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(共22张PPT)
第三章
热力学定律
第三节　热力学第二定律
核心目标 1. 通过对自然界中与热现象有关的宏观过程方向性的实例分析，了解归纳热力学第二定律的过程和方法．
2. 能用热力学第二定律解释常见的不可逆过程，即自然界中的能量转化、转移以及方向性问题．了解能量与能源的区别以及能源的有限性.
必备知识·记忆理解
要点笔记
要点1　热力学第二定律
物体间的热传递、气体的膨胀、扩散……都有特定的方向性，一切与热现象有关的宏观自然过程都是____________. 反映宏观自然过程的__________的定律就是热力学第二定律．
1. 热力学第二定律的克劳修斯表述
(1) 内容：热量不能自发地从________物体传到________物体．即传热的过程具有__________.
(2) 该表述阐述的是传热的方向性：
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．
不可逆的
方向性
低温
高温
方向性
高温
低温
低温
高温
2. 热力学第二定律的开尔文表述
(1) 内容：不可能从单一热库吸收热量，使之______________，而不产生其他影响．
(2) 该表述阐述的是机械能与内能转化的方向性：
①机械能可以全部转化为内能．
②内能无法全部用来做功以转换成机械能．
(3) 注意：这里所说“不可能从单一热库吸收热量”，意思是：不仅要从一个热库吸热，而且一定会向另一个热库放热．
完全变成功
(4) 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
基础内化
1. (多选)根据热力学第二定律，下列说法中正确的是(　　 )
A. 不可能从单一热源吸热并把它全部用来做功，而不引起其他变化
B. 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是可以实现的
C. 制冷系统将冰箱里的热量传给外界较高温度的空气而不引起其他变化
D. 在火力发电中，燃气的内能不可能全部变成电能
【解析】　热力学第二定律揭示了与热现象有关的物理过程的方向性，故A正确；机械能和内能的转化过程具有方向性，机械能可以全部转化为内能，而内能要全部转化为机械能必须有外界的帮助，故B错误；冰箱向外传递热量时消耗了电能，故C错误；火力发电时，能量转化的过程为内能→机械能→电能，因为内能向机械能转化过程中会对外放出热量，故燃气的内能必然不会全部变为电能，故D正确．
AD
2. (多选)(2020·曲阜检测)关于热传导的方向性，下列说法中正确的是(　　 )
A. 热量能自发地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. 热量不可能从低温物体传给高温物体
【解析】　在有外力做功的情况下，热量可以从低温物体传给高温物体，而热量只能自发地从高温物体传给低温物体，故A、C正确．
AC
关键能力·分析应用
分类悟法
考向1　热力学第二定律的理解
1. “自发”二字指的是：当两个物体接触时，不需要任何第三者的介入、不会对任何第三者产生任何影响，热量就能从一个物体传向另一个物体，这个“自发”的方向是从高温物体指向低温物体的．
2. 要将热量从低温物体传向高温物体，必须有“对外界的影响或有外界的帮助”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”运到高温处的．
3. “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．
4. 热力学第二定律是对宏观 自然过程　进行方向的说明．凡是对这种宏观自然过程进行方向的说明，都可以作为热力学第二定律的表述．
(1) 热传导具有方向性：两个温度不同的物体相互接触时，热量会自发地从高温物体传给低温物体，而低温物体不可能自发地将热量传给高温物体．要实现低温物体向高温物体传递热量，必须借助外界的帮助，因而产生其他影响或引起其他变化．
(2) 气体的扩散现象具有方向性：两种不同的气体可以自发地进入对方，最后成为均匀的混合气体，但这种均匀的混合气体绝不会自发地分开，成为两种不同的气体．
(3) 机械能和内能的转化过程具有方向性：物体在水平面上运动，因摩擦而逐渐停止下来，但绝不可能出现物体吸收原来传递出去的热量后，自发地在地面上重新运动起来．
(4) 气体向真空膨胀具有方向性：气体可自发地向真空容器膨胀，但绝不可能出现气体自发地从容器中流出，容器内变为真空．
