，因此对于一定质量的理想气体来说，内能是
否变化取决于其温度是否变化。温度升高，ΔU为正；温度降低，
ΔU为负；温度不变，ΔU＝0。
2. 对公式ΔU＝Q＋W符号的规定
符号 W Q ΔU
＋ 体积减小，外界对热力学
系统做功 热力学系统吸收
热量 内能增加
－ 体积增大，热力学系统对
外界做功 热力学系统放出
热量 内能减少
3. 气体状态变化的几种特殊情况
（1）绝热过程：Q＝0，则ΔU＝W，系统内能的增加（或减少）量
等于外界对系统（或物体对外界）做的功。
（2）等容过程：W＝0，则ΔU＝Q，物体内能的增加量（或减少
量）等于系统从外界吸收（或系统向外界放出）的热量。
（3）等温过程：一定质量理想气体的内能不变，即ΔU＝0，则W
＝－Q（或Q＝－W），外界对系统做的功等于系统放出的热
量（或系统吸收的热量等于系统对外界做的功）。
4. 判断气体是否做功的方法（一般情况下看气体的体积是否变化）
（1）若气体体积增大，表明气体对外界做功。
（2）若气体体积减小，表明外界对气体做功。
【典例2】　一定质量的气体从外界吸收了2.6×105 J的热量，内能增
加了4.2×105 J。则：
（1）是气体对外界做了功，还是外界对气体做了功？做了多少焦耳
的功？
答案：外界对气体功　1.6×105 J
解析：由热力学第一定律知ΔU＝W＋Q
将Q＝2.6×105 J，ΔU＝4.2×105 J代入上式得：
W＝ΔU－Q＝4.2×105 J－2.6×105 J＝1.6×105 J
W＞0，说明外界对气体做了1.6×105 J的功。
（2）如果气体吸收的热量仍为2.6×105 J不变，但是内能增加了
1.6×105 J，计算结果W＝－1.0×105 J，是负值，怎样解释这个
结果？
答案：见解析
解析：如果吸收的热量Q＝2.6×105 J，内能ΔU增加了1.6×105
J，计算结果为W＝－1.0×105 J，说明气体对外界做功。
（3）在热力学第一定律ΔU＝Q＋W中，W、Q和ΔU的正值、负值各
代表什么物理意义？
答案：见解析
解析：在公式ΔU＝Q＋W中，ΔU＞0，气体内能增加；ΔU＜0，
气体内能减少。Q＞0，气体吸热；Q＜0，气体放热。W＞0，外
界对气体做功；W＜0，气体对外界做功。
1. （2024·四川绵阳期末）一定质量的理想气体从状态a变化到状态
b，其体积V和热力学温度T变化图像如图所示，此过程中该系统
（　　）
A. 对外界做正功 B. 压强保持不变
C. 向外界放热 D. 内能减少
解析：　根据题意，气体体积增加，因此对外界做正功，故A正
确；题目中图像延长线没有过原点，因此不是等压线，故B错误；
温度升高且对外做功，根据热力学第一定律，该过程需要吸热，故
C错误；温度升高，内能增加，故D错误。
2. 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
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，故选B。
要点三　能量守恒定律的理解和应用
1. 能量的存在形式及相互转化
（1）各种运动形式都有相对应的能：机械运动有机械能，分子的
热运动有内能，还有电磁能、化学能、核能等。
（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。
2. 能量守恒的两种表达
（1）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。
（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。
3. 第一类永动机违背能量守恒定律，故不可能制成。
【典例3】　（多选）下列对能量守恒定律的认识正确的是（　　）
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. 不需要任何外界的能量供给而持续对外做功的机器——第一类永
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，转移过程中能量
是守恒的，这正好是能量守恒定律的两个方面——转化与转移，第
一类永动机是不可能制成的，它违背了能量守恒定律，故A、B、
C正确；D选项中机械能可能减少，但机械能并没有消失，能量守
恒定律表明能量既不能创生，也不能消失，故D错误。
1. （多选）下列关于能量转化的说法中，正确的是（　　）
A. 用太阳灶烧水是太阳能转化为内能
B. 电灯发光是电能转化为光能和内能
C. 核电站发电是电能转化为内能
D. 生石灰放入盛有凉水的烧杯里，水温升高是动能转化为内能
解析：　用太阳灶烧水是太阳能转化为内能，A正确；电灯发光是电能转化为光能和内能，B正确；核电站发电是核能转化为电能，C错误；生石灰放入凉水中，水温升高是化学能转化为内能，D错误。
