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第三章　热力学定律
第1节　功、热和内能的改变
[学习目标要求]　1.了解焦耳的两个实验。掌握从热力学角度认识内能的概念。2.知道做功与内能改变的关系，知道传递的热量与内能变化的关系。3.知道做功和传热是改变内能的两种方式，且对改变系统内能是等效的。4.明确内能、功、热量、温度四个物理量的区别和联系。
课前预习·夯基固本
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_________，它不从外界_________，也不向外界_________。
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_________。
(2)通过电流的____________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_________无关。
知识点一
[判一判]
(1)绝热过程就是系统与外界不发生热量传递的过程。(　　)
(2)在绝热过程中，不同的做功方式会直接影响系统状态变化的最终结果。(　　)
(3)某一系统在经历绝热过程时，只要初状态相同，末状态也相同，则做功数量一定相同。(　　)
√
×
√
功与内能的改变
1．内能：只依赖于热力学系统_______________的物理量。
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增加量，即ΔU＝W。
知识点二
热与内能的改变
1．热传递
(1)发生条件：物体间的_________不同。
(2)发生过程：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，______从高温物体传到低温物体。
2．热和内能
(1)单纯地对系统传热也能改变系统的____________状态，即热传递能改变系统的_________。
(2)热量：在单纯的传热过程中系统_______________的量度。
知识点三
(3)单纯的传热过程中内能的变化
①公式：ΔU＝U2－U1，_______________；
②系统吸热，Q为正，系统内能_________；系统放热，Q为负，系统内能_________。
3．做功和传热的区别和等效性
(1)做功时，内能与其他形式的能(如内能与机械能、内能与电能等)发生_________，而传热只是不同物体(或一个物体的不同部分)之间内能的转移。
(2)做功和传热改变内能的方式不同，但效果是____________。
[练一练]
(多选)下列关于做功和热传递的说法正确的是(　 　)
A．做功和热传递的实质是相同的
B．做功和热传递可以同时发生
C．做功和热传递在改变物体内能上是等效的
D．做功和热传递是对同一过程的两种说法
BC
BC　做功和热传递在改变物体内能上是等效的，但有着本质区别。做功是内能和其他形式能量间的相互转化，外界对物体做功，其他形式的能转化为物体的内能，物体对外界做功，物体的内能转化为其他形式的能；而热传递是将高温物体的内能传递给低温物体，或是将同一物体高温部分的内能传递给低温部分。做功和热传递互不影响，所以二者可以同时进行。故B、C正确，A、D错误。
课堂探究·拓展思维
学习任务一　做功与内能的改变
[导学探究]
如图所示为幼儿园里的滑梯，小朋友沿滑梯下滑时屁股通常会感到发热。试分析其中的道理？
提示：小朋友沿滑梯下滑时克服摩擦力做功，内能增加。
[思维深化]
1．功和内能的理解
(1)功是过程量，内能是状态量。
(2)在绝热过程中，做功一定能引起系统内能的变化
(3)系统的内能大，并不意味着做功多。在绝热过程中，内能变化越大时，对应着做功越多。
2．做功改变系统内能的实质
(1)做功改变系统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)做功使系统内能发生变化时，内能改变的多少用做功的数值来量度。
如图所示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，气体内能增加
B．外界对气体做功，气体内能减少
C．气体对外界做功，气体内能增加
D．气体对外界做功，气体内能减少
例 1
A
A　因为M、N内被封气体的体积减小，所以外界对气体做功，即W>0；又因气体不与外界发生热交换，即绝热过程，所以ΔU＝W，则ΔU>0，气体内能增加，A正确。
如图所示，厚壁容器的一端通过胶塞插进一支灵敏温度计和一根气针，另一端有个用卡子卡住的可移动胶塞。用打气筒慢慢向容器内打气(可看作理想气体)，使容器内的压强增大到一定程度，这时读出温度计示数。打开卡子，胶塞冲出容器口后(　　)
例 2
A．温度计示数变大，实验表明气体对外界做功，内能减少
B．温度计示数变大，实验表明外界对气体做功，内能增加
C．温度计示数变小，实验表明气体对外界做功，内能减少
D．温度计示数变小，实验表明外界对气体做功，内能增加
C　胶塞冲出容器口后，气体膨胀，对外做功。由于没来得及发生热交换，由W＝ΔU可知内能减少，温度降低，即温度计示数变小。
[针对训练]