5. 第二类“永动机”：是指设想中的效率达到 100%　的热机．第二类永动机虽没有违背能量转化和守恒定律，但违背了热力学第二定律，因此也是不可能实现的．
根据热力学定律，下列说法中正确的是(　　 )
A. 我们可以把火炉散失到周围环境中的能量全部收集到火炉中再次用来取暖
B. 利用浅层海水和深层海水间的温度差制造出一种热机，将海水的一部分内能转化为机械能，这在原理上是可行的
C. 制冷系统能将冰箱内的热量传给外界较高温度的空气，而不引起其他变化
D. 满足能量守恒定律的客观过程都可以自发地进行
1
【解析】　热量不能自发地从低温物体传到高温物体，所以不能把散失的能量全部收集起来重新加以利用，A错误；由热力学第二定律可知，B正确；热量从低温物体传给高温物体时一定会发生其他变化，C错误；只满足能量守恒定律而不满足热力学第二定律的过程是不可能发生的，D错误．
B
(多选)(2022·河北邯山区一中)下列哪些现象能够发生，并且不违背热力学第二定律(　　 )
A. 一杯热茶在打开杯盖后，茶会自动变得更热
B. 蒸汽机把蒸汽的内能全部转化为机械能
C. 桶中浑浊的泥水在静置一段时间后，泥沙下沉，上面的水变清，泥、水自动分离
D. 电冰箱通电后把箱内低温物体的热量传到箱外高温物体
2
CD
【解析】　热茶温度比周围环境温度高，热量不可能自发地从低温物体传到高温物体，A错误；蒸汽的内能转化为机械能必定需要做功，即热蒸汽推动活塞做功，这一过程中，一方面由于活塞摩擦汽缸而产生内能，另一方面热蒸汽与周围环境有温度差，蒸汽机会向周围环境散热，所以，蒸汽机把蒸汽的内能全部转化为机械能是不可能的，B错误；混浊的泥水静置一段时间后，由于泥沙比水的密度大，泥沙会自动下沉，从而使得上面的浑水变清了，此过程不违背热力学第二定律，泥沙的重心降低，重力势能减少了，水的重心升高，水的重力势能增加了，但系统总的重力势能减少了，最终转化为内能，而机械能百分之百地转化为内能是可能的，C正确；电冰箱通电后，电冰箱内的压缩机工作，消耗电能，将热量由箱内低温物体传递到箱外高温物体，没有违背热力学第二定律，因为它是通过消耗了电能从而引起其他变化的，D正确．
关于两类永动机和热力学的两个定律，下列说法中正确的是(　　 )
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，热传递也不一定改变内能，但同时做功和热传递一定会改变内能
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
3
【解析】　第二类永动机不违反能量守恒定律，违反热力学第二定律，A错误；第一类永动机不可能制成是因为违反了能量守恒定律，B错误；改变内能的方式有做功和热传递，二者在内能的改变上是一样的，若对外做功的同时吸收热量，内能可能不变，C错误；由热力学第二定律可知热量从低温物体传到高温物体是可能的，D正确．
D
考向2　对热力学第二定律微观意义的理解
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，是大量分子从有序运动状态向无序运动状态转化的过程．
(多选)关于热力学第二定律的微观意义，下列说法中正确的是(　　 )
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
4
【解析】　分子热运动是大量分子无规则运动，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，C、D正确．
CD
考向3　对熵的理解
1. 熵增加原理
(1) 熵是 无序程度　的量度：根据熵的含义，热力学系统处于非平衡态时的粒子热运动有一定的有序性，因此，其熵值较小；当其达到平衡态后，其粒子热运动的无序性达到极高程度，使其熵值达到最大值．
(2) 热力学系统演化的方向性：对于绝热或孤立的热力学系统而言，所发生的是由非平衡态向着平衡态的变化过程，或者说总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行的，因此，总是朝着熵增加的方向进行，或者说，一个孤立系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展，这就是熵增加原理，也就是热力学第二定律的另一种表述形式．
如果过程可逆，则熵不变；如果过程不可逆，则熵增加．熵增加原理的适用对象是孤立系统，如果是非孤立系统，熵有可能减少．
应用时应注意把握“方向性”和“熵增加原理”来正确分析和判定．
下列说法中正确的是(　　 )
A. 熵增加原理说明一切自然过程总是向着分子热运动的无序性减小的方向进行