2. 大约在1670年，英国赛斯特城的主教约翰·维尔金
斯设计了一种磁力“永动机”。如图所示，在斜坡
顶上放一块强有力的磁铁，斜坡上端有一个小孔，
斜面下有一个连接小孔直至底端的弯曲轨道，维
尔金斯认为：如果在斜坡底端放一个小铁球，那么由于磁铁的吸
引，小铁球就会向上运动，当小球运动到小孔P处时，它就要掉
下，再沿着斜面下的弯曲轨道返回斜坡底端Q，由于有速度而可以
对外做功，然后又被磁铁吸引回到上端，到小孔P处又掉下。在以
后的二百多年里，维尔金斯的永动机居然改头换面地出现过多次，
其中一次是在1878年，即在能量守恒定律确定20年后，竟在德国取
得了专利权。关于维尔金斯“永动机”，正确的认识应该是（　　）
A. 符合理论规律，一定可以实现，只是实现时间早
晚的问题
B. 如果忽略斜面的摩擦，维尔金斯“永动机”一定
可以实现
C. 如果忽略斜面的摩擦，铁球质量较小，磁铁磁性
又较强，则维尔金斯“永动机”可以实现
D. 违背能量守恒定律，不可能实现
解析：该“永动机”违背能量守恒定律，不可能实现，D正确。
03
教学效果·勤检测
强化技能 查缺补漏
1. 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
解析：　太阳能热水器是通过吸收太阳能，通过热传递的方式将
水加热，故选B。
2. 自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，下列说法正确的是（　　）
A. 机械能守恒
B. 能量正在消失
C. 只有动能和重力势能的相互转化
D. 减少的机械能转化为内能，但总能量守恒
解析：　自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，说明机械能在减
少，故A、C错误；减少的机械能通过摩擦转化成了内能，故B错
误，D正确。
3. 一定质量的气体从外界吸收了4.2×105 J的热量，同时气体对外做
了6×105 J的功，下列说法正确的是（　　）
A. 气体的内能增加
B. 气体的分子势能增加
C. 气体的体积减小
D. 气体分子的平均动能增加
解析：　根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q＝4.2×105 J－6×105 J
＝－1.8×105 J ，ΔU为负，说明气体的内能减少了，故A错误；因
为气体对外做功，所以气体的体积膨胀，分子间的距离增大，分子
力做负功，气体的分子势能增加，故B正确；气体对外做正功，气
体的体积增大，故C错误；因为气体内能减少，同时气体分子势能
增加，说明气体分子的平均动能一定减少，故D错误。
4. （多选）一定质量的理想气体，从状态A变化到状态B，再变化到
状态C，其状态变化过程的p-V图像如图所示。已知状态A时的温度
为27 ℃，热力学温度与摄氏温度间的关系为T＝t＋273 K，则下列
判断正确的是（　　）
A. 气体处于状态B时的温度是900 K
B. 气体处于状态C时的温度是300 K
C. 从状态A变化到状态C过程理想气体内能增大
D. 从状态A变化到状态B过程理想气体放热
解析：　由图示图像可知，A→B过程为等压变化，有＝，
已知TA＝（27＋273）K＝300 K，代入数据解得TB＝900 K，选项A
正确；B→C过程为等容变化，有＝，代入数据解得TC＝300
K，选项B正确；A→C过程，TA＝300 K，TC＝300 K，所以A、C两
状态温度相同，内能相同，则内能变化 ΔU＝0，选项C错误；从状
态A变化到状态B的过程，理想气体温度升高，内能增大，体积变
大，气体对外做功，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W得，一定要吸
热，选项D错误。
04
课时训练·提素能
分层达标 素养提升
题组一　改变物体内能的两种方式
1. 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，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
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解析：　高压气体膨胀对外做功，气体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，故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，故D错误。
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2. 如图所示的实验装置中，把浸有乙醚的一小块棉花放在厚玻璃筒内
底部，当很快向下压活塞时，由于被压缩的气体骤然变热，温度升
