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(共51张PPT)
第三章　热力学定律
第一节　热力学第一定律
第二节　能量守恒定律及其应用
学习目标
1．掌握分子动能与分子势能的概念，理解分子力做功对应分子势能的变化．
2．知道什么是内能，知道物体的内能跟温度和体积有关．
3．知道改变物体内能的两种方式是做功和热传递．
4．掌握热力学第一定律及其表达式．学会运用热力学第一定律解释自然界能量的转化、转移问题．
5．理解能量守恒定律，知道能量守恒定律是自然界普遍遵从的基本规律．理解永动机是不可能制成的．
课前知识梳理
PART
01
第一部分
一、物体的内能
1．分子势能
(1)定义：分子间具有由它们__________决定的势能．
(2)分子势能与分子间距离的关系：当分子间的距离为__________时，分子间的作用力为零，分子势能______；改变分子间距，则必须克服分子间的引力或斥力做功，分子势能______．
2．内能：物体中______分子的动能和分子势能的总和．
3．内能的影响因素：物体的内能跟物体的______和______有关系．
相对位置
平衡间距
最小
增大
所有
温度
体积
二、改变物体内能的两种方式
1．______可以改变物体的内能．但是做功并不是改变物体内能唯一的方式．
2．________也可以改变物体的内能．
3．做功和热传递是________，都是改变物体内能的方式．
4．做功的实质是内能与______________之间的转化，而热传递则是__________(或同一物体不同部分)之间内能的转移．
做功
热传递
等效的
其他形式的能
不同物体
三、热力学第一定律及其应用
1．内容：如果外界同时对物体做功和进行热传递，则物体内能的增加量ΔU就等于物体______的热量Q和____________做的功W之和．
2．表达式：ΔU＝________．
吸收
外界对物体
Q＋W
四、能量守恒定律
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其总量______．
转化
转移
不变
五、第一类永动机不可能制成
1．第一类永动机：不需要任何动力或燃料却能不断地__________的机器．
2．永动机不可能制成的原因：违背了__________定律．
对外做功
能量守恒
判断下列说法是否正确．
(1)某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加.(　　)
(2)能量既可以转移又可以转化，故能的总量是可以变化的．　(　　)
(3)违背能量守恒定律的过程是不可能发生的．(　　)
(4)ΔU＝W＋Q，该式表示的是功、热量跟内能改变之间的定量关系，在物理学中叫作热力学第一定律．(　　)
(5)永动机不能制成，因为它违背了能量守恒定律.(　　)
√
×　
√
√
√
第1课时　物体的内能
及改变内能的两种方式
课堂深度探究
PART
02
第二部分
知识点一　物体的内能
1．对物体内能的理解
(1)内能的特点
①内能是物体具有的，不是某个分子具有的，讨论某个分子的内能毫无意义．
②任何物体的分子都在做无规则的热运动，分子间都有相互作用，所以任何物体都有内能，或者说任何物体的内能都不为零．
③物体内能与物体的机械运动状态、位置等因素无关，但受物态变化的影响．
(2)影响物体内能的因素
①微观决定因素：分子的势能、分子的平均动能、分子的个数．
②宏观决定因素：物体的体积、温度、物质的量．
2．分子的总动能
分子的总动能是物体内所有分子热运动动能的总和，它等于分子的平均动能与分子数的乘积，即它与物体的温度和物体所含的分子数目有关．
3．分子势能
(1)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．
(2)分子势能与分子间距离的关系
分子势能的大小与分子间的距离有关，距离发生变化时，
分子力要做功，分子势能发生变化．分子势能随分子间距
离的变化情况如图所示(取无穷远处Ep为0).
①当分子间的距离r＞r0时，分子势能随分子间距离的增大而增大．
②当分子间的距离r＜r0时，分子势能随分子间距离的减小而增大．
③当r＝r0时，分子势能最小，但不为零．
(3)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．
√
角度1　对物体内能的理解
　　　关于物体的内能，下列叙述正确的是(　　)
A．温度高的物体比温度低的物体内能大
B．物体的体积增大时，内能也增大
C．内能相同的物体，它们的分子平均动能一定相同
D．内能不相同的物体，它们的分子平均动能可能相同
[解析]　温度高的物体比温度低的物体分子的平均动能大，但分子数不一定多，分子势能不一定大，即物体的内能不一定大，故A错误；
物体的体积增大时，分子势能改变，但不知道分子动能如何变化，故内能不一定增大，故B错误；
内能相同的物体，说明分子势能和分子动能之和相等，它们的分子平均动能不一定相同，故C错误；
内能不相同的物体，他们的温度可能相同，即他们的分子平均动能可能相同，故D正确．
√
角度2　对分子势能的理解
　　　(2025·山东卷，T2)分子间作用力F与分子间距离r的
关系如图所示，若规定两个分子间距离r等于r0时分子势能
Ep为零，则(　　)
A．只有r大于r0时，Ep为正
B．只有r小于r0时，Ep为正
C．当r不等于r0时，Ep为正
D．当r不等于r0时，Ep为负
[解析]　根据题图可知，当r＝r0时，分子间作用力为0，当r>r0时，分子间作用力表现为引力，当0知识点二　做功及物体内能的变化
1.如图，在有机玻璃筒底放少量浸有乙醚的棉花，迅速压下活塞，
观察棉花的变化.
(1)你能看到什么现象？实验现象说明了什么问题？
[提示]　可以看到棉花燃烧．实验现象说明压缩空气做功，使空气内能增大，达到棉花的燃点后引起棉花燃烧．
(2)图中用力按压活塞时为什么一定要迅速？
[提示]　迅速按压活塞是为了减少热传递，创造一个绝热条件．
2.在焦耳的许多实验中，有两个最具有代表性.一个实验是让重物下落带动叶片搅拌容器中的水，引起水温上升；另一个实验是通过电流的热效应给水加热，使水温度上升.焦耳的这两个实验说明了什么问题？

[提示]　做功和热传递对改变物体的内能是等效的．
1．做功与内能变化的关系
(1)“摩擦生热”的现象实际上是因为做功而改变物体的内能．
(2)气体被压缩时，外界对气体做功，气体的温度升高，内能增加；气体膨胀对外做功，气体的温度下降，内能减少．
(3)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．
(4)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．
2．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，只有内能变化较大时，才对应着做功较多．
　　　　　(1)外界对某一系统做功时，系统的内能不一定增加，还要看该系统有没有向外放热，以及向外放热的多少．
(2)在绝热过程中，系统内能的增加量等于外界对系统所做的功．
√
　　　把浸有乙醚的一小块棉花放在厚玻璃筒内底部，当迅速向下压活塞时，能使浸有乙醚的棉花燃烧起来，此次做功直接增加的是谁的内能(　　)
A．内部气体 B．活塞
C．乙醚 D．棉花
[解析]　当迅速用力压活塞时，活塞压缩玻璃筒内的空气，对空气做功，空气的内能增加，温度升高，此次做功直接增加的是内部气体的内能．
　　　(多选)下列改变物体内能的方法，属于做功方式的是(　　)
A．冷物体接触热物体后变热 B．锯木头时，锯条发热
C．电流通过电炉丝，电炉丝发热 D．物体在火炉旁被烤热
[解析]　冷物体接触热物体后变热是通过热传递改变物体内能，A错误；
锯木头时，锯条克服摩擦力做功，锯条发热，B正确；
电流通过电炉丝时，电流做功，电炉丝发热，C正确；
物体在火炉旁被烤热是通过热传递改变物体内能，D错误．
√
√
　　　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
√
知识点三　热传递和内能的变化
某同学做了一个小实验：先把空的锥形瓶放入冰箱冷冻，
一小时后取出锥形瓶，并迅速把一个气球紧密地套在瓶颈
上，然后将锥形瓶放进盛满热水的水槽里，气球逐渐膨胀
起来．
试探究：(1)锥形瓶内气体的内能增加了还是减少了？
[提示]　增加了．
(2)请解释气球膨胀的原因？
[提示]　由于热水的温度较高，将锥形瓶放进盛满热水的水槽里，锥形瓶内气体吸收了热水的热量，内能增加，温度升高，体积增大，所以气球逐渐膨胀起来．
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．热量与内能的改变
(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.
4．热传递的方向性
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
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不同部分之间内能的转移
相互联系 做一定量的功和传递相同量的热量在改变内能的效果上是相同的
√
角度1　热传递
　　　(2025·佛山阶段练)下列例子中通过热传递改变物体内能的是(　　)
A．感到手冷时，搓搓手就会觉得暖和些
B．擦火柴时，火柴头上的红磷温度升高到红磷的燃点，火柴燃烧起来
C．物体在阳光照射下温度升高
D．反复弯折一根铁丝，弯折的部分温度升高
[解析]　物体在阳光照射下温度升高是通过热传递的方式来改变物体内能，搓手取暖、擦火柴以及反复弯折铁丝均是通过做功改变物体的内能．
√
　　　图为利用钨锅炼铁的场景。若铁的质量大于钨锅的质量，起始时铁的温度比钨锅的温度低，当它们接触在一起时，忽略它们和外界交换的能量，下列说法正确的是(　　)
A．达到热平衡时，钨锅的温度比铁的低
B．热传递的过程中，铁块从钨锅吸收热量
C．达到热平衡时，钨锅内能的减少量小于铁内能的增加量
D．达到热平衡时，由于铁的质量大于钨锅的质量，钨锅内能的减少量大于铁内能的增加量
[解析]　达到热平衡时，钨锅的温度和铁的温度相同，故A错误；
热传递的过程中，铁块从钨锅吸收热量，故B正确；
热传递过程是内能转移的过程，忽略它们和外界交换的能量，达到热平衡时，钨锅内能的减少量等于铁内能的增加量，故C、D错误．
√
角度2　做功、热量和内能
　　　(2025·中山阶段练)下列关于热量、功和内能的说法错误的是(　　)
A．热量、功都可以作为物体内能的量度
B．热量、功都可以作为物体内能变化的量度
C．热量、功、内能的单位相同
D．热量和功是由过程决定的，而内能是由物体状态决定的
[解析]　热量和功可作为物体内能改变的量度，A错误，B正确；
热量、功、内能的单位都是焦耳，C正确；
其中热量和功是过程量，内能是状态量，D正确．
√
　　　(2025·河北卷，T2)某同学将一充气皮球遗忘在操场上，找到时发现因太阳暴晒皮球温度升高，体积变大。在此过程中若皮球未漏气，则皮球内封闭气体(　　)
A．对外做功
B．向外界传递热量
C．分子的数密度增大
D．每个分子的速率都增大
[解析]　皮球体积变大，气体膨胀，对外界做功，故A正确；
太阳暴晒使气体温度升高，是外界对气体传热(气体吸热)，而非气体向外界传递热量，故B错误；
皮球未漏气，分子总数不变，体积变大，分子的数密度减小，故C错误；
温度升高，分子平均动能增大，但并非每个分子速率都增大，故D错误．
随堂巩固落实
PART
03
第三部分
√
1．(分子动能)关于物体的温度与分子动能的关系，正确的说法是(　　)
A．某种物体的温度是0 ℃，说明物体中分子的平均动能为零
B．物体温度降低时，每个分子的动能都减小
C．物体温度升高时速率小的分子数目减少，速率大的分子数目增多
D．物体的运动速度越快，则物体的温度越高
解析：温度是分子平均动能的标志，温度是0 ℃，物体中分子的平均动能并非为零，因为分子无规则运动不会停止，A错误；
温度降低时分子的平均动能减小，并非每个分子动能都减小，B错误；
物体温度升高时，分子的平均动能增大，分子的平均速率增大，速率小的分子数目减少，速率大的分子数目增多，C正确；
物体的运动速度增大，宏观机械能(动能)增大，但物体内分子的热运动不一定加剧，温度不一定升高，D错误．
√