B. 质量相等的80 ℃的液态萘和80 ℃的固态萘相比，具有相同的分子势能
C. 液体具有流动性是因为液体分子具有固定的平衡位置
D. 气体分子单位时间内与单位面积器壁碰撞的次数与单位体积内气体的分子数和温度都有关
5
【解析】　熵增加原理说明一切自然过程总是向着分子热运动的无序性增大的方向进行，A错误；80 ℃的液态萘凝固成80 ℃的固态萘的过程中放出热量，温度不变，则分子的平均动能不变，萘放出热量的过程中内能减小，而分子平均动能不变，所以一定是分子势能减小，B错误；液体具有流动性是因为液体分子没有固定的平衡位置，C错误；气体分子单位时间内与单位面积器壁碰撞的次数与单位体积内气体的分子数和温度都有关，D正确．
D
巩固验收
1. (多选)下列说法中正确的是(　　　)
A. 冰箱能使热量从低温物体传给高温物体，因此不遵循热力学第二定律
B. 空调工作时消耗的电能比室内温度降低所放出的热量要多
C. 自发的热传导是不可逆的
D. 可以通过给物体加热而使它运动起来，但不产生其他影响
【解析】　有外界的帮助和影响，热量可以从低温物体传给高温物体，空调消耗的电能必大于室内温度降低所放出的热量，A错误，B正确；不可能通过给物体加热而使它运动起来但不产生其他影响，这违背了热力学第二定律，D错误，C正确．
BC
2. (多选)下列说法中正确的是(　　　)
A. 机械能和内能之间的转化不可逆的
B. 气体向真空的自由膨胀是不可逆的
C. 如果一个“宏观态”对应的“微观态”比较多，就说明这个“宏观态”是比较有序的
D. 如果一个“宏观态”对应的“微观态”比较多，就说明这个“宏观态”是比较无序的
【解析】　热现象的宏观过程都是不可逆的，故A错误，B正确；微观态越多越无序，因为无序是各处都一样，平均没有差别，故D正确，C错误．
BD(共23张PPT)
第三章
热力学定律
第二节　能量守恒定律及其应用
核心目标 1. 知道人类对能量概念的逐步认识过程，并理解能量和能量守恒观念对世界统一性的意义．
2. 理解能量守恒定律，知道能量守恒是自然界普遍遵从的基本规律．知道第一类永动机是不可能实现的.
必备知识·记忆理解
要点笔记
要点1　探索能量守恒的足迹
1. 俄国化学家盖斯研究发现，任何一个化学反应，放出的总热量相同．
2. ________的实验精确地测量了做功与传热之间的等价关系， 从而为能量守恒定律奠定了牢固的实验基础，也为能量守恒的定量描述迈出了重要的一步．
3. 德国医生迈尔猜想热与机械运动的等效性是公认的第一个提出能量守恒思想的人．
4. 德国科学家亥姆霍兹从永动机不可能制成这一事实出发，提出了“张力”(即势能)与“活力”(即动能)的转化．他还分析了在电磁现象和生物机体中能量的守恒问题．
焦耳
要点2　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，能量的________保持不变．
2. 意义：能量守恒定律的发现是科学史上的重大事件．恩格斯把它与细胞学说、生物进化论一起列为19世纪的三大发现．它是自然科学长期发展和进步的结果，是普遍、和谐、可靠的自然规律之一．
产生
消失
转化
转移
总量
要点3　第一类永动机不可能制成
1. 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．
3. 意义：正是历史上设计永动机的________，才使后人的思考走上了正确的道路．
特别提醒：在利用能量转化与守恒定律解题时，一定要明确过程中哪些能量在转化或转移，确定好初、末状态的能量E初、E末或确定能量的变化ΔE增、ΔE减各为多少，再由E初＝E末或ΔE增＝ΔE减列式求解．
对外做功
能量守恒
失败
基础内化
1. 下列对能量守恒定律的认识错误的是(　　 )
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】　选项A是指不同形式的能量间的转化，转化过程中能量是守恒的；选项B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；选项C中任何永动机都是不可能制成的，它违背了能量守恒定律；选项D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，只是转化成了其他形式的能量，D符合题意．
D
2. 第一类永动机不可以制成，是因为(　　 )
A. 违背了能量守恒定律
B. 热量总是从高温物体传递到低温物体
C. 机械能不能全部转变为内能
D. 内能不能全部转化为机械能，同时不引起其他变化
【解析】　第一类永动机无法制成是因为它违背了能量守恒定律，A正确.
