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【课件待替换标题】
学习目标
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__________________
第一节 功、热和内能的改变
[核心素养·明目标]
核心素养
第三章热力学定律
物理观念
学习目标
知道焦耳的两个实验，功与内能改变及热与内能改变的数量关系。
核心素养
科学思维
学习目标
掌握焦耳的两个实验的实质，理解功、热和内能改变的关系，会解释
相关的现象，分析相关的问题。
核心素养
科学探究
学习目标
掌握两个实验的探究过程，利用“做一做”体验功与内能改变的关系，
学会观察与操作并与他人合作交流，提高实验技能。
核心素养
科学态度与责任
学习目标
理解功、热与内能改变的实质，培养积极探究科学的兴趣，激发学习
热情。
知识点一 功和内能
情景导学：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？
答案提示：说明做功和热传递都能改变物体的内能。
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能量，它不从外
界吸热，也不向外界放热。
(2)代表性实验
①重物下落带动叶片搅拌容器中的水，引起水温上升；
②通过电流的热效应给水加热。
(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，而与做功的方式无关。
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自身状态
的物理量，这个物理量在两个状态
间的差别与外界在绝热过程中对系
统所做的功相联系。鉴于功是能量
变化的量度，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变化
量，即。
说明：在热力学系统的绝热过程中，外界对系统所做的功仅由过程的
始末两个状态决定，不依赖于做功的具体过程和方式。
情景导学：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？
答案提示：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？
答案提示：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。
知识点二 热和内能
1.热传递
(1)条件：物体的温度不同。
(2)定义：两个温度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，热量从高温物体传到了低温物体。
2.热和内能
(1)热量：它是在单纯的传热过程中系统内能变化的量度。
(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
系统内能的改变。②做功时是内能与其他形式能的转化；热传递只是
不同物体(或一个物体的不同部分)之间内能的转移。
注意：我们不能说物体具有多少热量，只能说某一过程中物体吸收或
放出了多少热量。
知识点三 热力学第一定律
1.改变物体内能的两种方式：做功和热传递。
2.功、热量和内能改变的关系
(1)如果一个物体既不吸热也不放热，那么，当外界对它做功时，物体
内能增加，且增加量等于外界做的功；当物体对外界做功时，物体内
能减少，且减少量等于物体做的功。
(2)如果一个物体既不对外界做功，外界也不对它做功，那么当物体从
外界吸热时，物体内能增加，其增加量等于吸收的热量；当物体向外
放热时，物体内能减少，其减少量等于放出的热量。
3.热力学第一定律
(1)内容：如果物体与外界之间同时存在做功和热传递的过程，那么物
体内能的改变量等于外界对物体所做的功W与物体从外界吸收的热
量Q之和。
(2)表达式：
4.第一类永动机
(1)概念：不消耗任何能量而能永远对外做功的机器。
(2)结果：世纪，人们提出了许多永动机设计
方案，但无一例外，这类设计方案都以失败而告终。
(3)原因：设想能量能够无中生有地创造出来，违背了能量守恒定律。
思考与讨论：如图所示，给旱区送水的消防车停于水平地面。在缓慢
放水的过程中，若车胎不漏气且胎内气体温度不变，不计分子间的势