1．金属筒内装有与外界温度相同的压缩空气，打开筒的开关，筒内高压空气迅速向外逸出，待筒内外压强相等时，立即关闭开关。在外界保持恒温的条件下，经过一段较长的时间后，再次打开开关，这时出现的现象是(　　)
A．筒外空气流向筒内
B．筒内空气流向筒外
C．筒内外有空气交换，处于动态平衡，筒内空气质量不变
D．筒内外无空气交换
B
B　第一次打开筒的开关，筒内高压空气迅速向外逸出，对外做功，内能减少，温度降低。待筒内外压强相等时立即关闭开关，此时外界温度高于筒内温度，热量的传递方向为由外界传入金属筒内。经过一段较长时间后，筒内温度上升到和外界一致，由于温度上升，筒内空气的压强增大，再次打开开关时，会有空气向外界逸出。故选B。
学习任务二　传热与内能的改变
[导学探究]
“围炉夜话”是中国古代文人认为非常有生活情趣的一种生活方式。在“围炉”的过程中，人的身体并没有和炉子本身发生接触，为什么还能够感到温暖？
提示：炉子和人身体没有发生接触也可以感到温暖是因为热量可以通过热传递向外扩散，这和暖气的散热方式是相同的。
[思维深化]
1．功、内能、热量的区别与联系
(1)内能是状态量，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。
(2)热量是过程量，反映物体在状态变化过程中所转移的能量，是用来衡量物体内能变化的，有过程，才有变化，离开过程，毫无意义。
(3)一定量的热量与一定量的功相当，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，但它们之间有着本质的区别。
(4)对某一状态而言，只有“内能”，根本不存在“热量”和“功”。不能说一个系统中含有多少热量。
注意：传热的前提条件是两个系统之间要有温度差，传递的是热量而不是温度。
2．热传递与内能改变的关系
(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＝ΔU。
(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＝－ΔU。
3．改变内能的两种方式的比较
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
关于物体的内能和热量，下列说法中正确的有(　　)
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．在传热过程中，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．在传热过程中，热量从高温物体传递到低温物体，直到两物体的温度相同为止
例 3
D
D　物体的内能由温度、体积及物体的质量(物质的量)决定，不是只由温度决定，故A、B错误；在传热过程中，热量由高温物体传给低温物体，而与物体的内能大小无关，所以有可能是内能大的物体内能增大，内能小的物体内能减小，故C错误，D正确。
(多选)一个铜块和铁块，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，如果不和外界交换热量，则(　 　)
A．从两者开始接触到热平衡的整个过程中，铜块放出的热量等于铁块吸收的热量
B．在两者达到热平衡以前的任意一段时间内，铜块放出的热量不等于铁块吸收的热量
D．达到热平衡时，两者的温度相等
例 4
AD
AD　在孤立系统中两物体发生热交换时，一个物体放出的热量等于另一个物体吸收的热量，当达到热平衡时两物体必具有相同的温度，故A、D选项正确。
[针对训练]
2．下列现象中，通过传热的方法来改变物体内能的是(　　)
A．打开电灯开关，灯丝的温度升高，内能增加
B．太阳能热水器在阳光照射下，水的温度逐渐升高
C．用磨刀石磨刀时，刀片的温度升高，内能增加
D．打击铁钉，铁钉的温度升高，内能增加
B
B　打开电灯开关，灯丝的温度升高，是通过电流做功的方法来改变物体内能的，A错误；太阳能热水器中水的内能增加是以传热方式进行的，B正确；用磨刀石磨刀时，刀片温度升高，是通过做功的方法来改变物体内能的，C错误；打击铁钉，铁钉温度升高，是通过做功的方法来改变物体内能的，D错误。
随堂练习·培养能力
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量交换，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
AD
AD　气体膨胀，气体对外做正功，W<0，又因为气体与外界无热量交换，Q＝0，由此可知气体内能减小，ΔU<0，B错误，D正确；因忽略气体分子间的相互作用，没有分子势能，所以分子平均动能减小，A正确，C错误。
2．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。今对活塞施加一竖直向下的压力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力，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
C
C　向下压活塞，活塞对气体做功，气体的内能增加，温度升高，气体的体积减小，可得出气体的压强增大，故选项C正确。
3．(多选)在外界不做功的情况下，物体的内能增加了50 J，下列说法正确的是(　 　)