A
关键能力·分析应用
分类悟法
考向1　能量守恒定律
1. 能量的存在形式及相互转化
(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. 能量守恒定律解题的方法
(1) 首先分析有哪几种形式的能量在参与转化．分别列出增加的能量与减少的能量的表达式．
(2) 利用ΔE增＝ΔE减列式求解
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．
在一个与外界没有热交换的房间里打开冰箱门，冰箱正常工作，过一段时间房间内的温度将如何变化(　　 )
A. 降低 B. 升高
C. 不变 D. 无法确定
1
【解析】　冰箱消耗电能使冰箱内外发生热交换而达到内部制冷，把冰箱与房间看成一个系统，打开冰箱门后，冰箱与房间内的热交换发生在系统内，系统内部无法使系统总能量发生变化．但系统消耗电能增加了系统的总能量，根据能量守恒定律，系统增加的能量转化为内能使房间的温度升高．故B正确．
B
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)
2
考向2　第一类永动机不可能制成的相关分析
1. 第一类永动机
人们把设想中的既不消耗 能量　又能源源不断地 对外做功　的机器叫作第一类永动机，它违背了能量转化和守恒定律，因此，第一类永动机是不可能制成的．
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如图所示，一演示用的“永动机”转轮由5根轻杆和转轴构成，轻杆的末端装有用形状记忆合金制成的叶片．轻推转轮后，进入热水的叶片因伸展而“划水”，推动转轮转动．离开热水后，叶片形状迅速恢复，转轮因此能较长时间转动．下列说法中正确的是(　　 )
3
A. 转轮依靠自身惯性转动，不需要消耗外界能量
B. 转轮转动所需能量来自形状记忆合金自身
C. 转动的叶片不断搅动热水，水温升高
D. 叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量
D
【解析】　形状记忆合金进入水后受热形状发生改变而搅动热水，由能量守恒知能量来源于热水，故A、B、C错误；由能量守恒知，叶片吸收的能量一部分转化成叶片的动能，一部分释放于空气中，故D正确．
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，即在能量转化和守恒定律确定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(　　 )
4
D
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. 违背能量转化和守恒定律，不可能实现
【解析】　如果忽略摩擦，那么铁球返回斜坡底端Q时速度为零，无法对外做功，如果在返回的过程中对外做功了，将无法返回到底端Q.所以该“永动机”不可以实现．故D正确．
巩固验收
1. (多选)下列关于第一类永动机的说法中，正确的是(　　)
A. 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. 永动机不能制成的原因是违背了热力学第一定律
C. 永动机不能制成的原因是技术问题
D. 永动机不能制成的原因是违背了能量守恒定律
【解析】　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．故A、D正确，B、C错误．
AD
2. 如图所示，柱形容器内封有一定质量的空气，光滑活塞C(质量为m)与容器用良好的隔热材料制成．活塞横截面积为S，大气压为p0，另有质量为M的物体从活塞上方的A点自由下落到活塞上，并随活塞一起到达最低点B而静止，在这一过程中，容器内空气内能的改变量ΔE，外界对容器内空气所做的功W与物体及活塞的重力势能的变化量的关系是(　　 )
A. Mgh＋mgΔh＝ΔE＋W
B. ΔE＝W，W＝Mgh＋mgΔh＋p0SΔh
C. ΔE＝W，WD. ΔE≠W，W＝Mgh＋mgΔh＋p0SΔh
C
【解析】　由于系统隔热，所以气体与外界没有热交换，活塞对气体做正功，所以由热力学第一定律知气体的内能增加，且ΔE＝W，而从能量守恒的角度考虑，m和M减少的机械能即重力势能和大气压做功共Mgh＋mgΔh＋p0SΔh，这部分损失的能量一部分使气体的内能增加，另一部分损失到碰撞过程中m和M的内能上，所以W＜Mgh＋mgΔh＋p0SΔh，故C正确．(共40张PPT)
第三章
热力学定律
第一节　热力学第一定律
核心 目标 1. 知道分子动能、分子势能、物体内能，理解分子平均动能与温度的关系，分子势能与体积的关系．
2. 能运用热力学第一定律解释和计算能量的转化、转移问题.