能，试分析气体的吸、放热情况。
知识点二 能量的转化与守恒
情景导学：
有一种所谓“全自动”机械手表如图所示，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，维持表针走动的能量是从哪儿来的？
答案提示：这不是永动机。手表戴在手腕上，通过手臂的运动，机械
手表获得能量，供手表指针走动。若将此手表长时间放置不动，它就
会停下来。
1.能量守恒定律的发现
(1)迈尔的发现
体力和体热必定来源于食物中的化学能，内能、化学能、机械能
都是等价的，是可以相互转化的，如果动物的能量输入与支出是平衡
的，那么，所有这些形式的能在量上必定是守恒的。
(2)焦耳的研究
①1840年，焦耳通过实验得出了焦耳定律，从而给出了电能向内能转
化的定量关系，为发现普遍的能量守恒定律打下了基础。
②焦耳用了近40年的时间，不懈地钻研热功转换问题，为能量守恒定
律提供了无可置疑的证据。
(3)亥姆霍兹的贡献：从理论上把力学中的能量守恒原理推广到热、光、
电、磁、化学反应等过程，揭示了它们之间的统一性。
2.能量守恒定律
(1)内容：能量既不会消失，也不会创生，它只能从一种形式转化为其
他形式，或者从一个物体转移到其他物体，而能量的总值保持不变。
(2)意义：揭示了自然科学各个分支之间的普遍联系，是自然界内在统
一性的第一个有力证据。
易错已混点1.绝热做功对内能的影响
易错已混点辨析：
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的总和。
(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，状态发生的变化是由做功引
起的，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，内能的变化量就等于外界对系统所做的功W，表达式
为：。
(2)系统内能的变化量只与初、末状态的内能U和U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，并不意味着做功多，在绝热过程中，只有变化较大
时，对应着做功较多。
3.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，为正值；
若系统对外界做正功，系统内能减少，为负值。此过程做功的多少
为内能转化多少的量度。
思路点拨：绝热容器表明系统既不向外界传热，也不从外界吸热。
(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
量也确定了。而功是能量转化的量度，所以，即W为恒量，
这也是判断绝热过程的一种方法。
例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。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
√
思路点拨：活塞缓慢向下移动一段距离表明外界对理想气体做了功。
解析：选C。由F通过活塞对密闭的理想气体做正功，容器及活塞绝热，
知，由功和内能的关系知理想气体内能增大，温度T升高，再根
据，体积V减小，压强增大，故C正确。
例2.一定质量的理想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大
B.外界对气体做功，气体分子的平均动能减小
C.气体对外界做功，气体分子的平均动能增大
D.气体对外界做功，气体分子的平均动能减小
解析：选D。绝热膨胀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，气体对外界做功，由可知，
气体内能减少。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。
√
易错已混点1.功、热量与内能改变的关系
易错已混点辨析：
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.热传递的实质
热传递实质上传递的是能量，结果是改变了系统的内能。传递能量的
多少用热量来量度。
3.传递的热量与内能改变的关系
(1)在单纯热传递中，系统从外界吸收多少热量，系统的内能就增加多
少。即Q吸。