2.(分子势能)分子势能Ep与分子间距离r的关系图线如图所示，
曲线与横轴交点为r1，曲线最低点对应横坐标为r2(取无限远
处分子势能Ep＝ 0).下列说法正确的是(　　)
A．当分子间作用力表现为斥力时，分子势能随分子间距离减小而增大
B．当r＝r1时，分子势能为零，分子间作用力最小
C．当rD．当r>r2时，随着分子间距离r增大，分子力可能先做正功后做负功
解析：当分子间作用力表现为斥力时，分子间距离减小，分子间作用力做负功，分子势能增大，A正确；
当r＝r2时，分子间作用力为零，分子势能最小(小于零)，当r＝r1时，分子间作用力不为零，B错误；
当r当r>r2时，分子间作用力表现为引力，随着分子间距离r增大，分子间作用力做负功，分子势能增加，D错误．
3．(做功与内能的变化)(多选)在以下事例中，通过做功的方式来改变物体内能的是(　　)
A．两小球碰撞后黏合起来，同时温度升高
B．冬天，暖气为房间供暖
C．点燃的爆竹在空中爆炸
D．汽车的车轮与地面相互摩擦发热
√
√
√
解析：改变内能的方式有两种：做功和热传递．做功的实质是能量的转化过程，做功的过程中能量的形式发生改变；热传递是内能的转移，能量的形式不发生变化．两小球碰撞后粘在一起，温度升高，是机械能转化为内能，是利用做功的方式改变物体的内能，故A正确；
暖气为房间供暖，是通过热传递的方式来改变物体的内能，故B错误；
点燃的爆竹在空中爆炸，是化学能转化为内能，属于做功改变物体的内能，故C正确；
车轮与地面摩擦生热，是机械能转化为内能，属于做功改变物体的内能，故D正确．
4．(做功、热量和内能)(多选)下列说法正确的是(　　)
A．做功和热传递是改变物体内能的两种本质不同的物理过程，做功是其他形式的能和内能之间的转化，热传递是物体内能的转移
B．外界对物体做功，物体的内能一定增大
C．物体向外界放热，物体的内能一定增大
D．物体内能发生了改变，可能是做功引起的，也可能是热传递引起的，还可能是两者共同引起的
√
√
解析：做功和热传递改变物体内能的本质不同，因为做功的过程是不同形式的能相互转化的过程，而热传递是同种形式的能量(内能)在不同的物体之间或一个物体不同的部分之间传递或转移，A正确；
物体内能的变化取决于做功和热传递两种途径，单就一个方面的改变不足以断定其内能的变化情况，B、C错误，D正确．(共33张PPT)
第2课时　热力学第一定律
和能量守恒定律
课堂深度探究
PART
01
第一部分
知识点一　热力学第一定律
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．若在此高空，关闭加热装置后，则：
(1)氦气对外界做功还是外界对氦气做功？
(2)氦气吸热还是放热？
[提示]　在此高空，ΔU＜0，W＞0，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，Q＜0，即氦气向外放热．
1．对ΔU＝W＋Q的理解
热力学第一定律将单纯的绝热过程和单纯的热传递过程中内能改变的定量表述推广到一般情况，既有做功又有热传递的过程，其中ΔU表示内能改变的数量，W表示做功的数量，Q表示外界与物体间传递的热量．
2．符号法则
(1)外界对系统做功，W＞0，即W取正值；
系统对外界做功，也就是外界对系统做负功，W＜0，即W取负值．
(2)外界向系统传递热量，也就是系统从外界吸收热量，Q＞0，即Q取正值；
外界从系统吸收热量，也就是系统向外界放出热量，Q＜0，即Q取负值．
(3)系统内能增加，ΔU＞0，即ΔU为正值；
系统内能减少，ΔU＜0，即ΔU为负值．
3．几种特殊情况
(1)若过程是绝热的，即Q＝0，则ΔU＝W，物体内能的增加量等于外界对物体做的功．
(2)若过程中不做功，即W＝0，则ΔU＝Q，物体内能的增加量等于物体从外界吸收的热量．
(3)若过程的始、末两个状态物体的内能不变，即ΔU＝0，则W＝－Q(或Q＝－W)，外界对物体做的功等于物体放出的热量(或物体吸收的热量等于物体对外界做的功).
√
角度1　内能变化的理解
　　　关于物体内能的变化，下列说法正确的是(　　)
A．物体吸收了热量，它的内能可能减少
B．物体的机械能变化时，它的内能也一定随着变化
C．外界对物体做功，它的内能一定增加
D．物体既吸收热量，又对外界做功，它的内能一定不变
[解析]　物体内能的变化与外界对物体做功(或物体对外界做功)、物体从外界吸热(或向外界放热)两种因素有关，即ΔU＝W＋Q，物体吸收热量，也可以同时对外做功，其内能有可能增加，也有可能不变，甚至减少，内能的变化量受两者共同影响，无法单一决定，故A正确，C错误；
物体的内能与物体的体积、温度等因素有关，物体的机械能变化时，物体的速率或高度变化，但其体积和温度可能不变，也可能改变，则其内能可能增加、减少或不变，故B错误；
由A项的分析可知ΔU＝W＋Q，物体既吸收热量，又对外做功，它的内能可能保持不变，也可能减少，还可能增加，具体决定于做功和吸热的数值，故D错误．
√
角度2　热力学第一定律的理解
　　　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]　外界对气体做了8×104 J的功，则W＝8×104 J，气体内能减少了1.2×105 J，则ΔU＝－1.2×105 J，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可得，Q＝－2×105 J，故B正确，A、C、D错误．
√
角度3　热力学第一定律的应用
　　　如图所示，隔板在绝热气缸中封闭一定质量理想气体，隔板和绝热活塞间是真空。迅速抽掉隔板后气体会扩散至整个气缸，待气体稳定后向左缓慢推动活塞至隔板原位置，整个系统密封性良好，下列说法正确的是(　　)
A．扩散过程中，气体对外界做功，温度降低
B．扩散过程中，气体分子的平均速率减小导致气体压强减小
C．推动活塞过程中，活塞对气体做功，气体温度升高
D．抽掉隔板前和活塞到达隔板原位置后，气体内能相等
[解析]　抽开隔板时，气体体积变大，但是右方是真空，气体不对外做功，又没有热传递，则根据ΔU＝Q＋W可知，气体内能不变，温度不变，气体分子的平均速率不变，压强减小，故A、B错误；
气体被压缩的过程中，外界对气体做功，根据ΔU＝Q＋W，可知，气体内能增大，气体分子的平均动能变大，温度升高，故C正确，D错误．
知识点二　能量守恒定律
有人试图制造一台“永久”的发电机．设计思想如下：先利用外界供给的电能，使电动机转动，再让电动机带动发电机发电．发电机发电后，一部分电供给电动机继续使用，电动机不再利用外界供给的电能；一部分电能供用户使用．这样，一旦这个发电机发出电来，它就可以不再使用外界的能量，自己“源源不断”地发出电来．用能量转化和守恒的知识分析说明，这样的“永动机”能实现吗？
[提示]　上述设想的能量转化过程是这样的，电能→机械能→电能→机械能＋电能(用户).根据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别的形式，或者从一个物体转移到别的物体，所以上述能量转化中均应是守恒的，一旦发电机发出电来就不再使用外界能量是不可能的，这种永动机不能实现．
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．第一类永动机失败的原因
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．
√
角度1　能量守恒定律的理解
　　　关于能量转化的现象，下列说法正确的是(　　)
A．用太阳灶烧水是太阳能转化为电能
B．电灯发光是电能转化为光能
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，故A错误；
电灯发光是电能转化为光能，故B正确；
核电站发电是核能转化为电能，故C错误；
生石灰放入盛有凉水的烧杯里,水温升高是化学能转化为内能，故D错误．
　　　(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]　不同形式的能量间的转化过程中，能量是守恒的，即某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加，A正确；
能量在不同的物体间发生转移的过程中，能量是守恒的，即某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加，B正确；
第一类永动机是不可能制成的，它违背了能量守恒定律，C正确；
石子从空中落下的过程中，机械能在变化，比如受空气阻力作用使机械能减少，最后停止在地面上时机械能并没有消失，而是转化成其他形式的能，能量守恒定律表明能量既不能创生，也不能消失，D错误．
√
角度2　第一类永动机
　　　“第一类永动机”是不可能制成的，这是因为(　　)
A．它不符合机械能守恒定律
B．它违背了能量守恒定律
C．没有制作它的理想材料
D．暂时找不到合理的设计方案
[解析]　第一类永动机不可能制成的原因是其违背了能量守恒定律，故B正确，A、C、D错误．
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　　　文艺复兴时期，意大利的达·芬奇曾设计过一种转轮，利
用隔板的特殊形状，使一边的重球滚到另一边距离轮心远些的
地方，并认为这样可以使轮子不停地转动，如图所示．下列说
法正确的是(　　)
A．该设计可以使转轮在无外力作用下顺时针转动变快
B．该设计可以使转轮在无外力作用下逆时针转动变快
C．该设计可以在不消耗能源的情况下不断地对外做功
D．该设计中使转轮成为永动机的设想是不可能实现的
[解析]　由杠杆平衡原理可知，重球滚到另一边距离轮心远些的地方，右边每个重物施加于轮子的力矩虽然较大，但是重物的个数却较少．精确的计算可以证明，总会有一个适当的位置，使左、右两侧重物施加于轮子的相反方向的旋转作用(力矩) 恰好相等，互相抵消，使轮子达到平衡而静止下来，不管转轮是顺时针转动还是逆时针转动，在无外力作用下，只能是转动变慢，最终停下来，A、B错误；
由选项A、B的分析结合能量守恒定律可知，该设计在不消耗能源的情况下不断地对外做功是不可能实现的，是因为其违背了能量守恒定律，C错误，D正确．
随堂巩固落实
PART
02
第二部分
√
1．(热力学第一定律)电动打气筒的压缩机在一次压缩过程中，活塞对空气做了3.0×105 J的功，同时空气的内能增加了5×104 J，下列说法正确的是(　　)
A．空气从外界吸收的热量是0.5×105 J
B．空气向外界放出的热量是2.5×105 J
C．空气从外界吸收的热量是3.5×105 J
D．空气向外界放出的热量是3.5×105 J
解析：活塞对空气做了3.0×105 J的功，故W＝3.0×105 J，空气的内能增加了5×104 J，故ΔU＝5×104 J，根据热力学第一定律，有Q＝ΔU－W，解得Q＝－2.5×105 J，即空气向外界放出热量2.5×105 J，A、C、D错误，B正确．
√
2．(热力学第一定律)一定质量的理想气体等压膨胀，下列说法正确的是(　　)
A．气体的温度降低 B．气体从外界吸热
C．气体的内能减少 D．外界对气体做功
解析：根据盖-吕萨克定律可知，一定质量的理想气体等压膨胀过程中温度一定升高，则气体内能增大，即ΔU＞0；由于体积增大，则气体对外界做功，则W＜0；根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，知Q＞0，故气体从外界吸热．
√
3．(热力学第一定律)如图所示，在内壁光滑气缸内封闭着一定质量的理想气体，用电热丝加热，使其温度升高T，若活塞固定，吸收热量为Q1；若活塞不固定，吸收热量为Q2，则Q1与Q2的大小关系(　　)
A．Q1＞Q2
B．Q1＜Q2
C．Q1＝Q2
D．均有可能
解析：一定质量的理想气体内能由温度决定，两种情况下气体温度变化情况相同，气体内能变化量相等，即ΔU1＝ΔU2＝ΔU.第一种情况，气缸与活塞都固定不动，气体体积不变，气体不做功W1＝0，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可知Q1＝ΔU1－W1＝ΔU1＝ΔU；第二种情况，活塞自由移动，气体受热膨胀，体积增大，气体对外做功W2＜0，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可知Q2＝ΔU2－W2＝ΔU－W2＞ΔU＝Q1.