A．一定是物体放出了50 J的热量
B．一定是物体吸收了50 J的热量
C．一定是物体分子动能增加了50 J
D．物体分子的平均动能可能不变
BD
BD　在外界不做功的情况下，内能的改变量等于传递的热量，内能增加50 J，一定是吸收了50 J的热量，故A错误，B正确；物体内能包括所有分子的动能和势能，内能由分子数、分子平均动能、分子势能共同决定，所以内能增加了50 J并不一定是分子动能增加了50 J，物体分子的平均动能有可能不变，这时吸收的50 J热量全部用来增加分子势能，故C错误，D正确。
4．对于热量、功和内能三个物理量，下列说法中正确的是(　　)
A．热量和功与过程有关，而内能与状态有关
B．热量、功和内能的物理意义相同
C．热量和功都可以作为内能的量度
D．内能大的物体具有的热量多
A
A　热量和功是过程量，与过程有关，而内能是状态量，与状态有关，故A正确；热量、功和内能是三个不同的物理量，它们的物理意义不同，热量反映了物体内能的变化多少，功是能量转化的量度，内能是物体内所有分子动能和势能之和，做功和热量都可以作为改变物体内能变化的量度，而不是内能的量度，故B、C错误；热量是过程量，不是状态量，不能说内能大的物体具有的热量多，故D错误。
课后训练·凝练素养
[基础对点练]
对点练1　做功与内能的改变
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．这个装置可测定热量与做功的关系
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
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AC
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AC　该实验可测定做功和热量的关系，A正确；该实验是绝热过程，没有传热，内能的改变是由于做功，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。
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2．如图所示，对于图片中所描述的物理过程，下列分析中正确的是
(　　)
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A．图甲，空气压缩引火仪内的空气被快速压缩，引火仪内空气的内能减少
B．图乙，瓶子内的空气推动塞子跳起，瓶内空气的内能增大
C．图丙，试管内的水蒸气推动塞子冲出去，水蒸气的内能减少
D．图丁，汽缸内的气体推动活塞快速向下运动时，汽缸内气体的内能增大
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C　图甲，空气压缩引火仪内的空气被快速压缩，可认为过程绝热，活塞对引火仪内空气做功，引火仪内空气的内能增加，故A错误；图乙，瓶子内的空气推动塞子跳起，可认为过程绝热，瓶内空气对活塞做功，瓶内空气的内能减少，故B错误；图丙，试管内的水蒸气推动塞子冲出去，可认为过程绝热，水蒸气对塞子做功，水蒸气的内能减少，故C正确；图丁，汽缸内的气体推动活塞快速向下运动时，可认为过程绝热，气体对活塞做功，汽缸内气体的内能减少，故D错误。
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1
3．地面附近有一正在上升的空气团，它与外界的热交换忽略不计。已知大气压强随高度增加而降低，则该空气团在上升过程中(不计空气团内分子间的势能)(　　)
A．体积减小，温度降低
B．体积减小，温度不变
C．体积增大，温度降低
D．体积减小，温度升高
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C
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C　空气团在上升过程中，与外界的热交换忽略不计，外界压强逐渐减小，则在压强差的作用下，空气团体积逐渐增大，对外界做功，根据ΔU＝W，所以空气团内能逐渐减小，温度逐渐降低，故选C。
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4. 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
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D
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D　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，内能减小。接触面是绝热面，拉动拉杆，对乙部分气体来讲，气体对外界做功，内能减小，即E乙减小；对甲部分气体来讲，外界对气体做功，内能增加，即E甲增大，故选D。
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对点练2　传热与内能的改变
5．关于热传递，下列说法正确的是(　　)