(2)在单纯热传递中，系统向外界放出多少热量，系统的内能就减少多
少。即Q放。
4.热传递具有方向性
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，不会自发地从低温物体传递到高温物体或从物体的低温部分
传递到高温部分。
5.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 6.功、热量与内能改变的关系
(1)热量的概念只有在涉及能量的传递时才有意义，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。
思路点拨：热传递的方向从高温物体传向低温物体。
(2)在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3.(多选)一铜块和一铁块，质量相等，铜块的温度T比铁块的温度T
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
√
√
思路点拨：热平衡的条件是二者温度相等。
解析：选AC。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。
例4.(多选)对于热量、功和内能三个量，下列说法正确的是( )
A.热量、功和内能三个量的物理意义是等同的
B.热量和功二者可作为物体内能大小的量度
C.热量、功和内能的国际单位都相同
D.热量和功是由过程决定的，而内能是由物体的状态决定的
解析:选CD。热量、功和内能的国际单位都是焦耳，但热量、功和内
能三个量的物理意义是不同的，热量和功是过程量，内能是状态量，
热量和功二者可作为物体内能变化的量度而不是内能大小的量度，故
A、B错误，C、D正确。
√
√
例5.(多选)关于物体的内能，下列说法正确的是( )
A.夏天从室内冰箱里取一杯水去晒太阳，过一段时间水的温度升高，
这是通过热传递的方式改变物体的内能
B.热传递可以改变物体的内能
C.做功可以改变物体的内能
D.一块的冰熔化成的水，内能减小
√
√
√
解析:选ABC。晒太阳使温度较低的水升温，是通过热传递的方式改变
物体的内能，故选项A正确；物体吸收热量，内能增大，放出热量，
内能减小，所以热传递可以改变物体的内能，故选项B正确；物体对外
做功，物体的内能减小，外界对物体做功，物体的内能增大，所以做
功可以改变物体的内能，故选项C正确；冰熔化成水，吸收热量，内
能增大，故选项D错误。
易错已混点3.热力学第一定律的理解和应用
易错已混点辨析：
1.公式符号的规定
符号 W Q
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
2.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，。
3.应用热力学第一定律解题的一般步骤
(1)根据符号法则写出各已知量、Q、 的正负。
(2)根据方程求出未知量。
(3)再根据未知量结果的正负来确定吸放热情况、做功情况或内能变化
情况。
例6.一定质量的理想气体从外界吸收了的热量，同时气体对
外界做了的功。
(1)物体的内能增加还是减少？变化量是多少？
【解析】由热力学第一定律
，故气体的内
能减少了。
(2)分子势能增加还是减少？
【解析】理想气体不计分子势能。
(3)分子的平均动能增加还是减少？
【解析】因为气体内能减少，温度降低，说明气体分子的平均动能一
定减少了。
例7.如图所示是用导热性能良好的材料制成的气体实验装置，开
始时被封闭的气体的长度为，某同学用力向下压缩气体，
使封闭气体的长度变为，该同学对活塞做90 J的功，大气
压强为，活塞的横截面积，不计活塞
解析：大气对活塞做功W
，该同学
对气体做功，故外界对气体做功为W，
由热力学第一定律，即气体内能
增加，增加了90 J。
的重力和摩擦，若以适当的速度压缩气体，在此过程中向外散热20 J，
求气体内能变化了多少？
例8.如图所示，一定质量的理想气体被活塞封闭在可导热的
气缸内，活塞可沿气缸无摩擦地滑动。活塞横截面积
，质量，气缸竖直放置时，活
塞相对于底部的高度为，室温等于；现将气
(1)平衡时活塞离气缸底部的距离；
【解析】设活塞距气缸底部的距离为，取封闭气体为研究对象，气
体发生等压变化，由盖吕萨克定律
，解得。