√
4．(能量守恒定律)如图所示，柱形容器内封有一定质量的空气，质量为m的光滑活塞与容器都用良好的隔热材料制成．另有质量为M的物块从活塞上方的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，空气内能的改变量ΔU、外界对气体所做的功W与物块及活塞的重力势能变化关系是(　　)
A．Mgh＋mgΔh＝ΔU＋W
B．ΔU＝W，W＝Mgh＋mgΔh
C．ΔU＝W，WD．ΔU≠W，W＝Mgh＋mgΔh
解析：物块与活塞碰撞时有机械能损失，根据能量守恒可知物块和活塞重力势能减少量大于气体内能的增加量，由于此过程绝热，根据热力学第一定律可得ΔU＝W，W(时间：75分钟　分值：100分)
一、单项选择题(本题共7小题，每小题4分，共28分．在每小题给出的四个选项中，只有一个选项符合题目要求)
1．下列说法正确的是(　　)
A．给手机充电时，电源提供的电能多于电池得到的化学能
B．系统对外界做功2 J，同时向外放热3 J，则系统内能增加了5 J
C．在房间内打开冰箱门，再接通电源，室内温度就会持续降低
D．机械能可以全部转化为内能，内能也可以全部转化为机械能而不引起其他变化
解析：选A.在对手机充电的过程中，由于存在损耗，电源提供的电能比电池得到的化学能要多，故A正确；根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可得ΔU＝W＋Q＝－2 J＋(－3 J)＝－5 J，系统内能减小，故B错误；在房间内，打开一台冰箱的门，再接通电源，电流做功，电能转化为热能，室内温度会升高，故C错误；机械能可以自发地全部转化为内能，但不可能从单一热源吸收热量并将这些热量全部变为功，而不产生其他影响，故D错误．
2．下列过程可能发生的是(　　)
A．某种物质从高温热源吸收20 kJ的热量，全部转化为机械能，而没有产生其他任何影响
B．打开一高压密闭容器，其内气体自发逸出后又自发逸进去，恢复原状
C．利用其他手段，使低温物体温度更低，高温物体的温度更高
D．将两瓶不同液体混合，然后它们又自发地各自分开
解析：选C.根据热力学第二定律可知，内能自发地全部转化为机械能是不可能的，A错误；气体膨胀具有方向性，气体不能自发逸出又自发逸进去，B错误；根据热力学第二定律可知，热量不可能从低温物体自发地传递给高温物体，而不引起其他的变化，但通过一些手段是可以实现的，C正确；扩散现象有方向性，因此不能自发地各自分开，D错误．
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．单位时间内与单位面积瓶壁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，所以单位时间内与单位面积瓶壁碰撞的空气分子数变多，故D错误．
4．下列关于热学的一些说法正确的是(　　)
A．在一定条件下物体的温度可以降到绝对零度
B．第二类永动机违反了热力学第一定律
C．温度是分子平均动能的标志，两个动能不同的分子相比，动能大的温度高
D．一定质量理想气体对外做100 J的功，同时从外界吸收70 J的热量，则它的内能减小30 J
解析：选D.绝对零度是低温的极限，永远不可能达到，A错误；第二类永动机不违反能量守恒定律，即不违反热力学第一定律，只是违反热力学第二定律，B错误；温度是大量分子平均动能的标志，温度高，分子的平均动能大，但是不一定每个分子动能都大，C错误； 根据热力学第一定律可知，一定质量理想气体对外做100 J的功，同时从外界吸收70 J的热量，则它的内能减小30 J，D正确．
5．如图甲所示，内壁光滑的绝热气缸内用绝热活塞封闭了一定质量的理想气体．初始时气缸开口向上放置，活塞处于静止状态．现将气缸倒立挂起，稳定后如图乙所示，则该过程中缸内气体(　　)
A．内能增加，外界对气体做正功
B．内能减小，所有分子热运动速率都减小
C．温度降低，速率大的分子数占总分子数比例减少
D．温度升高，速率大的分子数占总分子数比例增加
解析：选C.初始时气缸开口向上，活塞处于平衡状态，气缸内、外气体对活塞的压力差与活塞的重力平衡，设初始时气缸内的压强为p1，活塞的面积为S，则有p1S＝p0S＋mg，将气缸倒立挂起，气缸内的压强为p2，则有p2S＝p0S－mg，由此可知气体的压强减小，气体膨胀，气体对外做功，W<0，气缸、活塞都是绝热的，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可知内能减小，故A错误；由以上分析可知，气体内能减小，缸内理想气体的温度降低，分子热运动的平均速率减小，并不是所有分子热运动的速率都减小，温度降低，速率大的分子数占总分子数的比例减小，故B、D错误，C正确．
6．如图，一绝热气缸中理想气体被轻弹簧连接的绝热活塞分成a、b两部分，活塞与缸壁间密封良好且没有摩擦．初始时活塞静止，缓慢倒置气缸后(　　)
A．a的压强减小
B．b的温度降低
C．b的所有分子速率均减小
D．弹簧的弹力一定增大
解析：选B.初始时活塞静止，缓慢倒置气缸后，a部分气体体积减小，b部分气体体积增大，故a的压强增大，b的压强减小，由于是绝热气缸和绝热活塞，则Q＝0，根据热力学第一定律可得，ΔU＝W，则ΔUa＞0，ΔUb＜0，则a的温度升高，b的温度降低，b的气体分子的平均速率减小，并不是所有分子速率均减小，故A、C错误，B正确；由于不知初始状态，a、b两部分气体的压强以及弹簧处于哪种状态，所以无法判断倒置气缸后弹簧的弹力的变化，D错误．
7．一定质量理想气体经历了如下的循环过程：1→2和3→4为绝热过程，2→3为等压过程，4→1为等容过程，其p－V图像如图所示．下列说法正确的是(　　)
A．1→2过程中，外界对气体做功，气体内能增加
B．2→3过程中，气体对外界做功，气体内能减小
C．3→4过程中，气体内能减小，所有分子的运动速率都减小
D．4→1过程中，气体内能增加
解析：选A.1→2过程中，气体体积减小，则外界对气体做功，即W>0，而该过程绝热，即Q＝0，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可知ΔU>0，即气体内能增加，故A正确；2→3过程中，气体压强不变，体积增大，气体对外界做功，根据＝c可知气体温度升高，即气体内能增加，故B错误；3→4过程中，气体体积增大，气体对外做功，即W<0，而该过程绝热，即Q＝0，根据ΔU＝W＋Q，可知ΔU<0，即气体内能减小，温度降低，气体分子平均速率减小，但不是所有分子的运动速率都减小，故C错误；4→1过程中，气体体积不变，压强减小，根据＝c可知温度降低，气体内能减小，故D错误．
二、多项选择题(本题共3小题，每小题6分，共18分．在每小题给出的四个选项中，有多个选项符合题目要求，全选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错或不答的得0分)
8．下列现象及关于热力学第一、第二定律的叙述正确的是(　　)
A．一定质量的理想气体在等温膨胀过程中，气体一定从外界吸收热量
B．热力学第一定律和热力学第二定律是从不同角度阐述了能量守恒定律
C．0 ℃的冰融化为0 ℃的水，此过程系统吸收热量，内能增加
D．“覆水难收(泼出去的水难以收回)”反映了与热现象有关的宏观过程具有方向性
解析：选ACD.一定质量的理想气体在等温膨胀过程中，内能不变，即ΔU＝0而W<0，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可知Q>0，气体一定从外界吸收热量，故A正确；热力学第一定律是能量守恒定律在热现象中的体现，热力学第二定律则指出了能量转化的方向性，故B错误；0 ℃的冰融化为0 ℃的水，系统分子势能增加，分子平均动能不变，分子总动能不变，系统内能增加，故C正确；热力学第二定律的微观意义是一切自发过程总是沿着分子热运动无序性增大的方向进行，泼出去的水相比盆中的水，分子无序性增加了，反映了与热现象有关的宏观过程具有方向性，故D正确．
9．夏季天气温差比较大，充足的车胎经过正午阳光的暴晒易爆胎．若车胎内的气体可视为理想气体，爆胎前车胎内气体体积及质量均不变，爆胎过程时间极短，可看作绝热过程．关于车胎内的气体，下列说法正确的是(　　)
A．爆胎前随着气温的升高，车胎内气体压强增大
B．爆胎前随着气温的升高，车胎内气体吸收热量，对外做功，内能不变
C．爆胎过程中，车胎内气体对外做功，内能减小
D．爆胎过程中，车胎内气体体积增大，压强减小，温度升高
解析：选AC.爆胎前随着气温的升高，车胎内气体吸收热量，温度升高，内能增大，压强增大；爆胎前气体体积不变，没有对外做功，故A正确，B错误．爆胎过程中，车胎内气体体积增大，压强减小，气体对外做功，内能减小，同时温度降低，故C正确，D错误．
10．如图，水平放置的密闭绝热气缸被导热活塞分成左右两部分，左侧封闭一定质量的理想气体，右侧为真空，活塞与气缸右壁中央用一根轻质弹簧水平连接．气缸内壁光滑且水平长度大于弹簧自然长度，弹簧的形变始终在弹性限度内且体积忽略不计．活塞初始时静止在气缸正中间，后因活塞密封不严发生缓慢移动，活塞重新静止后(　　)
A.弹簧恢复至自然长度
B．活塞两侧气体质量相等
C．与初始时相比，气缸内气体的内能增加
D．与初始时相比，活塞左侧单位体积内气体分子数减少
解析：选ACD.初始状态活塞受到左侧气体向右的压力和弹簧向左的弹力处于平衡状态，弹簧处于压缩状态，因活塞密封不严，可知左侧气体向右侧真空漏出，左侧气体压强变小，右侧出现气体，对活塞有向左的压力，最终左、右两侧气体压强相等，且弹簧恢复原长，故A正确；由题知活塞初始时静止在气缸正中间，但由于活塞向左移动，左侧气体体积小于右侧气体体积，则左侧气体质量小于右侧气体质量，故B错误；密闭的气缸绝热，与外界没有能量交换，但弹簧弹性势能减少了，可知气体内能增加，故C正确；初始时气体在左侧，最终气体充满整个气缸，则与初始时相比，活塞左侧单位体积内气体分子数应该减少，故D正确．
三、非选择题(本题共5小题，共54分)
11.
(6分)根据能量转化与守恒定律，在与外界没有传热的条件下，物体内能的增加量与外界对物体做功多少相等．为了验证此规律，某兴趣小组设计了如图所示的实验，在容器里装一定质量的水，中间装上带有叶片的转轴，转轴上绕上绳子，绳子另一端通过滑轮与一重物相连，当重物下降时，绳子拉动转轴转动，带动叶片旋转，使容器里的水温度升高，结合水的比热容计算出水中增加的内能．以此验证水的内能增加量与重物的重力做功多少是否相等．
(1)为了完成此实验，除已提供质量的电子天平外，还需要的测量工具有____________________________________________________．
(2)兴趣小组在实验过程中发现，水内能的增加量小于重物做功的大小，请写出造成这种现象的一种原因_________________________．
(3)改进实验后，获得的数据如表所示，规律得到验证．
实验序号 重物质量(kg) 下降高度(m) 升高温度(℃)
1 20 5 0.5
2 20 10 1.0
3 20 15 1.5
4 10 10 0.5
5 30 10 1.5
6 40 10 2.0
若使容器内相同质量水的温度升高2.5 ℃，则25 kg的重物需下降__________m.
解析：(1)实验中应需要用刻度尺测量重物下降的高度、用温度计测量水升高的温度．
(2)在实验的过程中，由于滑轮存在摩擦、液体会散热等情况，使得水内能的增加量小于重物做功的大小．
(3)20 kg的重物高度下降5 m，水温升高0.5 ℃，即1 kg的重物高度下降1 m，水温升高0.005 ℃，则有25 kg的重物高度下降1 m，水温升高0.125 ℃，要使水温升高2.5 ℃，根据比例可知需要下降的高度为20 m.