A．热传递的实质是温度的传递
B．物体间存在着温度差，才能发生热传递
C．热传递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
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B
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B　热传递实质上是热量在两物体间或同一物体不同部分间发生转移，故A错误；热传递发生的条件是物体间存在温度差，高温物体放出热量，低温物体吸收热量，若两物体温度相同，它们之间便不会发生热传递，故B正确，C错误；物体吸收或放出热量，内能会发生变化，但内能变化不一定是热传递引起的，还可以用做功的方式改变内能，故D错误。
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6．下列关于热传递的说法，正确的是(　　)
A．热量是从含热量较多的物体传给含热量较少的物体
B．热量是从温度较高的物体传给温度较低的物体
C．热量是从内能较多的物体传给内能较少的物体
D．热量是从比热容大的物体传给比热容小的物体
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B
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B　热量是过程量，不能说一个物体含多少热量，A错误；热传递发生在有温度差的两物体间或一个物体的两部分间，且总是从高温物体(或部分)传递给低温物体(或部分)，与物体内能的多少、比热容的高低均无关，B正确，C、D错误。
7
7．(多选)下列所述现象中属于利用传热的方式改变物体内能的是
( 　　)
A．冬天，用手去拿室外的铁块，手感到冷
B．冬天，通过嘴哈气给手取暖
C．夏天，在地面上晒小麦
D．冬天，两手相互搓动取暖
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ABC
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ABC　冬天，用手去拿室外的铁块使手变冷、通过嘴哈气给手取暖，夏天，在地面上晒小麦，都是通过传热改变物体的内能；冬天，两手相互搓动取暖是通过做功改变物体内能，故A、B、C正确，D错误。
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[能力提升练]
8．关于物体内能的变化，以下说法正确的是(　　)
A．物体放出热量，内能一定减少
B．物体对外做功，内能一定减少
C．物体放出热量，同时对外做功，内能可能不变
D．物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变
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D
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D　物体放出热量，若外界对物体做的功大于放出的热量，其内能增加，故A错误；物体对外做功，若同时从外界吸收热量，则内能不一定减少，故B错误；物体放出热量，同时对外做功，内能一定减少，故C错误；物体吸收热量，同时对外做功，若二者相等，则内能可能不变，故D正确。
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9．如图所示，A、B是两个完全相同的球，分别浸没在水和盐水的同一深度处，A、B两球用同一种材料制成，当温度稍微升高时，球的体积会明显变大，如果开始水和盐水的温度相同，且两液体温度同时缓慢升高同一值，两球膨胀后，体积相等，则(　　)
A．A球吸收的热量较多
B．B球吸收的热量较多
C．两球吸收的热量一样多
D．无法确定
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B
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B　两球初、末状态温度分别相同，初、末状态体积也相同，所以内能增量相同，但盐水中的B球膨胀时对外做功多，所以吸热较多，故B正确。
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10．关于温度、内能和热量的说法中，正确的是(　　)
A．物体吸收热量时内能增加，温度一定升高
B．在汽油机的压缩冲程中，机械能转化为内能
C．用锯条锯木板，锯条从木板吸收了热量，锯条的温度升高
D．人们不敢大口喝热气腾腾的汤，是因为汤含有的热量较多
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B
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B　晶体熔化过程中，吸热内能增加但温度不变，A错误；汽油机在压缩冲程中把机械能转化为内能，使汽油和空气混合物的内能增加，温度升高，B正确；用锯条锯木板，摩擦生热，机械能转化成内能，锯条的温度升高，是通过做功的方式增加了锯条和木板的内能，C错误；热量是过程量，只能说吸收或放出多少热量，不能说含有多少热量，D错误。