高达到乙醚的燃点，使浸有乙醚的棉花燃烧起来，此实验的目的是
要说明对气体（　　）
A. 做功可以增加气体的热量
B. 做功可以改变气体的内能
C. 做功一定会升高气体的温度
D. 做功一定可以使物态发生变化
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解析：　当用力压活塞时，活塞压缩玻璃筒内的气体，对气体做
功，气体的内能增加，温度升高，当达到乙醚着火点时，筒内棉花
就会燃烧起来，此实验说明了外界对气体做功，气体的内能增加，
故选B。
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3. 如图所示是焦耳在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. 热量可由高温物体传递给低温物体
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
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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，其余选项不是焦耳实验的结论，故选C。
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题组二　热力学第一定律的理解和应用
4. 某班同学在中央公园进行的踏青活动中放飞气球，已知大气压强随
高度增加而降低，假设气球在上升过程中温度不变。某同学观察一
缓慢上升的气球（球内气体视为理想气体），球内气体在气球上升
的过程中（　　）
A. 内能增大 B. 内能减小
C. 从外界吸热 D. 向外界放热
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解析：　理想气体的内能由温度决定，气球在上升过程中温度不
变，则气球内的气体的内能不变，A、B错误；气球在上升过程中
温度不变，根据玻意耳定律有p1V1＝p2V2，由于大气压强随高度增
加而降低，则气球缓慢上升过程，气体的压强减小，体积增大，由
于气体内能不变，体积增大，气体对外界做功，W取负值，根据
ΔU＝W＋Q可知，Q取正值，即气体从外界吸热，C正确，D错误。
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5. （多选）在飞机起飞的过程中，由于高度快速变化，会引起机舱内
气压变化，乘客小周同学观察发现，在此过程中密封桶装薯片的薄
膜盖子凸起，如图所示。若起飞前后桶内气体的温度保持不变，则
下列关于桶内气体（可视为理想气体）的说法中正确的是（　　）
A. 桶内气体压强p增大
B. 桶内气体分子平均动能Ek不变
C. 桶内气体从外界吸收热量
D. 桶内气体对外做功，内能减小
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解析：　依题意，起飞前后桶内气体的温度保持不变，在此过
程中密封桶装薯片的薄膜盖子凸起，桶内气体体积增大，根据pV
＝C可知，压强p减小，故A错误；由于桶内气体温度不变，则分子
平均动能Ek不变，故B正确；由于桶内气体温度不变，则气体内能
不变，体积增大，气体对外界做功，根据热力学第一定律ΔU＝Q
＋W可知，桶内气体从外界吸收热量，故C正确，D错误。
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6. 如图所示，一定质量的理想气体从状态A开始，经历两个状态变化
过程，先后到达状态B和C。两条虚线分别表示状态A和C的等温
线。下列说法正确的是（　　）
A. 气体在状态A的内能最大
B. 气体在状态C的分子平均速率最大
C. A→B过程中，气体对外界做功，内能增加
D. B→C过程中，外界对气体做功，内能减小
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解析：　由图像可知，气体在状态B的温度最高，内能最大，气
体在状态B的分子平均速率最大，选项A、B错误；A→B过程中，
气体体积变大，气体对外界做功，温度升高，则内能增加，选项C
正确；B→C过程中，气体体积不变，则外界对气体不做功，气体
温度降低，则内能减小，选项D错误。
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题组三　能量守恒定律的理解和应用
7. 最近网络上有人做了一个与电磁感应相关的实验，如图所示，此人
把一个线圈放置在支架上，旁边放置一个磁铁，用手转动线圈后，
线圈就会一直运动下去，演示得有板有眼。其实这是一种假象，我
们应该用科学的物理观念认识此实验，很显然它违背了（　　）