答案：(1)刻度尺、温度计　(2)滑轮存在摩擦或液体会散热　(3)20
12.(10分)如图所示，一圆柱形绝热气缸竖直放置，通过绝热活塞封闭着一定质量的理想气体，活塞的质量为m，横截面积为S，与气缸底部相距h，此时封闭气体的温度为T.现通过电热丝缓慢加热气体，当气体吸收热量Q时，气体温度上升到2T.已知大气压强为p0，重力加速度为g，不计活塞与气缸的摩擦．求：
(1)加热后活塞到气缸底部的距离；(4分)
(2)加热过程中气体的内能增加量．(6分)
解析：(1)加热过程中，活塞受力平衡，属于等压变化，根据＝，即＝
解得h′＝2h.
(2)活塞受力平衡，则mg＋p0S＝pS
气体对外做功W＝－p(h′－h)S
由热力学第一定律ΔU＝W＋Q得
ΔU＝Q－h(p0S＋mg).
答案：(1)2h　(2)Q－h(p0S＋mg)
13．(12分)如图所示，在水平固定的圆柱形导热容器内用活塞密封一部分气体，活塞能无摩擦地滑动，容器的横截面积为S，将整个装置放在大气压恒为p0的空气中，开始时气体的温度为T0，活塞与容器底部的距离为L0，当活塞缓慢向左移动d后再次平衡，气体向外放出热量Q.求：
(1)外界空气的温度T；(4分)
(2)此过程中气体内能的变化量ΔU.(8分)
解析：(1)由等压变化规律可得＝
解得T＝T0.
(2)由热力学第一定律得ΔU＝W－Q，W＝p0dS，ΔU＝p0dS－Q.
答案：(1)T0　(2)p0dS－Q
14．(12分)图甲中空气炸锅是一种新型的烹饪工具，图乙为某型号空气炸锅的简化模型图，空气炸锅中有一气密性良好的内胆，内胆内的气体可视为质量不变的理想气体，已知胆内初始气体压强p0＝1.0×105 Pa，温度t0＝17 ℃，现启动加热模式使气体温度升高到t＝191 ℃，此过程中气体吸收的热量Q＝9.5×103 J，内胆中气体的体积不变，求：
(1)此时内胆中气体的压强p；(6分)
(2)此过程内胆中气体的内能增加量ΔU.(6分)
解析：(1)封闭气体发生等容变化，根据查理定律
＝，其中T0＝290 K，T＝464 K
代入数据解得p＝1.6×105 Pa.
(2)根据热力学第一定律有ΔU＝W＋Q
由于气体的体积不变，气体做功W＝0
气体吸收的热量Q＝9.5×103 J
解得ΔU＝9.5×103 J.
答案：(1)1.6×105 Pa　(2)9.5×103 J
15．(14分)卡诺热机是只有两个热源(一个高温热源和一个低温热源)的简单热机，其循环过程的p－V图像如图所示，它由两个等温过程(a→b和c→d)和两个绝热过程(b→c和d→a)组成．若热机的工作物质为理想气体，高温热源温度为T1，低温热源温度为0.8T1，p－V图像中a、b、c、d各状态的参量如图所示．
(1)求气体处于状态c的压强pc.(4分)
(2)求气体处于状态a的体积Va.(4分)
(3)若过程a→b热机从高温热源吸热为Q1，过程c→d热机向低温热源放热为Q2，求热机完成一次循环对外做的功W.(6分)
解析：(1)过程c→d为等温变化，根据玻意耳定律，有pc·2V0＝p0V0，解得pc＝p0.
(2)过程d→a，根据理想气体状态方程可得
＝，解得Va＝V0.
(3)过程b→c和d→a为绝热过程，吸热Q＝0，热机完成一次循环内能不变，即ΔU＝0
根据热力学第一定律可得W＝Q1－Q2.
答案：(1)p0　(2)V0　(3)Q1－Q2专题提升课3　热力学定律与气体实验定律的综合
微专题一　热力学第一定律与图像的综合
1．内能的变化都要用热力学第一定律进行综合分析．
2．做功情况看气体的体积：体积增大，气体对外界做功，W为负；体积减小，外界对气体做功，W为正．
3．与外界绝热，则不发生传热，此时Q＝0.
4．如果研究对象是理想气体，因理想气体忽略分子势能，所以当它的内能变化时，体现在分子动能的变化上，从宏观上看就是温度发生了变化．
角度1　p－V图像与热力学第一定律
　(2023·广东卷，T13)在驻波声场作用下，水中小气泡周围液体的压强会发生周期性变化，使小气泡周期性膨胀和收缩，气泡内气体可视为质量不变的理想气体，其膨胀和收缩过程可简化为如图所示的p－V图像，气泡内气体先从压强为p0、体积为V0、温度为T0的状态A等温膨胀到体积为5V0、压强为pB的状态B，然后从状态B绝热收缩到体积为V0、压强为1.9p0、温度为TC的状态C，B到C过程中外界对气体做功为W.已知p0、V0、T0和W.求：
(1)pB的表达式；
(2)TC的表达式；
(3)B到C过程，气泡内气体的内能变化量．
[解析]　(1)由题可知，根据玻意耳定律可得
pAVA＝pBVB
解得pB＝p0.
(2)根据理想气体状态方程可知
＝
解得TC＝1.9T0.
(3)由热力学第一定律可知ΔU＝W＋Q
其中Q＝0，故气体内能增加ΔU＝W.
[答案]　(1)pB＝p0　(2)TC＝1.9T0　(3)W
角度2　p－T图像与热力学第一定律
　(多选)一定质量的理想气体在状态a→状态b→状态c→状态a的循环过程中，气体压强p随热力学温度T变化的关系如图所示。ab的延长线过坐标原点，bc平行于p轴，下列说法正确的是(　　)
A．气体在状态a时的内能最大
B．状态a→状态b，气体分子数密度增大
C．状态b→状态c，气体向外界放热
D．状态c→状态a，气体对外界做的功大于气体吸收的热量
[解析]　由题图可知，气体在a状态时的温度最高，所以气体在状态a时的内能最大，故A正确；在ab过程中气体体积不变，气体不对外界做功，外界也不对气体做功，气体分子数密度不变，故B错误；在bc过程中气体温度不变，内能不变，压强增大，体积减小，外界对气体做功，气体向外放出热量，故C正确；在ca过程中气体温度升高，内能增大，压强减小，体积增大，所以气体对外界做功，根据热力学第一定律可得，气体对外界做的功小于气体吸收的热量，故D错误．
[答案]　AC
角度3　V－T图像与热力学第一定律
　一定质量的理想气体从状态A经过状态B变化到状态C，其V－T图像如图所示．下列说法正确的是(　　)
A．B→C的过程中，气体分子平均动能增加
B．B→C的过程中，气体一定放出热量
C．A→B的过程中，气体分子的密集程度变小
D．A→B的过程中，分子的平均动能变大
[解析]　B→C的过程中，气体的温度降低，气体分子平均动能减少，A错误；B→C的过程中，气体的温度降低，气体的内能减少，气体的体积减小，外界对气体做正功，根据热力学第一定律可知，气体一定放出热量，B正确；A→B的过程中，气体的体积减小，气体分子的密集程度变大，C错误；A→B的过程中，气体的温度不变，气体分子的平均动能不变，D错误．
[答案]　B
角度4　T－V图像与热力学第一定律
　(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，下列说法正确的是(　　)
A．过程①中气体的压强逐渐增大
B．过程②中气体对外界做功
C．过程④中气体从外界吸收了热量
D．状态c、d的内能不相等
[解析]　过程①是等容变化，气体温度升高，由查理定律可知压强增大，A正确；过程②中，气体体积增大，对外做功，B正确；过程④是等容变化，气体对外不做功，温度降低，内能减少，由热力学第一定律知，放出热量，C错误；过程③是等温变化，温度不变，故状态c、d的内能相等，D错误．
[答案]　AB
微专题二　热力学定律与气体实验定律的结合
　(2024·北京卷，T3)一个气泡从恒温水槽的底部缓慢上浮，将气泡内的气体视为理想气体，且气体分子个数不变，外界大气压不变，在上浮过程中气泡内气体(　　)
A．内能变大 B．压强变大
C．体积不变 D．从水中吸热
[解析]　上浮过程气泡内气体的温度不变，则内能不变，故A错误；气泡内气体压强p＝p0＋ρ水gh，故上浮过程气泡内气体的压强减小，故B错误；由玻意耳定律pV＝c知，上浮过程气体体积变大，气体对外做功，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W知，气体从水中吸热，故C错误，D正确．
[答案]　D
　一定质量的某种理想气体初始温度T0＝400 K，压强p0＝1×105 Pa，体积为V0.经等容变化放出400 J热量，温度降低到T1＝300 K；若经等压变化，则需要放出600 J的热量才能使温度降低到300 K．求：
(1)等压过程中外界对气体做的功W；
(2)初始状态下气体的体积V0.
[解析]　(1)等容过程中，气体做功为零
即ΔU＝Q1＝－400 J
等压过程中，内能变化量与等容过程相等均减小400 J，又放出600 J热量，则W＝ΔU－Q2＝200 J.
(2)根据等压变化可得＝，W＝p0(V0－V1)
联立解得V0＝8 L.
[答案]　(1)200 J　(2)8 L
　(2024·湖北卷，T13)如图所示，在竖直放置、开口向上的圆柱形容器内用质量为m的活塞密封一部分理想气体，活塞横截面积为S，能无摩擦地滑动．初始时容器内气体的温度为T0，气柱的高度为h.当容器内气体从外界吸收一定热量后，活塞缓慢上升h再次平衡．已知容器内气体内能变化量ΔU与温度变化量ΔT的关系式为ΔU＝CΔT，C为已知常量，大气压强恒为p0，重力加速度大小为g，所有温度为热力学温度．求：
(1)再次平衡时容器内气体的温度；
(2)此过程中容器内气体吸收的热量．
[解析]　(1)气体进行等压变化，则由盖-吕萨克定律得＝，即＝，解得T1＝T0.
(2)此过程中气体内能增加ΔU＝CΔT＝CT0，外界对气体做功，W＝－pSΔh＝－h(p0S＋mg)，此过程中容器内气体吸收的热量Q＝ΔU－W＝h(p0S＋mg)＋CT0.
[答案]　(1)T0　(2)h(p0S＋mg)＋CT0
1.(热力学第一定律与图像的综合)一定质量的理想气体由状态a经①过程到状态b，由状态b经②过程到状态c，由状态c又经③过程回到状态a，①过程气体不与外界发生热传递，③过程温度保持不变。整个过程压强p与体积V的关系如图所示，下列说法正确的是(　　)
A．①过程外界对气体做正功
B．②过程气体从外界吸热
C．③过程气体既不吸热也不放热
D．整个过程初末状态气体体积相等，外界不对气体做功
解析：选B．①过程气体体积增大，外界对气体做负功，故A错误；②过程为等容变化，压强增大，温度升高，气体内能增大，外界没有对气体做功，气体从外界吸热，故B正确；③过程温度不变，内能不变，外界对气体做的正功，根据热力学第一定律可知，气体放热，故C错误；在p－V图像中，图像与坐标轴围成的面积等于功的大小，②过程外界没有对气体做功，③过程外界对气体做的正功大于①过程外界对气体做的负功，因此全过程外界对气体做正功，故D错误．
2．(热力学第一定律与图像的综合)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C，V—T图像如图所示。已知该气体在状态B时的压强为1.0×105 Pa。下列说法正确的是(　　)
A．状态A时的气体压强为2.0×105 Pa
B．A→B过程气体吸热
C．B→C过程气体压强增大
D．B→C过程气体对外界做功200 J
解析：选D．从状态A变化到状态B，气体发生等温变化，根据玻意耳定律可得pAVA＝pBVB，解得pA＝0.5×105 Pa，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W>0，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知气体放热，故B错误；根据理想气体状态方程＝c变形得V＝T，可知V－T图像的斜率为，可知B→C过程图像的斜率不变，所以B→C过程气体压强不变，故C错误；B→C过程气体体积变大，对外做功，则有W＝－p(VC－VB)，代入数据解得W＝－200 J，负号表示气体对外界做功，故D正确．
3．(热力学第一定律与气体实验定律的综合)(2024·重庆卷，T3)某救生手环主要由高压气囊密闭，气囊内视为理想气体，密闭气囊与人一起上浮的过程中，若气囊内气体温度不变，体积增大，则(　　)
A．外界对气囊内气体做正功
B．气囊内气体压强增大
C．气囊内气体内能增大
D．气囊内气体从外界吸热
解析：选D．气囊上浮过程，密闭气体温度不变，由玻意耳定律pV＝c可知，体积增大，则压强减小，气体对外做功，故A、B错误；气体温度不变，内能不变，气体对外做功，W<0，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W，知Q>0，则气体需要从外界吸热，故C错误，D正确．
4.(热力学第一定律与气体实验定律的综合)如图所示，将一容积V0＝480 mL的空玻璃瓶从空气中开口向下缓缓压入水中。设水温均匀且恒定，玻璃瓶中的气体可视为理想气体，大气压强p0＝1.0×105 Pa，水的密度ρ＝1.0×103 kg/m3，重力加速度g取10 m/s2，玻璃瓶高度相对于水深可忽略不计，当压入水中h＝2 m深处时：
(1)求瓶内空气的压强。
(2)求瓶内空气的体积。
(3)被淹没的玻璃瓶在下降过程中，瓶内气体是吸热还是放热，为什么？
解析：(1)由平衡条件，瓶内空气的压强p满足
p＝p0＋ρgh
解得p＝1.2×105 Pa.