必备知识·记忆理解
要点笔记
要点1　物体的内能
1. 分子的平均动能
热现象研究的是大量分子运动的整体表现，重要的不是系统中某个分子的动能大小，而是所有分子的动能的平均值，叫作分子热运动的____________.温度是物体分子热运动____________的标志．
特别提醒：温度相同，分子平均动能相等，而不同种类的分子平均速率不相等．
平均动能
平均动能
2. 分子势能
(1) 定义：分子间存在相互作用力，可以证明分子间的作用力所做的功与路径________，分子组成的系统具有____________.
(2) 分子势能的决定因素
① 宏观上：分子势能的大小与物体的________有关．
② 微观上：分子势能与分子间的________有关．
(3) 分子势能与分子间距离的关系
①当r>r0时，分子力表现为________，若r增大，需克服引力做功，分子势能________.
②当r③当r＝r0时，分子力为零，分子势能________.
无关
分子势能
体积
距离
引力
增加
斥力
增加
最小
3. 物体的内能
(1) 定义：物体中所有分子的______________与____________的总和．
(2) 内能的普遍性：组成任何物体的分子都在做__________________，所以任何物体都具有内能．
(3) 决定因素
①物体所含的分子总数由____________决定．
②分子的热运动平均动能由________决定．
③分子势能与物体的________有关，故物体的内能由____________、________、________共同决定，同时受物态变化的影响．
特别提醒：物体的内能与机械能无关．
热运动动能
分子势能
无规则的热运动
物质的量
温度
体积
物质的量
温度
体积
要点2　热力学第一定律
1. 改变内能的两种方式
做功与________.两者在改变系统内能方面是__________.
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____________的和．
(2) 表达式：________________.
传热
等价的
热量
所做的功
ΔU＝Q＋W
3. 热力学第一定律的符号法则
热力学第一定律的数学表达式也适用于物体对外做功、向外界放热和内能减少的情况，因此在使用ΔU＝Q＋W时，为了区别两种不同的情况，在应用ΔU＝Q＋W进行计算时，它们的正、负号规定如下：
(1) 外界对系统做功，__________，即W为正值．
系统对外界做功，也就是外界对系统做负功，__________，即W为负值．
(2) 外界对系统传热，也就是系统从外界吸收热量，__________，即Q为正值．
外界从系统吸收热量，也就是系统向外界放出热量，__________，即Q为负值．
(3) 系统内能增加，____________，即ΔU为正值．
系统内能减少，____________，即ΔU为负值．
W>0
W<0
Q>0
Q<0
ΔU>0
ΔU<0
要点3　热力学第一定律的几种典型应用
1. 若过程是绝热的，即__________，则____________，外界对物体做的功等于物体内能的增加量．
2. 若过程中不做功，即__________，则____________，物体吸收的热量等于物体内能的增加量．
3. 若过程中物体的始、末内能不变，即____________，则______________或W＝－Q，外界对物体做的功等于物体放出的热量．
Q＝0
W＝ΔU
W＝0
Q＝ΔU
ΔU＝0
W＋Q＝0
基础内化
1. 两个分子甲和乙相距较远(此时分子力可以忽略)，设甲分子固定不动，乙分子逐渐向甲靠近直到不能再靠近．在这个过程中，下列说法中正确的是(　　 )
A. 分子力总对乙做正功，分子势能不断减小
B. 乙总是克服分子力做功，分子势能不断增大