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11．如图所示，在紫铜管内滴入乙醚，盖紧管塞。用手拉住绳子两端迅速往复拉动，管塞会被冲开。管塞被冲开前(　　)
A．外界对管内气体做功，气体内能增大
B．管内气体对外界做功，气体内能减小
C．管内气体内能不变，压强变大
D．管内气体内能增大，压强变大
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D　克服绳与金属管间的摩擦做功，使管壁内能增大，温度升高。通过热传递，乙醚的内能增大，温度升高，直至沸腾，管塞会被冲开。管塞被冲开前管内气体内能增大，压强变大。选项D正确。
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[尖子生选练]
12．(多选)如图所示，绝热汽缸中间用固定栓将可移动无摩擦的导热隔板固定，隔板质量不计，左右两室分别充有一定量的氢气和氧气(均视为理想气体)。初始时，两室气体的温度相等，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，下列说法正确的是(　 　)
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A．初始时氢气分子的平均动能大于氧气分子的平均动能
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
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CD　温度是分子平均动能的标志，温度相同，分子的平均动能相同，与分子质量无关。初始时，两部分气体温度相同，故分子的平均动能相同，A错误；从松开固定栓至系统重新达到平衡的过程中，先是氢气对氧气做功，氢气内能减少、温度降低，氧气内能增加、温度升高，由于存在温度差，故会发生传热，最后两者温度相同，氧气内能又减小，整个过程为绝热过程，汽缸内气体内能不变，等于初始值，所以两种气体的内能与初始时相同，B错误，C、D正确。
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课时规范训练(十三)
本部分内容讲解结束
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[学习目标要求]　1.了解焦耳的两个实验。掌握从热力学角度认识内能的概念。2.知道做功与内能改变的关系，知道传递的热量与内能变化的关系。3.知道做功和传热是改变内能的两种方式，且对改变系统内能是等效的。4.明确内能、功、热量、温度四个物理量的区别和联系。
　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。
[判一判]
(1)绝热过程就是系统与外界不发生热量传递的过程。(√)
(2)在绝热过程中，不同的做功方式会直接影响系统状态变化的最终结果。(×)
(3)某一系统在经历绝热过程时，只要初状态相同，末状态也相同，则做功数量一定相同。(√)
　功与内能的改变
1．内能：只依赖于热力学系统自身状态的物理量。
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增加量，即ΔU＝W。
　热与内能的改变
1．热传递
(1)发生条件：物体间的温度不同。
(2)发生过程：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，热从高温物体传到低温物体。
2．热和内能
(1)单纯地对系统传热也能改变系统的热力学状态，即热传递能改变系统的内能。
(2)热量：在单纯的传热过程中系统内能变化的量度。
(3)单纯的传热过程中内能的变化
①公式：ΔU＝U2－U1，ΔU＝Q；
②系统吸热，Q为正，系统内能增加；系统放热，Q为负，系统内能减少。
3．做功和传热的区别和等效性
(1)做功时，内能与其他形式的能(如内能与机械能、内能与电能等)发生转化，而传热只是不同物体(或一个物体的不同部分)之间内能的转移。
(2)做功和传热改变内能的方式不同，但效果是相同的。
[练一练]
(多选)下列关于做功和热传递的说法正确的是(　　)
A．做功和热传递的实质是相同的
B．做功和热传递可以同时发生
C．做功和热传递在改变物体内能上是等效的
D．做功和热传递是对同一过程的两种说法
解析：BC　做功和热传递在改变物体内能上是等效的，但有着本质区别。做功是内能和其他形式能量间的相互转化，外界对物体做功，其他形式的能转化为物体的内能，物体对外界做功，物体的内能转化为其他形式的能；而热传递是将高温物体的内能传递给低温物体，或是将同一物体高温部分的内能传递给低温部分。做功和热传递互不影响，所以二者可以同时进行。故B、C正确，A、D错误。
学习任务一　做功与内能的改变
[导学探究]
如图所示为幼儿园里的滑梯，小朋友沿滑梯下滑时屁股通常会感到发热。试分析其中的道理？
提示：小朋友沿滑梯下滑时克服摩擦力做功，内能增加。
[思维深化]