缸置于的热水中，已知大气压强，取
，求：
(2)此过程中内部气体吸收热量，气体内能的变化量。
【解析】在此过程中气体对外做功
由热力学第一定律，解得，气体内能增加。
易错已混点4.热力学第一定律的理解和应用
易错已混点辨析：
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、原子能等。
(2)各种形式的能可以相互转化。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.守恒是否需要条件
(1)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，必须是只有重力或系统内的弹力做功。
(2)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。
4.第一类永动机失败的原因
系统对外做功要以系统本身的能量减少为代价。若想源源不断地做功，
系统就必须不断从外界获取能量使自己回到初始状态，在无外界能量
供给的情况下这是不可能的。
例9.(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.不需要任何外界的动力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：选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；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
会减少，但机械能并没有消失，石子落地时，机械能转化为内能，能
量守恒定律表明能量既不能创生，也不能消失，故D错误。
例10.(多选)下面设想符合能量守恒定律的是( )
A.利用永久磁铁间的作用力，造一台永远转动的机械
B.做一条船，利用流水的能量逆水行舟
C.通过太阳照射飞机，即使飞机不带燃料也能飞行
D.利用核动力，驾驶地球离开太阳系
√
√
√
解析：选BCD。利用磁场能可以使磁铁所具有的磁场能转化为动能，
但由于摩擦力的不可避免性，动能最终转化为内能使转动停止，故A
错误；让船先静止在水中，设计一台水力发电机使船获得足够电能，
然后把电能转化为船的动能使船逆水航行；同理可利用光能的可转化
性和电能的可收集性，使光能转化为飞机的动能，实现飞机不带燃料
也能飞行，故B、C正确；利用反冲理论，以核动力为能源，使地球获
得足够大的能量，挣脱太阳引力的束缚而离开太阳系，故D正确。
针对训练
1.如图，一定质量的理想气体，用活塞封闭在开口向
上的导热气缸内。若环境温度不变，活塞与气缸壁间
无摩擦，现对活塞施加向下压力使其缓慢下降，此过
程中( )
A.气体压强增大，内能增加
B.气体压强增大，吸收热量
C.外界对气体做功，气体内能不变
D.气体对外界做功，气体吸收热量
√
解析:选C。缓慢下降过程，气体体积减小，外界对气体做功，由于环
境温度不变，可知气体温度不变，内能不变，根据热力学第一定律
，可知气体放出热量；根据玻意耳定律，由于气
体体积减小，可知气体压强增大。
2.一定质量的理想气体从状态a经状态
回到状态a，此过程气体的关系图像如图
所示，其中过程为双曲线的一部分，
过程平行于坐标轴.已知
在状态a时气体温度为，则( )
A.在状态c时气体的温度为
B.四个过程中有两个过程吸热，两个过程放热
C.过程气体对外做功
D.从状态a经一次循环再回到状态a的过程中气体向外放热大于
√
解析:选D。过程，由理想气体状态方程得：，解
得，A错误；过程，气体体积增大对外做功，压强不变，
温度升高，内能增大，气体吸热；过程，气体体积不变，压强增
大，温度升高，气体吸热；过程，气体压强不变，体积减小，外
界对气体做功，温度降低，内能减小，气体向外放热；过程气体
温度不变，内能不变，体积增大对外做功，气体吸热，B错误；
过程，气体对外做的功等于图像与横轴所围图形面积，由图得其小于
，C错误；在一次循环过程后，内能不变，整个过程中，外界对
气体做功大于，根据热力学第一定律可知，在一次循环过程中
气体放出的热量大于，D正确。
3.如图所示，某同学将空玻璃瓶开口向下缓慢压入水中，下降过程中瓶
内封闭了一定质量的空气，瓶内空气看作理想气体，水温上下均匀且
恒定不变，则( )
A.瓶内空气对外界做功