(2)缓缓压入水温均匀且恒定的水中，瓶内的理想气体保持温度不变，由玻意耳定律得p0V0＝pV，代入数据解得V＝400 mL.
(3)被淹没的玻璃瓶在下降过程中，瓶内气体放热．由热力学第一定律得ΔU＝Q＋W，
因为瓶内气体体积减小，所以外界对气体做功，即W>0，而气体温度不变从而内能保持不变，即ΔU＝0，解得Q<0，故气体要放热．
答案：(1)1.2×105 Pa　(2)400 mL　(3)见解析(共24张PPT)
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√
1．(2025·江西重点中学盟校第一次联考)如图所示，在某固定绝热容器中，左侧装有一定质量的某种理想气体，右侧为真空，某时刻把隔板抽掉，让左侧气体自由膨胀到右侧直至达到新的平衡，气体的温度(　　)
A．升高
B．不变
C．降低
D．无法确定
解析：气体自由膨胀，气体体积变大但并不对外做功，W＝0，由热力学第一定律的表达式ΔU＝W＋Q以及容器绝热可知内能ΔU＝0，即温度不变．
√
2.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
活塞施加向下的压力使其缓慢下降，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：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ΔU＝W＋Q可知气体放出热量；根据玻意耳定律pV＝C，由于气体体积减小，可知气体压强增大．
√
3.如图所示的是压力保温瓶结构简图，活塞a与液面之间密闭了
一定质量的气体．假设封闭气体为理想气体且与外界没有热交
换，则向下压a的过程中，瓶内气体(　　)
A．内能增大 B．体积增大
C．压强不变 D．温度不变
解析：压缩气体时，气体体积减小，外界对气体做功，则W＞0，因为气体与外界没有热交换，则Q＝0，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可知ΔU＞0，即气体的内能增大，温度升高，压强变大．
√
4．下列对能量转化和守恒定律的认识错误的是(　　)
A．某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加
B．某个物体的能减少，必然有其他物体的能增加
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，最后静止在地面上，说明机械能消失了
解析：根据能量守恒定律知，某种形式的能减少，其他形式的能一定增大，某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加，A、B正确，不符合题意；
不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——永动机，违反了能量的转化和守恒定律，不可能制成，C正确，不符合题意；
石子在运动和碰撞中机械能转化为了石子本身及周围物体的内能，机械能并没有消失，D错误，符合题意．
√
5．在研究大气现象时可把温度、压强相同的一部分气体叫作气团，气团可看作理想气体，将其作为研究对象．气团直径很大可达几千米，其边缘部分与外界的热交换相对于整个气团的内能来说非常小，可以忽略不计．气团从地面上升到高空后温度可降低到－50 ℃，关于气团上升过程中下列说法正确的是(　　)
A．气团体积膨胀，对外做功，内能增加，压强减小
B．气团体积收缩，外界对气团做功，内能减少，压强增大
C．气团体积膨胀，对外做功，内能减少，压强减小
D．气团体积收缩，外界对气团做功，内能增加，压强不变
解析：忽略气团与外界的热交换，据热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知ΔU＝W，气团上升过程中，压强随高度升高而减小，气团体积膨胀，对外做功，导致内能大量减少而温度降低．
√
6．(2025·四川攀枝花市期末)一定质量的理想气体在某一过程中，从外界吸收热量3×106 J，对外界做功1.2×106 J，则该理想气体的(　　)
A．温度升高，密度减小
B．温度降低，密度减小
C．温度升高，密度增大
D．温度降低，密度增大
√
7.(2025·天津西青区期末)健身球是一种内部充气的健身辅
助器材，如图所示，球内的气体可视为理想气体，当球内
气体被快速挤压时来不及与外界热交换，而缓慢变化时可
认为能发生充分的热交换，下列说法正确的是(　　)
A．人体缓慢离开健身球过程中，球内气体对外放热
B．人体缓慢离开健身球过程中，球内表面单位时间单位面积上撞击的分子数不变
C．人体快速挤压健身球过程中，球内气体压强减小
D．人体快速挤压健身球过程中，球内气体分子热运动的平均动能增大
解析：人体缓慢离开健身球过程中，球内气体能与外界发生充分的热交换，则球内气体的温度不变，分子的平均速率不变，体积变大，则压强变小，气体分子数密度减小，则球内表面单位时间单位面积上撞击的分子数减少，气体对外做功，内能不变，根据热力学第一定律可知，球内气体从外界吸热，故A、B错误；
人体快速挤压健身球过程中，来不及与外界热交换，球内气体体积减小，外部对气体做功，气体温度升高，则压强增大，球内气体分子热运动的平均动能增大，故C错误，D正确．
√
8.如图所示，一个导热良好的圆柱形气缸开口向上竖直放置
于水平面上，缸内储存文物，且封闭有一定质量的理想气
体．现将环境温度缓慢升高，活塞离气缸底部的距离由h变
为H，已知大气压恒定，活塞与气缸壁密封良好且不计摩擦，
忽略文物热胀冷缩的影响，下列说法正确的是(　　)
A．气体对外做功，内能增大 B．外界对气体做功
C．气体放出热量 D．每个气体分子的动能都增大
解析：气体膨胀对外做功，温度升高内能增大，故A正确，B错误；
结合上述，根据热力学第一定律可知，气体吸收热量，故C错误；
温度升高，气体分子的平均动能增大，但并不是每个分子的动能都增大，故D错误．
√
9.如图，肠粉店师傅把一勺刚出炉、热气腾腾的卤汁倒入
一小塑料袋中，然后快速打结，袋中密封了一定质量的
空气(视为理想气体).一小段时间后，塑料袋会鼓起来．
下列表述正确的是(　　)
A．外界对气体做正功
B．气体从袋外吸热
C．相比原来，袋内气体内能减少
D．相比原来，袋内气体压强增大
解析：一小段时间后，塑料袋会鼓起来，可知气体的体积变大，外界对气体做负功，A错误；
一小段时间后，热气腾腾的卤汁使得气体温度升高，内能增大，由于气体的温度高于外界温度，可知气体向袋外放热，B、C错误；
倒入热气腾腾的卤汁前，气体压强等于外界大气压强，一小段时间后，塑料袋会鼓起来，说明气体压强大于外界大气压强，故相比原来，袋内气体压强增大，D正确．
√
10．如图所示，有一导热性良好的气缸放在水平面上，活塞与气缸壁间的摩擦不计，气缸内用一定质量的活塞封闭了一定质量的气体，忽略气体分子间的相互作用(即分子势能视为零)，忽略环境温度的变化，现缓慢推倒气缸，在此过程中(　　)
A．气体吸收热量，内能不变
B．气缸内分子的平均动能增大
C．单位时间内撞击气缸壁单位面积上的分子数增多
D．气缸内分子撞击气缸壁的平均作用力增大
解析：由题图可知，该过程气体对外做功，由于忽略环境温度变化，温度不变，内能不变，由热力学第一定律可知，气体吸收热量，A正确．
11.如图所示，这是中国传统玩具饮水鸟．在鸟的面前放上
一杯水，用手把鸟嘴浸到水里，小鸟“喝”了一口后，又
直立起来，之后，无需人的干预，小鸟直立一会儿就会自
己俯下身去使鸟嘴浸入水中“喝”水，然后又会直立起来，
就这样周而复始，小鸟不停地点头“喝”水．下列说法正确的是(　　)
A．饮水鸟上下运动的能量来源于周围空气的内能
B．水杯中的水干了之后，小鸟还能点头“喝”水
C．这种玩具饮水鸟是一架永动机
D．此现象违背了热力学第一定律
√
解析：玩具饮水鸟的内部结构如图所示，其原理是先在鸟
嘴上沾一些水，水分蒸发过程中吸热，温度降低，压强减
小，使得头部气压小于肚子中的气压，从而使肚子中的部
分液体压入头部，使重心上移，鸟的身体变得不稳定而发
生倾斜，倾斜的过程中肚子中的玻璃管口脱离液面，从而使头部的液体又流回到肚子中，使鸟的身体再回到开始的竖直状态，而刚才倾斜的过程中鸟嘴刚好又沾到了水，之后鸟回到竖直状态后，鸟嘴的水分蒸发，重复前面的运动过程，即饮水鸟上下运动的能量来源于周围空气的内能，A正确；
根据上述分析可知，当水杯中的水干了之后，不能蒸发制冷，不能形成头部和肚子内空气的压强差，小鸟不能再上下运动，即小鸟不能点头“喝”水，B错误；
这种玩具饮水鸟仍然遵循能量守恒定律，此现象没有违背热力学第一定律，不是一架永动机，C、D错误．
12．(8分)一定质量的理想气体从外界吸收了4.2×105 J的热量，同时气体对外做了6×105 J的功，问：
(1)物体的内能是增加还是减少？变化量是多少？(6分)
解析：气体从外界吸收热量，则Q＝4.2×105 J
气体对外做功，则W＝－6×105 J
由热力学第一定律得
ΔU＝W＋Q＝－6×105 J＋4.2×105 J＝－1.8×105 J
ΔU为负，说明气体的内能减少了1.8×105 J.