1．功和内能的理解
(1)功是过程量，内能是状态量。
(2)在绝热过程中，做功一定能引起系统内能的变化
(3)系统的内能大，并不意味着做功多。在绝热过程中，内能变化越大时，对应着做功越多。
2．做功改变系统内能的实质
(1)做功改变系统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)做功使系统内能发生变化时，内能改变的多少用做功的数值来量度。
　如图所示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，气体内能增加
B．外界对气体做功，气体内能减少
C．气体对外界做功，气体内能增加
D．气体对外界做功，气体内能减少
解析：A　因为M、N内被封气体的体积减小，所以外界对气体做功，即W>0；又因气体不与外界发生热交换，即绝热过程，所以ΔU＝W，则ΔU>0，气体内能增加，A正确。
　如图所示，厚壁容器的一端通过胶塞插进一支灵敏温度计和一根气针，另一端有个用卡子卡住的可移动胶塞。用打气筒慢慢向容器内打气(可看作理想气体)，使容器内的压强增大到一定程度，这时读出温度计示数。打开卡子，胶塞冲出容器口后(　　)
A．温度计示数变大，实验表明气体对外界做功，内能减少
B．温度计示数变大，实验表明外界对气体做功，内能增加
C．温度计示数变小，实验表明气体对外界做功，内能减少
D．温度计示数变小，实验表明外界对气体做功，内能增加
解析：C　胶塞冲出容器口后，气体膨胀，对外做功。由于没来得及发生热交换，由W＝ΔU可知内能减少，温度降低，即温度计示数变小。
[针对训练]
1．金属筒内装有与外界温度相同的压缩空气，打开筒的开关，筒内高压空气迅速向外逸出，待筒内外压强相等时，立即关闭开关。在外界保持恒温的条件下，经过一段较长的时间后，再次打开开关，这时出现的现象是(　　)
A．筒外空气流向筒内
B．筒内空气流向筒外
C．筒内外有空气交换，处于动态平衡，筒内空气质量不变
D．筒内外无空气交换
解析：B　第一次打开筒的开关，筒内高压空气迅速向外逸出，对外做功，内能减少，温度降低。待筒内外压强相等时立即关闭开关，此时外界温度高于筒内温度，热量的传递方向为由外界传入金属筒内。经过一段较长时间后，筒内温度上升到和外界一致，由于温度上升，筒内空气的压强增大，再次打开开关时，会有空气向外界逸出。故选B。
学习任务二　传热与内能的改变
[导学探究]
“围炉夜话”是中国古代文人认为非常有生活情趣的一种生活方式。在“围炉”的过程中，人的身体并没有和炉子本身发生接触，为什么还能够感到温暖？
提示：炉子和人身体没有发生接触也可以感到温暖是因为热量可以通过热传递向外扩散，这和暖气的散热方式是相同的。
[思维深化]
1．功、内能、热量的区别与联系
(1)内能是状态量，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。
(2)热量是过程量，反映物体在状态变化过程中所转移的能量，是用来衡量物体内能变化的，有过程，才有变化，离开过程，毫无意义。
(3)一定量的热量与一定量的功相当，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，但它们之间有着本质的区别。
(4)对某一状态而言，只有“内能”，根本不存在“热量”和“功”。不能说一个系统中含有多少热量。
注意：传热的前提条件是两个系统之间要有温度差，传递的是热量而不是温度。
2．热传递与内能改变的关系
(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＝ΔU。
(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＝－ΔU。
3．改变内能的两种方式的比较
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
　关于物体的内能和热量，下列说法中正确的有(　　)
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．在传热过程中，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．在传热过程中，热量从高温物体传递到低温物体，直到两物体的温度相同为止
解析：D　物体的内能由温度、体积及物体的质量(物质的量)决定，不是只由温度决定，故A、B错误；在传热过程中，热量由高温物体传给低温物体，而与物体的内能大小无关，所以有可能是内能大的物体内能增大，内能小的物体内能减小，故C错误，D正确。
　(多选)一个铜块和铁块，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，如果不和外界交换热量，则(　　)
A．从两者开始接触到热平衡的整个过程中，铜块放出的热量等于铁块吸收的热量
B．在两者达到热平衡以前的任意一段时间内，铜块放出的热量不等于铁块吸收的热量
C．达到热平衡时，铜块的温度为T＝
D．达到热平衡时，两者的温度相等
解析：AD　在孤立系统中两物体发生热交换时，一个物体放出的热量等于另一个物体吸收的热量，当达到热平衡时两物体必具有相同的温度，故A、D选项正确。
[针对训练]