C. 乙先是克服分子力做功，然后分子力对乙做正功，分子势能先增大后减小
D. 先是分子力做正功，然后乙克服分子力做功，分子势能先减小后增大
D
【解析】　甲和乙相距较远时，此时分子力为零，分子势能为零，甲分子固定不动，乙向甲靠近直到r＝r0的过程中，由于r>r0，分子力合力为引力，分子力做正功，分子势能越来越小，且为负值．r＝r0时分子势能最小，乙分子从r＝r0到不能再靠近甲的过程中，由于r＜r0，分子力合力为斥力，分子力做负功，分子势能增加．所以先是分子力对乙做正功，然后乙克服分子力做功，分子势能先减小后增大，D正确，A、B、C错误．
2. 一定质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＝2×105 J
D. W＝－8×104 J，ΔU＝－1.2×105 J，Q＝－4×104 J
【解析】　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＝Q＋W，可得Q＝ΔU－W＝－1.2×105 J－8×104 J＝－2×105 J，B正确．
B
关键能力·分析应用
分类悟法
考向1　对分子势能的理解
1. 分子势能“弹簧—小球”模型
分子势能随分子间距离的变化类似于弹簧，弹簧的原长相当于分子间的距离r0，弹簧在原长的基础上无论拉伸还是压缩，势能都会增加．
2. 分子力、分子势能与分子间距离的关系
(1) 在r(2) 在r>r0处，曲线比较缓，这是因为分子间的引力随分子间距的增大而变化得慢，分子势能的增加也就慢．
(3) 在r＝r0处，分子势能最小，但不一定为零，因为零势能的位置是任意选定的．一般取无限远处分子势能为零，则分子势能最小位置是在r＝r0处，且为负值，分子势能最小与分子势能为零绝不是一回事．
3. 分子势能的特点
由分子间的相对位置决定，随分子间距离的变化而变化．分子势能是标量，正、负表示的是大小，具体的值与零势能点的选取有关．
4. 分子势能的影响因素
(1) 宏观上：分子势能跟物体的 体积　有关．
(2) 微观上：分子势能跟分子间 距离　r有关，分子势能与r的关系不是单调变化的．
(多选)如图所示为分子间相互作用力与分子间距离之间的关系，下列说法中正确的是( )
A. 当r＜r0时，r越小，则分子势能Ep越大
B. 当r＞r0时，r越小，则分子势能Ep越大
C. 当r＝r0时，分子势能Ep最小
D. 当r→∞时，分子势能Ep最小
1
【解析】　当r＜r0时，分子力表现为斥力，r减小时，分子力做负功，分子势能增大；当r＞r0时，分子力表现为引力，r减小时，分子力做正功，分子势能减小；当r＝r0时，分子力为零，分子势能最小，故A、C正确．
AC
(2022·江苏常州高级中学)如图所示，甲分子固定在坐标原点O，乙分子沿x轴运动，两分子间的分子势能Ep与两分子间距离的变化关系如图中曲线所示．图中分子势能的最小值为－E0.若两分子所具有的总能量为0，则下列说法中正确的是( )
A. 乙分子在P点(x＝x2)时，加速度最大
B. 乙分子在Q点(x＝x1)时，其动能最大
C. 乙分子在Q点(x＝x1)时，处于平衡状态
D. 乙分子的运动范围为x≥x1
2
D
【解析】　由图像可知，乙分子在P点(x＝x2)时，分子势能有最小值，分子引力与分子斥力大小相等，合力为零，加速度为零，A错误；由两分子所具有的总能量为零可知，乙分子在Q点(x＝x1)时，其分子势能为零，其分子动能也为零，B错误；乙分子在Q点(x＝x1)时，分子的势能为零，但分子的合力不为零，分子的引力小于分子的斥力，其合力表现为斥力，乙分子有加速度，不处于平衡状态，C错误；当乙分子运动到Q点(x＝x1)时，其分子势能为零，其分子动能也为零，此时两分子之间的距离最小，而后向分子间距变大的方向运动，因此乙分子的运动范围为x≥x1，D正确．