答案：减少　1.8×105 J　
(2)分子的平均动能是增加还是减少？(2分)
解析：理想气体忽略分子势能，因为气体内能减少，所以气体分子的平均动能一定减少了．
答案：减少(共27张PPT)
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题组1　物体的内能
1．一块10 ℃的铁与一块10 ℃的铝相比，以下说法正确的是(　　)
A．铁的分子动能之和与铝的分子动能之和相等
B．铁的每个分子动能与铝的每个分子的动能相等
C．铁的分子平均速率与铝的分子平均速率相等
D．以上说法均不正确
√
解析：因为温度是分子热运动平均动能的标志，所以两物体温度相等，说明它们的分子平均动能相等，由于没有说明铁与铝的质量，只有当它们所含分子数目一样时，分子总动能才相等，故A错误；
分子平均动能虽相等，但对每个分子而言，它运动的速率是变化的，且每个分子的速率都是不同的，有快的也有慢的，所以每个分子的动能相等的说法不正确，故B错误；
2．(多选)当氢气和氧气的质量和温度都相同时，下列说法正确的是(　　)
A．两种气体分子的平均动能相等
B．氢气分子的平均速率大于氧气分子的平均速率
C．两种气体分子热运动的总动能相等
D．两种气体分子热运动的平均速率相等
√
√
解析：因为温度是分子平均动能的标志，温度相同，则分子平均动能相同，故A正确；
因为氢气分子的质量小于氧气分子的质量，而分子平均动能又相等，所以氢气分子的平均速率大，故D错误，B正确；
虽然气体质量和分子平均动能(温度)都相等，但由于气体摩尔质量不同，分子数目不相等，分子总动能不相等，故C错误．
√
3．如图所示，甲分子固定在坐标原点O，乙分子位于x轴上，甲分子对乙分子的作用力与两分子间距离的关系如图中曲线所示，F＞0为斥力，F＜0为引力，a、b、c、d为x轴上四个特定的位置．现把乙分子从a处由静止释放，则(　　)
A．乙分子由a到b做加速运动，由b到c做减速运动
B．乙分子由a到c做加速运动，到达c时速度最大
C．乙分子由a到b的过程中，两分子间的分子势能一直增加
D．乙分子由b到d的过程中，两分子间的分子势能一直增加
解析：从a到c分子间的作用力都表现为引力，所以从a运动到c，乙分子做加速运动，到达c时速度最大，故A错误，B正确；
从a到b分子间引力做正功，所以分子势能减小，故C错误；
从b到c过程中，分子间的引力做正功，分子势能减小，从c到d过程中，分子间斥力做负功，分子势能增加，故D错误．
√
4．下列说法正确的是(　　)
A．只要温度相同，任何物体分子的平均动能都相同
B．分子动能指的是由于分子定向运动而具有的能
C．10个分子的动能和分子势能的总和就是这10个分子的内能
D．温度高的物体中的每一个分子的运动速率一定大于温度低的物体中的每一个分子的运动速率
解析：温度是分子平均动能的标志，温度相同，物体分子平均动能相同，故A正确；
分子动能指的是由于分子做无规则运动而具有的能，B错误；
物体的内能是对大量分子而言的，对于10个分子无意义，故C错误；
温度高的物体分子的平均速率大(相同物质)，但具体到每一个分子的速率是不确定的，可能大于平均速率，也可能小于平均速率，故D错误．
题组2　做功及物体内能的变化
5．在绝热过程中，外界压缩气体做功20 J，下列说法正确的是(　　)
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：做功的过程是能量转化的过程，在绝热过程中，外界对气体做多少功，气体的内能就增加多少，所以A正确．
√
√
6．下面例子中，通过做功来改变物体内能的是(　　)
A．阳光照射衣服，衣服的温度升高
B．用打气筒打气，筒壁变热
C．将高温金属块放在水中，水的温度升高
D．放进冰箱冷冻室的水变成冰块
解析：阳光照射衣服，衣服的温度升高，是通过热传递改变内能，A错误；
用打气筒打气，筒壁变热，是通过做功改变内能，B正确；
将高温金属块放在水中，水的温度升高，是通过热传递改变内能，C错误；
放进冰箱冷冻室的水变成冰块，是通过热传递改变内能，D错误．
√
题组3　做功、热量和内能
7．以下所述现象中，属于通过热传递改变了物体内能的是(　　)
A．汽油机气缸内气体被压缩
B．放在空气中的一杯热水会冷却
C．在转动的砂轮上磨车刀，车刀发热
D．电流通过电阻丝
解析：热水放在空气中，通过热传递方式向外传递了热量，使自身的内能减少，温度降低，而汽油机气缸内气体被压缩、在转动的砂轮上磨车刀，车刀发热以及电流通过电阻丝都是通过做功改变物体内能的．
√
8．关于物体的内能和热量，下列说法正确的是(　　)
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．在热传递过程中，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：物体的内能由温度、体积及物体的质量共同决定，不是只由温度决定，故A、B错误；
在热传递过程中，热量由高温物体传给低温物体，直至二者温度相同，而与物体的内能大小无关，所以完全有可能是内能大的物体内能继续增大，内能小的物体内能继续减小，故C错误，D正确．
9．(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0 ℃的冰熔化成0 ℃的水，内能减小
√
√
√
解析：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A正确；
物体吸收热量时，内能增大，放出热量时，内能减小，所以热传递可以改变物体的内能，故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C正确；
冰熔化成水，吸收热量，内能增大，故D错误．
√
10．下列有关焦耳及焦耳实验的说法正确的有(　　)
A．焦耳是法国物理学家，他的主要贡献是焦耳定律及热功当量
B．焦耳实验中用到的容器可以用普通玻璃杯代替
C．焦耳实验中的研究对象是容器中的水
D．焦耳实验中要使容器及其中的水升高相同的温度，实验中悬挂重物的质量、下落的高度可以不相同，但做功必须相同
解析：焦耳是英国物理学家，故A错误；
实验的研究对象是容器及其中的水组成的绝热系统，普通玻璃杯达不到绝热要求，故B、C错误；
要使水及容器升高相同的温度即内能增加相同，则做功必须相同，故D正确．
11.如图所示，瓶内装有少量的水，瓶口已塞紧，水上方空气
中有水蒸气，用打气筒向瓶内打气，当塞子从瓶口跳出时，
瓶内出现“白雾”，这一现象产生的原因可以用下面三句话
解释：甲，水蒸气凝结成小水珠；乙，瓶内气体推动瓶塞做
功，内能减小；丙，温度降低．三句话正确的顺序是(　　)
A．甲、乙、丙 B．乙、丙、甲
C．丙、甲、乙 D．乙、甲、丙
解析：根据题意因果顺序的进程为：瓶内气体推动瓶塞做功→气体内能减小→瓶内气体温度降低→瓶内水蒸气液化成小水珠即“白雾”，而瓶塞跳起是用打气筒往瓶内打气使瓶内气体压强增大所致．
√
12．(多选)甲分子固定在坐标原点O，乙分子只在两分子间的作用力作用下，沿x轴方向运动，两分子间的分子势能Ep与两分子间距离x的变化关系如图所示，则下列说法正确的是(　　)
A．乙分子在P点时加速度为0
B．乙分子在Q点时分子势能最小
C．乙分子在Q点时处于平衡状态
D．乙分子在P点时动能最大
√
√
解析：由题图可知乙分子在P点时分子势能最小，此时乙分子受力平衡，甲、乙两分子间引力和斥力相等，乙分子所受合力为0，加速度为0，故A正确；
乙分子在Q点时分子势能为0，大于乙分子在P点时的分子势能，故B错误；
乙分子在Q点时与甲分子间的距离小于平衡距离，分子引力小于分子斥力，合力表现为斥力，所以乙分子在Q点所受合力不为0，故不处于平衡状态，故C错误；
乙分子在P点时，其分子势能最小，由能量守恒定律可知此时乙分子动能最大，故D正确．
13.(多选)如图所示，绝热的容器内密闭一定质量的理想气体(不考
虑分子间的作用力)，用电阻丝缓慢对其加热时，绝热活塞无摩擦
地上升，下列说法正确的是(　　)
A．单位时间内气体分子对活塞碰撞的次数减少
B．电热丝对气体传热，气体对外传热，气体内能可能减少
C．电热丝对气体传热，气体对外传热，气体内能可能不变
D．电热丝对气体传递的热量一定大于气体对外做的功
√
√
解析：由题意知，气体压强不变，活塞上升，体积增大，由气体实验定律知，气体温度升高，则其内能一定增加，电热丝对气体传递的热量一定大于气体对外做的功，B、C错误，D正确；
由气体压强的微观解释知，温度升高，气体分子对活塞的冲力增大，而压强不变，因此单位时间内气体分子对活塞的碰撞次数减少，A正确．
14．如图，一绝热容器被隔板K隔开成a、b两部分．已知a内有一定量的稀薄气体，b内为真空．抽开隔板K后，a内气体进入b，最终达到平衡状态．在此过程中(　　)
A．气体对外界做功，内能减少
B．气体不做功，内能不变
C．气体压强变小，温度降低
D．外界对气体做功，内能增加
√
解析：因b内为真空，抽开隔板K后，a内气体对外界不做功，且内能不变，故A、D错误，B正确；
稀薄气体可看作理想气体，其内能只与温度有关，气体的内能不变，温度也不变，由p1V1＝p2V2和V1p2，即气体压强变小，故C错误．(共23张PPT)
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1．(多选)(2025·广东阶段检测)为了减少污染，根据相关规定，加油站必须进行“油气回收”，操作如下：油枪从封闭油罐中吸取体积为V的汽油加到汽车油箱，同时抽取油枪周围体积为1.2V的油气(可视为理想气体)，压入封闭油罐(压至体积为V).假设油罐及加油枪导热良好且环境温度不变，则将油气压入油罐的过程中，油气(　　)
A．压强增大 B．对外做正功
C．向环境放热 D．从环境吸热
√
√
解析：油气压入油罐的过程中，体积减小，外界对气体做功，由于油罐及加油枪导热良好且环境温度不变，则气体的内能不变，根据热力学第一定律可知油气向环境放热，C正确，B、D错误；
油气压入油罐的过程中，体积减小，温度不变，根据理想气体状态方程可知压强增大，A正确．
2．(多选)采用涡轮增压技术可提高汽车发动机效率．将涡轮增压简化为以下两个过程，一定质量理想气体首先经过绝热过程被压缩，然后经过等压过程回到初始温度，则(　　)
A．绝热过程中，气体分子平均动能增加
B．绝热过程中，外界对气体做负功
C．等压过程中，外界对气体做正功
D．等压过程中，气体内能不变
√
√
解析：一定质量的理想气体经过绝热过程被压缩，可知气体体积减小，外界对气体做正功，根据热力学第一定律可知，气体内能增加，则气体温度升高，气体分子平均动能增加，故A正确，B错误；
3.(多选)如图所示，一定质量的理想气体从状态a变化到状态
b.在这一过程中，下列说法正确的是(　　)
A．气体温度降低
B．气体温度升高
C．气体向外界放出热量
D．气体的内能增加
√
√
温度升高，气体的内能增加，D正确；
根据热力学第一定律有ΔU＝W＋Q，气体体积增大，对外做功，但内能增加，故气体从外界吸热，C错误．
√
4.如图所示，一定质量的某种理想气体从状态A变化到状态B，
则(　　)
A．体积减小
B．内能减少
C．气体一定从外界吸热
D．外界一定对气体做正功
气体自状态A到状态B的过程中，温度升高，所以内能增加，故B错误；
整个过程，气体体积增大，所以气体对外做功，而内能增加，根据热力学第一定律可知，气体一定从外界吸热， 故C正确，D错误．
√
5．(多选)一定质量的理想气体经历A→B→C→A的过程，其体积随温度的变化情况如图所示．下列说法不正确的是(　　)
A．A→B过程，气体压强增大
B．A→B过程，气体的内能增加
C．B→C过程，气体吸收热量
D．C→A过程，气体压强减小
√
√
A→B过程温度不变，气体内能不变，故B错误；
B→C过程，气体体积不变，外界对气体做功为零，气体温度升高，内能增加，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知气体吸收热量，故C正确；
C→A过程，气体体积与温度比保持不变，即压强不变，故D错误．
√
6．(2025·甘肃兰州市期末)空气炸锅是利用高温空气循环技术加热食物．图为某型号空气炸锅简化模型图，其内部有一气密性良好的内胆，封闭了质量、体积均不变且可视为理想气体的空气．已知初始气体压强p0＝1.0×105 Pa，温度t0＝27 ℃，加热一段时间后气体温度升高到t＝147 ℃，此过程中气体吸收的热量为5.2×103 J，则(　　)
A．升温后所有气体分子的动能都增大
B．升温后胆中气体的压强为1.2×105 Pa
C．此过程胆中气体的内能增加量为5.2×103 J
D．此过程中气体对外界做正功
解析：升温后气体分子的平均动能增大，并不是所有气体分子的动能都增大，故A错误；
由于气体的体积不变，气体做功W＝0，气体吸收的热量Q＝5.2×103 J，根据热力学第一定律有ΔU＝W＋Q＝5.2×103 J，故C正确，D错误．
7．(12分)(2025·甘肃白银市期末)如图所示，气缸水平固定，气缸右端有挡板，活塞(厚度不计)可以在气缸内无摩擦地移动且不能离开气缸，气缸内封闭着一定质量的理想气体，初始时活塞到气缸右端的距离x＝0.4 m．现加热气缸内的气体，活塞缓慢移动，活塞刚好移到气缸右端时，气缸内的气体的热力学温度T1＝290 K，一段时间后停止加热，此时封闭气体的压强变为p2＝2×105 Pa.已知活塞的横截面积S＝0.02 m2，外部大气压强恒为p1＝1×105 Pa，整个加热过程中封闭气体吸收的热量为900 J，求：
(1)等压变化过程中气体对外做的功；(4分)
解析：由题意可知，气体先发生等压变化，待活塞运动到挡板处再发生等容变化，等压变化过程中气体对外做功，做的功W＝p1Sx，代入数据解得W＝800 J.