A. 法拉第电磁感应定律 B. 电阻定律
C. 欧姆定律 D. 能量守恒定律
解析：　永动机不存在，线圈不可能一直转动，违背了能量守恒
定律，故A、B、C错误，D正确。
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8. （多选）如图所示，小朋友坐在滑梯上匀速下滑，在这个过程中
（　　）
A. 小朋友的机械能逐渐转化为系统的内能，总能量不变
B. 因为能量是守恒的，小朋友的机械能大小不变
C. 系统内能是通过热传递方式改变的
D. 由于摩擦，小朋友滑过的滑梯温度升高，分子的平均动能增大，但不是其中每一个分子的动能都增大
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解析：　小朋友沿滑梯匀速下滑的过程中，动能不变，重力势
能减小，故机械能减小，减小的重力势能逐渐转化为系统的内能，
总能量不变，选项A正确，B错误；系统内能是通过做功方式改变
的，选项C错误；温度是分子平均动能的标志，温度越高，分子的
平均动能越大，但不是每一个分子的动能都增大，选项D正确。
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9. （多选）气象探测气球内充有常温常压的氦气，从地面上升至某高
空的过程中，气球内氦气的压强随外部气压减小而逐渐减小，其温
度因启动加热装置而保持不变。高空气温为－7.0 ℃，球内氦气可
视为理想气体，下列说法中正确的是（　　）
A. 在此过程，气球内氦气体积逐渐增大
B. 在此高空，关闭加热装置后，氦气分子平均动能 增大
C. 在此高空，关闭加热装置后，氦气将对外界做功
D. 在此高空，关闭加热装置后，氦气将对外放热
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解析：　在此过程中，气体经历等温变化，压强减小，根据pV
＝C可知，在此过程，气球内氦气体积逐渐增大，故A正确；在此
高空，关闭加热装置后，温度降低，则氦气分子平均动能减小，故
B错误；在此高空，压强一定，关闭加热装置后，温度降低，根据
＝C可知，体积减小，则外界对气体做功，故C错误；在此高空，
压强一定，关闭加热装置后，温度降低，则氦气会对外放热，故D
正确。
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10. 如图所示是某类潮汐发电示意图。涨潮时开闸，水由通道进入海
湾水库蓄水，待水面升至最高点时关闭闸门（如图甲所示），当
落潮时，开闸放水发电（如图乙所示）。设海湾水库面积为
5.0×108 m2，平均潮差为3.0 m，一天涨落潮两次，发电的平均
能量转化率为10％，则一天内发电的平均功率约为（ρ水取
1.0×103 kg·m－3，g取10 m/s2）（　　）
A. 2.6×104 kW
B. 5.2×104 kW
C. 2.6×105 kW
D. 5.2×105 kW
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解析：　利用潮汐发电，就是将水的重力势能转化为电能，一
次退潮水坝内水的势能减少W水＝GΔh＝mgΔh＝ρ水VgΔh＝ρ水
SghΔh，海水平均潮差为3.0 m，则水的重心下降的高度Δh＝ m
＝1.5 m，水能转化电能的效率是10％，则水的势能可转变成的电
能为W电＝W水×10％＝ρ水SghΔh×10％＝
1.0×103×5.0×108×10×3.0×1.5×0.1 J＝2.25×1012 J，每天
两次涨潮，则该电站一天能发电4.5×1012 J，所以每天的平均功
率为P＝ W≈5.2×104 kW，故B正确。
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11. 干瘪的乒乓球在室外温度为270 K时，体积为V，球内压强
0.9p0。为了让乒乓球鼓起来，将其放入温度恒为330 K热水中，
经过一段时间后鼓起来了，体积恢复原状V，此过程气体对外做
功为W0，球内的气体视为理想气体且不漏气，若乒乓球内气体的
内能满足U＝kT（k为常量且大于零），求：
（1）恢复原状的乒乓球内气体的压强；
答案：p0　
解析：乒乓球内气体视为理想气体，有＝
解得p＝p0。
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（2）干瘪的乒乓球恢复原状的过程中，乒乓球内气体吸收的
热量。
答案：60k－W0
解析：该过程气体内能变化量为ΔU＝330k－270k＝60k
由热力学第一定律有ΔU＝W0＋Q
解得Q＝60k－W0。
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