考向2　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 (多选)我们用手不断反复弯折铅丝，铅丝被折断的同时温度也升高了，这一事实说明( )
A. 铅丝不吸收热量，温度也能升高
B. 对物体做功，能使物体内能增加
C. 做功和热传递对物体内能的改变是等效的
D. 机械功可以转化成热量，铅丝吸收了热量，温度升高
3
【解析】　改变物体内能有两种方式：做功和热传递．拿一段铅丝反复弯折多次，感到弯折处烫手，是通过做功方式改变物体内能的，对物体做功，物体内能增加，温度升高；同时，被手握住的那部分铅丝的温度也升高了，说明这部分铅丝的内能改变了，是通过热传递的方式改变物体的内能，所以做功和热传递对物体内能的改变是等效的，B、C正确．
BC
(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．当它们接触在一起时，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
4
【解析】　热平衡条件是温度相等，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，故A、C正确，B、D错误．
AC
考向3　热力学第一定律的理解与应用
物理量 ΔU W Q
大于零 物体的内能增加 外界对物体做功 物体吸热
小于零 物体的内能减少 物体对外界做功 物体放热
等于零 物体的内能不变 物体对外界(或外界对物体)不做功 物体与外界绝热
2. 应用热力学第一定律解题的思路与步骤
(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) 根据求解结果说明做功、热传递和内能变化情况．
如图是封闭的汽缸，内部封闭有一定质量的理想气体．外力推动活塞P压缩气体，对汽缸内气体做功800 J，同时气体向外界放热200 J，则汽缸内气体的( )
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
5
【解析】　由热力学第一定律ΔU＝W＋Q得ΔU＝800 J＋(－200 J)＝600 J，一定质量的理想气体的内能大小只与温度有关，ΔU＝600 J>0，故温度一定升高，A正确．
A
(2022·安徽六安一中)学校用如图所示的压缩式喷雾器对教室走廊等场所进行消杀工作．给储液罐打足气，打开开关就可以让药液喷洒出来．若罐内气体温度保持不变，随着药液的不断喷出，则罐内气体( )
6
A. 压强不断减小 B. 内能不断减小
C. 外界对气体不做功 D. 气体对外放热
A
【解析】　随着液体喷出，罐内气体的体积增大，由玻意耳定律可知，气体体积增大，压强减小，A正确；由于罐内气体温度保持不变，所以气体的内能保持不变，B错误；气体的体积增大，让药液喷出，所以气体对外界做功，C错误；由热力学第一定律可得ΔU＝Q＋W，所以当ΔU＝0，W<0，则Q>0，即气体要从外界吸热，D错误．
考向4　热力学第一定律与气体的综合应用
1. 只有 绝热　过程气体与外界没有热传递：Q＝0，ΔU＝W，用做功可判断内能的变化．
2. 导热良好，即气体与外界有热交换，且保持与外界温度 相同　，对理想气体(不计分子势能的变化)而言，内能不变，因为一定质量的理想气体的内能只与温度有关．
3. 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．
4. 若物体内能不变，即ΔU＝0，W和Q不一定等于零，而是W＋Q＝0，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考虑．
5. 对于气体，做功W的正负一般要看气体 体积　变化情况，气体体积减小，则外界对气体做功，W>0；气体体积增大(不是对真空膨胀)，则气体对外界做功，W<0.