答案：800 J　
(2)加热后气缸内气体的热力学温度；(4分)
答案：580 K　
(3)封闭气体的内能变化量．(4分)
解析：由热力学第一定律可知，封闭气体的内能变化量ΔU＝－W＋Q，解得ΔU＝100 J.
答案：100 J
8．(12分)如图所示，一定质量理想气体被活塞封闭在气缸中，活塞的面积为S，与气缸底部相距L，气缸和活塞绝热性能良好，气体的压强、温度与外界大气相同，分别为p0和T0.现接通电热丝加热气体，一段时间后断开，活塞缓慢向右移动距离L后停止，活塞与气缸间的滑动摩擦力为f，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，整个过程中气体吸收的热量为Q，求：
(1)内能的增加量ΔU；(6分)
解析：活塞移动时受力平衡p1S＝p0S＋f，气体对外界做功W＝p1SL，根据热力学第一定律ΔU＝Q－W，解得ΔU＝Q－(p0S＋f)L.
答案：Q－(p0S＋f)L　
(2)最终温度T.(6分)
9．(12分)(2025·湖南郴州市期末)如图所示，一定质量的理想气体经历了A→B→C的状态变化过程，在此过程中气体的内能增加了135 J，由B→C的过程外界对气体做了90 J的功．已知状态A时气体的压强pA＝1.5×105 Pa.求：
(1)状态B时气体的压强pB；(4分)
答案：4.5×105 Pa　
(2)从状态A到状态C的过程中，气体与外界热交换的热量．(8分)
解析：根据热力学第一定律有ΔU＝W＋Q
从状态A到状态B为等容变化，WAB＝0
又WAC＝WAB＋WBC＝90 J，ΔUAC＝135 J
联立解得Q＝45 J，故气体从外界吸收热量45 J.
答案： 45 J(共31张PPT)
专题提升课3　热力学定律
与气体实验定律的综合
专题深度剖析
PART
01
第一部分
微专题一　热力学第一定律与图像的综合
1．内能的变化都要用热力学第一定律进行综合分析．
2．做功情况看气体的体积：体积增大，气体对外界做功，W为负；体积减小，外界对气体做功，W为正．
3．与外界绝热，则不发生传热，此时Q＝0.
4．如果研究对象是理想气体，因理想气体忽略分子势能，所以当它的内能变化时，体现在分子动能的变化上，从宏观上看就是温度发生了变化．
角度1　p－V图像与热力学第一定律
　　　(2023·广东卷，T13)在驻波声场作用下，水中小
气泡周围液体的压强会发生周期性变化，使小气泡周期
性膨胀和收缩，气泡内气体可视为质量不变的理想气体，
其膨胀和收缩过程可简化为如图所示的p－V图像，气泡
内气体先从压强为p0、体积为V0、温度为T0的状态A等温
膨胀到体积为5V0、压强为pB的状态B，然后从状态B绝热收缩到体积为V0、压强为1.9p0、温度为TC的状态C，B到C过程中外界对气体做功为W.已知p0、V0、T0和W.求：
(1)pB的表达式；
(2)TC的表达式；
[答案]　TC＝1.9T0　
(3)B到C过程，气泡内气体的内能变化量．
[解析]　由热力学第一定律可知ΔU＝W＋Q
其中Q＝0，故气体内能增加ΔU＝W.
[答案]　W
角度2　p－T图像与热力学第一定律
　　　(多选)一定质量的理想气体在状态a→状态b→状态c→状态a的循环过程中，气体压强p随热力学温度T变化的关系如图所示。ab的延长线过坐标原点，bc平行于p轴，下列说法正确的是(　　)
A．气体在状态a时的内能最大
B．状态a→状态b，气体分子数密度增大
C．状态b→状态c，气体向外界放热
D．状态c→状态a，气体对外界做的功大于气体吸收的热量
√
√
[解析]　由题图可知，气体在a状态时的温度最高，所以气体在状态a时的内能最大，故A正确；
在ab过程中气体体积不变，气体不对外界做功，外界也不对气体做功，气体分子数密度不变，故B错误；
在bc过程中气体温度不变，内能不变，压强增大，体积减小，外界对气体做功，气体向外放出热量，故C正确；
在ca过程中气体温度升高，内能增大，压强减小，体积增大，所以气体对外界做功，根据热力学第一定律可得，气体对外界做的功小于气体吸收的热量，故D错误．
√
角度3　V－T图像与热力学第一定律
　　　一定质量的理想气体从状态A经过状态B变化到状态C，其V－T图像如图所示．下列说法正确的是(　　)
A．B→C的过程中，气体分子平均动能增加
B．B→C的过程中，气体一定放出热量
C．A→B的过程中，气体分子的密集程度变小
D．A→B的过程中，分子的平均动能变大
[解析]　B→C的过程中，气体的温度降低，气体分子平均动能减少，A错误；
B→C的过程中，气体的温度降低，气体的内能减少，气体的体积减小，外界对气体做正功，根据热力学第一定律可知，气体一定放出热量，B正确；
A→B的过程中，气体的体积减小，气体分子的密集程度变大，C错误；
A→B的过程中，气体的温度不变，气体分子的平均动能不变，D错误．
角度4　T－V图像与热力学第一定律
　　　(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，下列说法正确的是(　　)
A．过程①中气体的压强逐渐增大
B．过程②中气体对外界做功
C．过程④中气体从外界吸收了热量
D．状态c、d的内能不相等
√
√
[解析]　过程①是等容变化，气体温度升高，由查理定律可知压强增大，A正确；
过程②中，气体体积增大，对外做功，B正确；
过程④是等容变化，气体对外不做功，温度降低，内能减少，由热力学第一定律知，放出热量，C错误；
过程③是等温变化，温度不变，故状态c、d的内能相等，D错误．
微专题二　热力学定律与气体实验定律的结合
√
　　　(2024·北京卷，T3)一个气泡从恒温水槽的底部缓慢上浮，将气泡内的气体视为理想气体，且气体分子个数不变，外界大气压不变，在上浮过程中气泡内气体(　　)
A．内能变大 B．压强变大
C．体积不变 D．从水中吸热
[解析]　上浮过程气泡内气体的温度不变，则内能不变，故A错误；
气泡内气体压强p＝p0＋ρ水gh，故上浮过程气泡内气体的压强减小，故B错误；
由玻意耳定律pV＝c知，上浮过程气体体积变大，气体对外做功，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W知，气体从水中吸热，故C错误，D正确．
　　　一定质量的某种理想气体初始温度T0＝400 K，压强p0＝1×105 Pa，体积为V0.经等容变化放出400 J热量，温度降低到T1＝300 K；若经等压变化，则需要放出600 J的热量才能使温度降低到300 K．求：
(1)等压过程中外界对气体做的功W；
[解析]　等容过程中，气体做功为零
即ΔU＝Q1＝－400 J
等压过程中，内能变化量与等容过程相等均减小400 J，又放出600 J热量，则W＝ΔU－Q2＝200 J.
[答案]　200 J　
(2)初始状态下气体的体积V0.
[答案]　8 L
(1)再次平衡时容器内气体的温度；
(2)此过程中容器内气体吸收的热量．
随堂巩固落实
PART
02
第二部分
√
1.(热力学第一定律与图像的综合)一定质量的理想气体由状
态a经①过程到状态b，由状态b经②过程到状态c，由状态c
又经③过程回到状态a，①过程气体不与外界发生热传递，
③过程温度保持不变。整个过程压强p与体积V的关系如图所示，下列说法正确的是(　　)
A．①过程外界对气体做正功
B．②过程气体从外界吸热
C．③过程气体既不吸热也不放热
D．整个过程初末状态气体体积相等，外界不对气体做功
解析：①过程气体体积增大，外界对气体做负功，故A错误；
②过程为等容变化，压强增大，温度升高，气体内能增大，外界没有对气体做功，气体从外界吸热，故B正确；
③过程温度不变，内能不变，外界对气体做的正功，根据热力学第一定律可知，气体放热，故C错误；
在p－V图像中，图像与坐标轴围成的面积等于功的大小，②过程外界没有对气体做功，③过程外界对气体做的正功大于①过程外界对气体做的负功，因此全过程外界对气体做正功，故D错误．
√
2．(热力学第一定律与图像的综合)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C，V—T图像如图所示。已知该气体在状态B时的压强为1.0×105 Pa。下列说法正确的是(　　)
A．状态A时的气体压强为2.0×105 Pa
B．A→B过程气体吸热
C．B→C过程气体压强增大
D．B→C过程气体对外界做功200 J
解析：从状态A变化到状态B，气体发生等温变化，根据玻意耳定律可得pAVA＝pBVB，解得pA＝0.5×105 Pa，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W>0，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知气体放热，故B错误；
B→C过程气体体积变大，对外做功，则有W＝－p(VC－VB)，代入数据解得W＝－200 J，负号表示气体对外界做功，故D正确．
√
3．(热力学第一定律与气体实验定律的综合)(2024·重庆卷，T3)某救生手环主要由高压气囊密闭，气囊内视为理想气体，密闭气囊与人一起上浮的过程中，若气囊内气体温度不变，体积增大，则(　　)
A．外界对气囊内气体做正功 B．气囊内气体压强增大
C．气囊内气体内能增大 D．气囊内气体从外界吸热
解析：气囊上浮过程，密闭气体温度不变，由玻意耳定律pV＝c可知，体积增大，则压强减小，气体对外做功，故A、B错误；
气体温度不变，内能不变，气体对外做功，W<0，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W，知Q>0，则气体需要从外界吸热，故C错误，D正确．
4.(热力学第一定律与气体实验定律的综合)如图所示，将一
容积V0＝480 mL的空玻璃瓶从空气中开口向下缓缓压入水
中。设水温均匀且恒定，玻璃瓶中的气体可视为理想气体，
大气压强p0＝1.0×105 Pa，水的密度ρ＝1.0×103 kg/m3，重力加速度g取10 m/s2，玻璃瓶高度相对于水深可忽略不计，当压入水中h＝2 m深处时：
(1)求瓶内空气的压强。
解析：由平衡条件，瓶内空气的压强p满足
p＝p0＋ρgh
解得p＝1.2×105 Pa.
答案：1.2×105 Pa　
(2)求瓶内空气的体积。
解析：缓缓压入水温均匀且恒定的水中，瓶内的理想气体保持温度不变，由玻意耳定律得p0V0＝pV，代入数据解得V＝400 mL.