B.瓶内空气向外界放出热量
C.瓶内空气分子的平均动能增大
D.单位时间内与瓶壁单位面积上碰撞的
空气分子数不变
√
解析:选B。被淹没的玻璃瓶在下降过程中，瓶内气体温度不变，水进
入瓶内，气体体积减小，可知外界对气体做正功，故A错误；由于水
温上下均匀且恒定不变，所以瓶内气体温度不变，则气体分子平均动
能不变，气体内能不变，根据热力学第一定律可知，气体向外界放热，
故B正确，C错误；由于气体体积减小，所以单位时间内与瓶壁单位面
积上碰撞的空气分子数变多，故D错误。
4.一定质量的理想气体，在温度保持不变的条件下，若气体体积减小，
则( )
A.气体的内能不变 B.气体可能从外界吸收热量
C.气体的压强可能不变 D.气体压强与体积的乘积变小
解析：选A。一定质量的理想气体，当温度保持不变时，气体内能不
变，故A正确；由于气体体积减小，外界一定对气体做了正功，
根据，即气体放出热量，即B错误；在温度保持不变
时，根据玻意耳定律，恒量，当体积减小时，压强一定增大，故
CD错误。
√
4.如图所示为一定质量的理想气体状态变化过程中的三个状态，图中ba
的延长线过原点，则下列说法正确的是( )
A.过程，由于气体分子密度增大，压强增大
B.过程，气体分子速率分布中各速率区间的分
子数占总分子数的比例均增加
C.过程，气体放出的热量小于气体内能的减小
量
D.过程，气体从外界吸收热量
√
解析：选D。过程，由图像可知，可知该过程气体的体积不
变，气体分子密度不变，故A错误；
过程，气体温度升高，气体分子速率分布中速率大区间的分子数
占总分子数的比例增加，但速率小区间的分子数占总分子数的比例减
少，故B错误；根据理想气体状态方程，可得过程，
图像上点与原点连线斜率逐渐增大，则气体体积逐渐减小，外界对气
体做正功，由于气体温度降低，气体内能减少，根据热力学第一定律
可知，气体放出的热量大于气体内能的减小量，故C错误；根据
过程，气体体积不变，做功为0；过程，气体体积逐
渐增大，外界对气体做负功；过程，气体体积逐渐减小，外界对
气体做正功；由于与两个过程气体体积变化大小相同，可
知过程外界对气体做负功的绝对值大于外界对气体做正功
的绝对值，则过程，外界对气体做负功，由于气体的内
能不变，根据热力学第一定律可知，气体从外界吸收热量，故D正确。
5.中国科学院院士叶笃正在大气动力学、大气环流等领域成就卓著，获
得国家最高科学技术奖，大气气流的升降运动会造成不同高度的温度
变化，致使气象万变，万米高空的气温往往在以下，在研究大气
现象时可把温度、压强相同的一部分气体作为研究对象，叫做气团，
气团直径可达几千米，由于气团很大，边缘部分与外界的热交换对整
个气团没有明显影响，可以忽略，用气团理论解释高空气温很低的原
因，是因为地面的气团上升到高空的过程中( )
A.剧烈膨胀，同时大量对外放热，使周围温度降低
B.剧烈收缩，同时从周围吸收大量热量，使周围温度降低
C.剧烈膨胀，气团对外做功，内能大量减少导致温度降低
D.剧烈收缩，外界对气团做功，故周围温度降低
解析：选C。地面的气团上升到高空的过程中压强减小，气团膨胀，
对外做功，由于气团很大，边缘部分与外界的热交换对整个气团
没有明显影响，可以忽略，即，根据热力学第一定律：
，可知，，气团内能减小，温度降低，故C正确，
ABD错误。
√
6.一定质量的理想气体从状态A变化到状态B，
最后变化到状态图像如图所示。已知
该气体在状态B时的压强为。下列
说法正确的是( )
A.状态A时的气体压强为
B.过程气体吸热
C.过程气体压强增大
D.过程气体对外做功200J
√
解析：选D。从状态A变化到状态B，气体发生等温变化，根据玻尔定
律可得：，解得
，故A错误；气体从状态A到状态B温度不变，内能
不变，体积减小，外界对气体做功
，根据热力学第一定律：，可知气体放热，故B错
误；根据理想气体状态方程：
变形得：，可知V-T图像的斜率表示压强，根据图像可知
斜率不变，所以过程气体压强不变，故C错误；过程气体
体积变大，对外做功，则有，代入数据解得：
，
负号表示气体对外做功，故D正确。
7.一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，其V-T图像如图所示。
下列说法正确的有( )
A.的过程中，气体内能增加
B.的过程中，气体吸收热量
C.的过程中，气体压强变大
D.的过程中，气体压强减小