(2022·安徽六安一中)列车运行的平稳性与车厢的振动密切相关，车厢底部安装的空气弹簧可以有效减振，空气弹簧主要由活塞、汽缸及内封的一定质量的气体构成．上下乘客及剧烈颠簸均能引起车厢振动，上下乘客时汽缸内气体的体积变化缓慢，气体与外界有充分的热交换；剧烈颠簸时汽缸内气体的体积变化较快，气体与外界来不及热交换．若汽缸内气体视为理想气体，(　　 )
A. 上乘客时，气体的内能变大
B. 下乘客时，气体从外界吸热
C. 剧烈颠簸时，若气体扩张，气体的内能不变
D. 剧烈颠簸时，若气体扩张，气体的温度升高
7
B
【解析】　上下乘客时汽缸内气体的体积变化缓慢，气体与外界有充分的热交换，则气体温度不变，内能不变，下乘客时，气体扩张，气体对外做功，由于气体内能不变，则根据热力学第一定律可知，气体吸收热量，A错误，B正确；剧烈颠簸时汽缸内气体的体积变化较快，气体与外界来不及热交换，则在气体扩张的过程中，气体对外做功，气体内能减少，温度降低，C、D错误．
(多选)一定质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．下列说法中正确的是(　　 　)
A. 过程ab中，气体一定吸热
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. a、b和c三个状态中，状态a分子的平均动能最小
8
AD
【解析】　由p －T图像可知过程ab是等容变化，温度升高，内能增加，体积不变，由热力学第一定律可知过程ab一定吸热，A正确；过程bc温度不变，即内能不变，由于过程bc体积增大，所以气体对外做功，由热力学第一定律可知，气体一定吸收热量，B错误；过程ca压强不变，温度降低，内能减少，体积减小，外界对气体做功，由热力学第一定律可知，放出的热量一定大于外界对气体做的功，C错误；温度是分子平均动能的标志，由p －T图像可知，a状态气体温度最低，则平均动能最小，D正确．
(2022·广东罗定邦中学)如图所示，用轻质活塞在汽缸内封闭一定质量的理想气体，活塞与汽缸壁间摩擦忽略不计，开始时活塞距离汽缸底部高度H1＝0.60 m，气体的温度T1＝300 K；现给汽缸缓慢加热至T2＝480 K，活塞缓慢上升到距离汽缸底部某一高度H2处，此过程中缸内气体增加的内能ΔU＝300 J．已知大气压强p0＝1.0×105 Pa，活塞横截面积S＝5.0×10－3 m2.求：
9
(1) 活塞距离汽缸底部的高度H2.
(2) 此过程中缸内气体吸收的热量Q.
【解析】　(2) 在气体膨胀的过程中， 气体对外做功为
W0＝p0ΔV＝1.0×105×(0.96－0.60)×5.0×10－3 J＝180 J
根据热力学第一定律可得气体内能的变化量为
ΔU＝－W0＋Q
解得Q＝ΔU＋W0＝480 J
巩固验收
1. (多选)如图所示，一定质量的理想气体从状态a开始，经历过程①、②、③、④到达状态e.对此气体，下列说法中正确的是(　　 　)
A. 过程①中气体的压强逐渐减小
B. 过程②中气体对外界做正功
C. 过程④中气体从外界吸收了热量
D. 状态c、d的内能相等
【解析】　过程①中，气体由a到b，体积V不变、T升高，则压强增大，A错误；过程②中，气体由b到c，体积V变大，对外界做功，B正确；过程④中，气体由d到e，温度T降低，内能ΔU减小，体积V不变，气体不做功，根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W得Q<0，即气体放出热量，C错误；状态c、d温度相同，所以内能相同，D正确．
BD
2. (2022·江苏扬州中学)如图所示在绝热汽缸内，有一绝热活塞封闭一定质量的气体，开始时缸内气体温度为27 ℃，封闭气柱长为9 cm，活塞横截面积S＝50 cm2.现通过汽缸底部电阻丝给气体加热一段时间，此过程中气体吸热22 J，稳定后气体温度变为127 ℃.已知大气压强等于1.0×105 Pa，活塞与汽缸间无摩擦，不计活塞重力．求：
(1) 加热后活塞到汽缸底部的距离．
(2) 此过程中气体内能改变了多少．
【解析】　 在该过程中，气体对外做功W＝F·ΔL＝p0S(L2－L1)＝1.0×105×50×10－4×(12－9)×10－2 J＝15 J
由热力学第一定律得
ΔU＝Q－W＝22 J－15 J＝7 J
即气体内能增加了7 J.

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