2．下列现象中，通过传热的方法来改变物体内能的是(　　)
A．打开电灯开关，灯丝的温度升高，内能增加
B．太阳能热水器在阳光照射下，水的温度逐渐升高
C．用磨刀石磨刀时，刀片的温度升高，内能增加
D．打击铁钉，铁钉的温度升高，内能增加
解析：B　打开电灯开关，灯丝的温度升高，是通过电流做功的方法来改变物体内能的，A错误；太阳能热水器中水的内能增加是以传热方式进行的，B正确；用磨刀石磨刀时，刀片温度升高，是通过做功的方法来改变物体内能的，C错误；打击铁钉，铁钉温度升高，是通过做功的方法来改变物体内能的，D错误。
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量交换，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：AD　气体膨胀，气体对外做正功，W<0，又因为气体与外界无热量交换，Q＝0，由此可知气体内能减小，ΔU<0，B错误，D正确；因忽略气体分子间的相互作用，没有分子势能，所以分子平均动能减小，A正确，C错误。
2．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。今对活塞施加一竖直向下的压力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力，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：C　向下压活塞，活塞对气体做功，气体的内能增加，温度升高，气体的体积减小，可得出气体的压强增大，故选项C正确。
3．(多选)在外界不做功的情况下，物体的内能增加了50 J，下列说法正确的是(　　)
A．一定是物体放出了50 J的热量
B．一定是物体吸收了50 J的热量
C．一定是物体分子动能增加了50 J
D．物体分子的平均动能可能不变
解析：BD　在外界不做功的情况下，内能的改变量等于传递的热量，内能增加50 J，一定是吸收了50 J的热量，故A错误，B正确；物体内能包括所有分子的动能和势能，内能由分子数、分子平均动能、分子势能共同决定，所以内能增加了50 J并不一定是分子动能增加了50 J，物体分子的平均动能有可能不变，这时吸收的50 J热量全部用来增加分子势能，故C错误，D正确。
4．对于热量、功和内能三个物理量，下列说法中正确的是(　　)
A．热量和功与过程有关，而内能与状态有关
B．热量、功和内能的物理意义相同
C．热量和功都可以作为内能的量度
D．内能大的物体具有的热量多
解析：A　热量和功是过程量，与过程有关，而内能是状态量，与状态有关，故A正确；热量、功和内能是三个不同的物理量，它们的物理意义不同，热量反映了物体内能的变化多少，功是能量转化的量度，内能是物体内所有分子动能和势能之和，做功和热量都可以作为改变物体内能变化的量度，而不是内能的量度，故B、C错误；热量是过程量，不是状态量，不能说内能大的物体具有的热量多，故D错误。
[基础对点练]
对点练1　做功与内能的改变
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．这个装置可测定热量与做功的关系
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：AC　该实验可测定做功和热量的关系，A正确；该实验是绝热过程，没有传热，内能的改变是由于做功，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．如图所示，对于图片中所描述的物理过程，下列分析中正确的是(　　)
A．图甲，空气压缩引火仪内的空气被快速压缩，引火仪内空气的内能减少
B．图乙，瓶子内的空气推动塞子跳起，瓶内空气的内能增大
C．图丙，试管内的水蒸气推动塞子冲出去，水蒸气的内能减少
D．图丁，汽缸内的气体推动活塞快速向下运动时，汽缸内气体的内能增大
解析：C　图甲，空气压缩引火仪内的空气被快速压缩，可认为过程绝热，活塞对引火仪内空气做功，引火仪内空气的内能增加，故A错误；图乙，瓶子内的空气推动塞子跳起，可认为过程绝热，瓶内空气对活塞做功，瓶内空气的内能减少，故B错误；图丙，试管内的水蒸气推动塞子冲出去，可认为过程绝热，水蒸气对塞子做功，水蒸气的内能减少，故C正确；图丁，汽缸内的气体推动活塞快速向下运动时，可认为过程绝热，气体对活塞做功，汽缸内气体的内能减少，故D错误。
3．地面附近有一正在上升的空气团，它与外界的热交换忽略不计。已知大气压强随高度增加而降低，则该空气团在上升过程中(不计空气团内分子间的势能)(　　)
A．体积减小，温度降低
B．体积减小，温度不变
C．体积增大，温度降低
D．体积减小，温度升高
解析：C　空气团在上升过程中，与外界的热交换忽略不计，外界压强逐渐减小，则在压强差的作用下，空气团体积逐渐增大，对外界做功，根据ΔU＝W，所以空气团内能逐渐减小，温度逐渐降低，故选C。
4. 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
解析：D　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，内能减小。接触面是绝热面，拉动拉杆，对乙部分气体来讲，气体对外界做功，内能减小，即E乙减小；对甲部分气体来讲，外界对气体做功，内能增加，即E甲增大，故选D。