√
解析：选C。的过程中，气体温度不变，内能不变，气体做等温
变化，由可知，气体体积减小时，压强增大，故A错误；
C正确；的过程中，气体体积减小，外界对气体做功，温度降低，
内能减少，由热力学第一定律，可知气体放热，由图像及
，可知，气体做等压变化，故BD错误。
8.下列关于能量守恒定律的认识，不正确的是( )
A.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
B.对物体做功，物体的内能可能减小
C.某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加
D.某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加
√
解析：选A。根据能量守恒定律可知，石子从空中落下，最后停止在
地面上，石子的能量并没有消失，石子的机械能转化成了内能，故A
错误；做功与热传递可以改变物体的内能，对物体做功的同时，如果
物体向外释放热，则物体的内能可能减小，故B正确；根据能量守恒定
律可知，某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加，故C正
确；根据能量守恒定律可知，某种形式的能量减少，一定存在其他形
式的能量增加，故D正确。
9.能源是社会发展的基础。下列关于能量守恒和能源的说法正确的是
( )
A.能量是守恒的，能源是取之不尽，用之不竭的
B.能量的耗散反映了能量是不守恒的
C.开发新能源，是缓解能源危机的重要途径
D.对能源的过度消耗将使自然界的能量不断减小，形成“能源危机”
√
解析：选A。能量是守恒的，能源是能够提供可利用能量的物质，并
不是取之不尽，用之不竭的，故A错误；
能量的耗散是一种形式能量转化为另一种形式的能量，能量守恒定
律是自然界的规律之一，故B错误；
开发新能源，是缓解能源危机的重要途径，故C正确；对能源的过度
消耗将形成“能源危机”，但自然界的能量不变，故D错误。
10.(多选)如图所示为焦耳实验装置图，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.只要重力做功相同，水温上升的数值
就相同
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：选AC。只要重力做功相同，水温上升的数值就相同，故A正确；
做功增加了水的内能，热量只是热传递过程中内能改变的量度，故B错
误，C正确；做功和传热产生的效果相同，但功和热量是不同的概念，
故D错误。
11.(多选)关于物体的内能，下列说法正确的是( )
A.由公式可知，热传递和对物体做功都可以改变物体的内
能
B.水的内能小于水蒸气的内能
C.对于质量和温度相同的氢气和氧气，它们的内能相同
D.对于给定的物体，其内能大小由物体的位置高低、运动速度大小决
定
√
√
解析：选AB。由热力学第一定律可知，热传递和对物体做功都可以改
变物体的内能，A正确；水变为水蒸气需要吸热，水蒸气内能大，B正
确；对于质量和温度相同的氢气和氧气，分子数不同，平均动能相同，
所以内能不同，C错误；内能与宏观位置、机械运动无关，D错误。
12.(多选)一定质量的理想气体，如图所示经历
了的变化过程，已知气体
在A状态的温度是。下列说法正确的是
( )
A.状态的温度是
B.状态的温度是
C.过程气体对外做功
D.过程气体对外做功
√
√
解析：选BC。从A到B气体进行等压变化，根据，可得状态的
温度是，选项A错误；
从A到D气体进行等容变化，根据，可得状态的温度是
，选项B正确；过程气体体积变大，则对外做功
，选项C正确；过
程气体体积减小，外界对气体做功，选项D错误。
13.(多选)一定质量理想气体从状态a开始，经历了
的过程，其图线如图所示，
两段曲线为双曲线的一部分，则下列
分析正确的是( )
A.气体温度降低
B.外界对气体做功
C.气体从外界吸收热量
D.整个过程气体对外界放出热量
√
√
解析：选BD。由查理定律，由图可知，可得，
则气体温度升高，故A错误；
气体体积减小，外界对气体做功，故B正确；气体温度降低，
内能减小，气体体积减小，外界对气体做功，根据热力学第一定律可
知，向外界释放热量，故C错误；图像的面积表示外界对气体做的功，
可知，整个循环中外界对气体做功大于气体对外界做功，所以整个循
环外界对气体做功，气体内能不变，根据热力学第一定律可知，向外
界释放热量，故D正确。
14.(多选)下列说法中正确的是( )
A.物体吸收热量后，温度一定升高
B.物体温度改变时，物体分子的平均动能不一定改变
C.当分子间的距离变小时，分子间作用力有可能减小
D.第一类永动机无法制成是因为其违背了能量守恒定律
√
√
解析：选CD，根据热力学第一定律有，可知，物体吸收
热量后如果同时对外做功，且所做的功大于吸收的热量时，则物体的
温度将降低，故A错误；温度是物体分子平均动能的标志，温度越高
分子的平均动能就越大，因此物体温度改变时，物体分子的平均动能
一定改变，故B错误；当分子间的距离变小时，分子间作用力有可能增
大，也有可能减小，故C正确；第一类永动机无法制成是因为其违背
了能量守恒定律，故D正确。
15.一定质量的理想气体由状态变化的图像为如图所示的直
线。已知气体在此过程中的最高热力学温度，求：
此过程中体对外界做的功W；
气体在状态M时的热力学温度TM。
解析：根据
可知图像与坐标轴围成的面积为气体与外界做功的大小，则有
。
根据理想气体状态方程，
可知当乘积最大时，气体温度最高；根据图像可知，与的
函数表达式为
则有：。
根据数学知识可知，当，时，乘积具有最大
值，此时对应最高热力学温度，由理想气体状态方程有
代入数据解得
。
16.如图1所示，导热性能良好、内
壁光滑的汽缸开口向上放置，其上
端口装有固定卡环。质量
、横截面积的
活塞将一定质量的理想气体封闭在
缸内。现缓慢升高环境温度，气体
(1)状态C时气体的压强；
从状态A变化到状态C的图像如图2所示，已知大气压强
，重力加速度 求：
【解析】A状态气体压强为
由B变化到C，由等容变化
又
联立得：。
(2)气体从A到C的过程中吸收的热量为，则此过程气体内能的
变化量。
【解析】气体从A到B过程中对外做功为
根据热力学第一定律
联立得
即此过程中内能增加。
17.在图甲所示的密闭汽缸内装有一定质量的理想气体，图乙是它从状
态A变化到状态B的图像。已知AB的反向延长线通过坐标原点，
气体在A点的压强为，在从状态A变化到状态B的过程
中，气体吸收的热量，求：
①气体在状态B的体积；
②此过程中气体内能的增量。
【解析】(1)根据AB的反向延长线通过坐标原点，知从A到B理想气体
发生等压变化。由盖吕萨克定律得
代入数据得。
(2)外界对气体做的功
又
得：。
18.如图所示，开口向上的绝热汽缸竖直放置，汽缸壁内有
卡环，质量为m、横截面积为S的绝热活塞静止在缸内，距
缸底的高度为h，离卡环的距离为，活塞下方密封有一
定质量的温度为的理想气体。活塞与汽缸内壁无摩擦且
(1)当活塞刚好到卡环处时，缸内气体的温度；
不漏气。外界大气压强为，重力加速度为g，现用电热丝
(体积忽略不计)缓慢加热汽缸中的气体，求：
【解析】当活塞刚好到卡环处时，设缸内气体的温度为，气体发生
等压变化，则
解得。
(2)若气体温度每升高，气体内能就增加，则当活塞对卡环的压力
大小等于时，电热丝放出的热量。
【解析】开始时，缸内气体压强为
当活塞对卡环的压力大小等于时，缸内气体压强为
设此时缸内气体温度为，根据理想气体状态方程
解得
根据热力学第一定律，电热丝放出的热量
。
19.如图所示，悬挂的活塞与汽缸间密封一定质量的理想气体，
初始时气体压强为，体积为，热力学温度为，汽缸悬
在空中保持静止，此时汽缸所受活塞的静摩擦力为F。缓慢
加热气体，直至气体体积增大到，整个过程中气体吸收
的热量为Q。已知大气压为，活塞面积为S，活塞与汽缸间
的最大静摩擦力与滑动摩擦力均为。求：
(1)汽缸所受重力的大小G；
【解析】初始时对气缸受力分析有。
(2)汽缸开始下移时气体的热力学温度；
【解析】气缸开始下移的临界时静摩擦力达到了最大值，设此时压强
为，由题意可知，活塞的横截面积与气缸底部的横截面积相同，此
时对气缸受力分析有
由理想气体状态方程有
解得：。
(3)整个过程中缸内气体内能的变化量。
【解析】由于活塞缓慢移动，所以活塞移动过程中气体的压强不变，
由之前的分析可知，气体的压强为
所以整个过程，气体做功为
由于气体体积变大，所以外界对气体做功为负值，数值与气体做功大
小相等，由热力学第一定律有
解得。

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