对点练2　传热与内能的改变
5．关于热传递，下列说法正确的是(　　)
A．热传递的实质是温度的传递
B．物体间存在着温度差，才能发生热传递
C．热传递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：B　热传递实质上是热量在两物体间或同一物体不同部分间发生转移，故A错误；热传递发生的条件是物体间存在温度差，高温物体放出热量，低温物体吸收热量，若两物体温度相同，它们之间便不会发生热传递，故B正确，C错误；物体吸收或放出热量，内能会发生变化，但内能变化不一定是热传递引起的，还可以用做功的方式改变内能，故D错误。
6．下列关于热传递的说法，正确的是(　　)
A．热量是从含热量较多的物体传给含热量较少的物体
B．热量是从温度较高的物体传给温度较低的物体
C．热量是从内能较多的物体传给内能较少的物体
D．热量是从比热容大的物体传给比热容小的物体
解析：B　热量是过程量，不能说一个物体含多少热量，A错误；热传递发生在有温度差的两物体间或一个物体的两部分间，且总是从高温物体(或部分)传递给低温物体(或部分)，与物体内能的多少、比热容的高低均无关，B正确，C、D错误。
7．(多选)下列所述现象中属于利用传热的方式改变物体内能的是(　　)
A．冬天，用手去拿室外的铁块，手感到冷
B．冬天，通过嘴哈气给手取暖
C．夏天，在地面上晒小麦
D．冬天，两手相互搓动取暖
解析：ABC　冬天，用手去拿室外的铁块使手变冷、通过嘴哈气给手取暖，夏天，在地面上晒小麦，都是通过传热改变物体的内能；冬天，两手相互搓动取暖是通过做功改变物体内能，故A、B、C正确，D错误。
[能力提升练]
8．关于物体内能的变化，以下说法正确的是(　　)
A．物体放出热量，内能一定减少
B．物体对外做功，内能一定减少
C．物体放出热量，同时对外做功，内能可能不变
D．物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变
解析：D　物体放出热量，若外界对物体做的功大于放出的热量，其内能增加，故A错误；物体对外做功，若同时从外界吸收热量，则内能不一定减少，故B错误；物体放出热量，同时对外做功，内能一定减少，故C错误；物体吸收热量，同时对外做功，若二者相等，则内能可能不变，故D正确。
9．如图所示，A、B是两个完全相同的球，分别浸没在水和盐水的同一深度处，A、B两球用同一种材料制成，当温度稍微升高时，球的体积会明显变大，如果开始水和盐水的温度相同，且两液体温度同时缓慢升高同一值，两球膨胀后，体积相等，则(　　)
A．A球吸收的热量较多
B．B球吸收的热量较多
C．两球吸收的热量一样多
D．无法确定
解析：B　两球初、末状态温度分别相同，初、末状态体积也相同，所以内能增量相同，但盐水中的B球膨胀时对外做功多，所以吸热较多，故B正确。
10．关于温度、内能和热量的说法中，正确的是(　　)
A．物体吸收热量时内能增加，温度一定升高
B．在汽油机的压缩冲程中，机械能转化为内能
C．用锯条锯木板，锯条从木板吸收了热量，锯条的温度升高
D．人们不敢大口喝热气腾腾的汤，是因为汤含有的热量较多
解析：B　晶体熔化过程中，吸热内能增加但温度不变，A错误；汽油机在压缩冲程中把机械能转化为内能，使汽油和空气混合物的内能增加，温度升高，B正确；用锯条锯木板，摩擦生热，机械能转化成内能，锯条的温度升高，是通过做功的方式增加了锯条和木板的内能，C错误；热量是过程量，只能说吸收或放出多少热量，不能说含有多少热量，D错误。
11．如图所示，在紫铜管内滴入乙醚，盖紧管塞。用手拉住绳子两端迅速往复拉动，管塞会被冲开。管塞被冲开前(　　)
A．外界对管内气体做功，气体内能增大
B．管内气体对外界做功，气体内能减小
C．管内气体内能不变，压强变大
D．管内气体内能增大，压强变大
解析：D　克服绳与金属管间的摩擦做功，使管壁内能增大，温度升高。通过热传递，乙醚的内能增大，温度升高，直至沸腾，管塞会被冲开。管塞被冲开前管内气体内能增大，压强变大。选项D正确。
[尖子生选练]
12．(多选)如图所示，绝热汽缸中间用固定栓将可移动无摩擦的导热隔板固定，隔板质量不计，左右两室分别充有一定量的氢气和氧气(均视为理想气体)。初始时，两室气体的温度相等，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，下列说法正确的是(　　)
A．初始时氢气分子的平均动能大于氧气分子的平均动能
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：CD　温度是分子平均动能的标志，温度相同，分子的平均动能相同，与分子质量无关。初始时，两部分气体温度相同，故分子的平均动能相同，A错误；从松开固定栓至系统重新达到平衡的过程中，先是氢气对氧气做功，氢气内能减少、温度降低，氧气内能增加、温度升高，由于存在温度差，故会发生传热，最后两者温度相同，氧气内能又减小，整个过程为绝热过程，汽缸内气体内能不变，等于初始值，所以两种气体的内能与初始时相同，B错误，C、D正确。

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