答案：400 mL　
(3)被淹没的玻璃瓶在下降过程中，瓶内气体是吸热还是放热，为什么？
解析：被淹没的玻璃瓶在下降过程中，瓶内气体放热．由热力学第一定律得ΔU＝Q＋W，
因为瓶内气体体积减小，所以外界对气体做功，即W>0，而气体温度不变从而内能保持不变，即ΔU＝0，解得Q<0，故气体要放热．
答案：见解析第2课时　热力学第一定律和能量守恒定律
知识点一　热力学第一定律
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．若在此高空，关闭加热装置后，则：
(1)氦气对外界做功还是外界对氦气做功？
(2)氦气吸热还是放热？
[提示]　(1)根据＝c可知，体积减小，外界对氦气做功．
(2)在此高空，ΔU＜0，W＞0，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，Q＜0，即氦气向外放热．
1．对ΔU＝W＋Q的理解
热力学第一定律将单纯的绝热过程和单纯的热传递过程中内能改变的定量表述推广到一般情况，既有做功又有热传递的过程，其中ΔU表示内能改变的数量，W表示做功的数量，Q表示外界与物体间传递的热量．
2．符号法则
(1)外界对系统做功，W＞0，即W取正值；
系统对外界做功，也就是外界对系统做负功，W＜0，即W取负值．
(2)外界向系统传递热量，也就是系统从外界吸收热量，Q＞0，即Q取正值；
外界从系统吸收热量，也就是系统向外界放出热量，Q＜0，即Q取负值．
(3)系统内能增加，ΔU＞0，即ΔU为正值；
系统内能减少，ΔU＜0，即ΔU为负值．
3．几种特殊情况
(1)若过程是绝热的，即Q＝0，则ΔU＝W，物体内能的增加量等于外界对物体做的功．
(2)若过程中不做功，即W＝0，则ΔU＝Q，物体内能的增加量等于物体从外界吸收的热量．
(3)若过程的始、末两个状态物体的内能不变，即ΔU＝0，则W＝－Q(或Q＝－W)，外界对物体做的功等于物体放出的热量(或物体吸收的热量等于物体对外界做的功).
角度1　内能变化的理解
　关于物体内能的变化，下列说法正确的是(　　)
A．物体吸收了热量，它的内能可能减少
B．物体的机械能变化时，它的内能也一定随着变化
C．外界对物体做功，它的内能一定增加
D．物体既吸收热量，又对外界做功，它的内能一定不变
[解析]　物体内能的变化与外界对物体做功(或物体对外界做功)、物体从外界吸热(或向外界放热)两种因素有关，即ΔU＝W＋Q，物体吸收热量，也可以同时对外做功，其内能有可能增加，也有可能不变，甚至减少，内能的变化量受两者共同影响，无法单一决定，故A正确，C错误；物体的内能与物体的体积、温度等因素有关，物体的机械能变化时，物体的速率或高度变化，但其体积和温度可能不变，也可能改变，则其内能可能增加、减少或不变，故B错误；由A项的分析可知ΔU＝W＋Q，物体既吸收热量，又对外做功，它的内能可能保持不变，也可能减少，还可能增加，具体决定于做功和吸热的数值，故D错误．
[答案]　A
角度2　热力学第一定律的理解
　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]　外界对气体做了8×104 J的功，则W＝8×104 J，气体内能减少了1.2×105 J，则ΔU＝－1.2×105 J，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可得，Q＝－2×105 J，故B正确，A、C、D错误．
[答案]　B
角度3　热力学第一定律的应用
　如图所示，隔板在绝热气缸中封闭一定质量理想气体，隔板和绝热活塞间是真空。迅速抽掉隔板后气体会扩散至整个气缸，待气体稳定后向左缓慢推动活塞至隔板原位置，整个系统密封性良好，下列说法正确的是(　　)
A．扩散过程中，气体对外界做功，温度降低
B．扩散过程中，气体分子的平均速率减小导致气体压强减小
C．推动活塞过程中，活塞对气体做功，气体温度升高
D．抽掉隔板前和活塞到达隔板原位置后，气体内能相等
[解析]　抽开隔板时，气体体积变大，但是右方是真空，气体不对外做功，又没有热传递，则根据ΔU＝Q＋W可知，气体内能不变，温度不变，气体分子的平均速率不变，压强减小，故A、B错误；气体被压缩的过程中，外界对气体做功，根据ΔU＝Q＋W，可知，气体内能增大，气体分子的平均动能变大，温度升高，故C正确，D错误．
[答案]　C
知识点二　能量守恒定律
有人试图制造一台“永久”的发电机．设计思想如下：先利用外界供给的电能，使电动机转动，再让电动机带动发电机发电．发电机发电后，一部分电供给电动机继续使用，电动机不再利用外界供给的电能；一部分电能供用户使用．这样，一旦这个发电机发出电来，它就可以不再使用外界的能量，自己“源源不断”地发出电来．用能量转化和守恒的知识分析说明，这样的“永动机”能实现吗？
[提示]　上述设想的能量转化过程是这样的，电能→机械能→电能→机械能＋电能(用户).根据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别的形式，或者从一个物体转移到别的物体，所以上述能量转化中均应是守恒的，一旦发电机发出电来就不再使用外界能量是不可能的，这种永动机不能实现．
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．第一类永动机失败的原因
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．
角度1　能量守恒定律的理解
　关于能量转化的现象，下列说法正确的是(　　)
A．用太阳灶烧水是太阳能转化为电能
B．电灯发光是电能转化为光能
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，故A错误；电灯发光是电能转化为光能，故B正确；核电站发电是核能转化为电能，故C错误；生石灰放入盛有凉水的烧杯里，水温升高是化学能转化为内能，故D错误．
[答案]　B
　(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]　不同形式的能量间的转化过程中，能量是守恒的，即某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加，A正确；能量在不同的物体间发生转移的过程中，能量是守恒的，即某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加，B正确；第一类永动机是不可能制成的，它违背了能量守恒定律，C正确；石子从空中落下的过程中，机械能在变化，比如受空气阻力作用使机械能减少，最后停止在地面上时机械能并没有消失，而是转化成其他形式的能，能量守恒定律表明能量既不能创生，也不能消失，D错误．
[答案]　ABC
角度2　第一类永动机
　“第一类永动机”是不可能制成的，这是因为(　　)
A．它不符合机械能守恒定律
B．它违背了能量守恒定律
C．没有制作它的理想材料
D．暂时找不到合理的设计方案
[解析]　第一类永动机不可能制成的原因是其违背了能量守恒定律，故B正确，A、C、D错误．
[答案]　B
　文艺复兴时期，意大利的达·芬奇曾设计过一种转轮，利用隔板的特殊形状，使一边的重球滚到另一边距离轮心远些的地方，并认为这样可以使轮子不停地转动，如图所示．下列说法正确的是(　　)
A．该设计可以使转轮在无外力作用下顺时针转动变快
B．该设计可以使转轮在无外力作用下逆时针转动变快
C．该设计可以在不消耗能源的情况下不断地对外做功
D．该设计中使转轮成为永动机的设想是不可能实现的
[解析]　由杠杆平衡原理可知，重球滚到另一边距离轮心远些的地方，右边每个重物施加于轮子的力矩虽然较大，但是重物的个数却较少．精确的计算可以证明，总会有一个适当的位置，使左、右两侧重物施加于轮子的相反方向的旋转作用(力矩) 恰好相等，互相抵消，使轮子达到平衡而静止下来，不管转轮是顺时针转动还是逆时针转动，在无外力作用下，只能是转动变慢，最终停下来，A、B错误；由选项A、B的分析结合能量守恒定律可知，该设计在不消耗能源的情况下不断地对外做功是不可能实现的，是因为其违背了能量守恒定律，C错误，D正确．
[答案]　D
1．(热力学第一定律)电动打气筒的压缩机在一次压缩过程中，活塞对空气做了3.0×105 J的功，同时空气的内能增加了5×104 J，下列说法正确的是(　　)
A．空气从外界吸收的热量是0.5×105 J
B．空气向外界放出的热量是2.5×105 J
C．空气从外界吸收的热量是3.5×105 J
D．空气向外界放出的热量是3.5×105 J
解析：选B．活塞对空气做了3.0×105 J的功，故W＝3.0×105 J，空气的内能增加了5×104 J，故ΔU＝5×104 J，根据热力学第一定律，有Q＝ΔU－W，解得Q＝－2.5×105 J，即空气向外界放出热量2.5×105 J，A、C、D错误，B正确．
2．(热力学第一定律)一定质量的理想气体等压膨胀，下列说法正确的是(　　)
A．气体的温度降低
B．气体从外界吸热
C．气体的内能减少
D．外界对气体做功
解析：选B．根据盖-吕萨克定律可知，一定质量的理想气体等压膨胀过程中温度一定升高，则气体内能增大，即Δ U＞0；由于体积增大，则气体对外界做功，则W＜0；根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，知Q＞0，故气体从外界吸热．
3．(热力学第一定律)如图所示，在内壁光滑气缸内封闭着一定质量的理想气体，用电热丝加热，使其温度升高T，若活塞固定，吸收热量为Q1；若活塞不固定，吸收热量为Q2，则Q1与Q2的大小关系(　　)
A．Q1＞Q2 B．Q1＜Q2
C．Q1＝Q2 D．均有可能
解析：选B．一定质量的理想气体内能由温度决定，两种情况下气体温度变化情况相同，气体内能变化量相等，即ΔU1＝ΔU2＝ΔU.第一种情况，气缸与活塞都固定不动，气体体积不变，气体不做功W1＝0，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可知Q1＝ΔU1－W1＝ΔU1＝ΔU；第二种情况，活塞自由移动，气体受热膨胀，体积增大，气体对外做功W2＜0，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可知Q2＝ΔU2－W2＝ΔU－W2＞ΔU＝Q1.
4．(能量守恒定律)如图所示，柱形容器内封有一定质量的空气，质量为m的光滑活塞与容器都用良好的隔热材料制成．另有质量为M的物块从活塞上方的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，空气内能的改变量ΔU、外界对气体所做的功W与物块及活塞的重力势能变化关系是(　　)
A．Mgh＋mgΔh＝ΔU＋W
B．ΔU＝W，W＝Mgh＋mgΔh
C．ΔU＝W，WD．ΔU≠W，W＝Mgh＋mgΔh
解析：选C．物块与活塞碰撞时有机械能损失，根据能量守恒可知物块和活塞重力势能减少量大于气体内能的增加量，由于此过程绝热，根据热力学第一定律可得ΔU＝W，WA．升高 B．不变
C．降低 D．无法确定
解析：选B．气体自由膨胀，气体体积变大但并不对外做功，W＝0，由热力学第一定律的表达式ΔU＝W＋Q以及容器绝热可知内能ΔU＝0，即温度不变．
2.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，现对活塞施加向下的压力使其缓慢下降，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ΔU＝W＋Q可知气体放出热量；根据玻意耳定律pV＝C，由于气体体积减小，可知气体压强增大．
3.如图所示的是压力保温瓶结构简图，活塞a与液面之间密闭了一定质量的气体．假设封闭气体为理想气体且与外界没有热交换，则向下压a的过程中，瓶内气体(　　)
A．内能增大 B．体积增大
C．压强不变 D．温度不变
解析：选A．压缩气体时，气体体积减小，外界对气体做功，则W＞0，因为气体与外界没有热交换，则Q＝0，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可知ΔU＞0，即气体的内能增大，温度升高，压强变大．
4．下列对能量转化和守恒定律的认识错误的是(　　)
A．某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加
B．某个物体的能减少，必然有其他物体的能增加
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，最后静止在地面上，说明机械能消失了
解析：选D．根据能量守恒定律知，某种形式的能减少，其他形式的能一定增大，某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加，A、B正确，不符合题意；不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——永动机，违反了能量的转化和守恒定律，不可能制成，C正确，不符合题意；石子在运动和碰撞中机械能转化为了石子本身及周围物体的内能，机械能并没有消失，D错误，符合题意．
5．在研究大气现象时可把温度、压强相同的一部分气体叫作气团，气团可看作理想气体，将其作为研究对象．气团直径很大可达几千米，其边缘部分与外界的热交换相对于整个气团的内能来说非常小，可以忽略不计．气团从地面上升到高空后温度可降低到－50 ℃，关于气团上升过程中下列说法正确的是(　　)
A．气团体积膨胀，对外做功，内能增加，压强减小
B．气团体积收缩，外界对气团做功，内能减少，压强增大
C．气团体积膨胀，对外做功，内能减少，压强减小
D．气团体积收缩，外界对气团做功，内能增加，压强不变
解析：选C．忽略气团与外界的热交换，据热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知ΔU＝W，气团上升过程中，压强随高度升高而减小，气团体积膨胀，对外做功，导致内能大量减少而温度降低．
6．(2025·四川攀枝花市期末)一定质量的理想气体在某一过程中，从外界吸收热量3×106 J，对外界做功1.2×106 J，则该理想气体的(　　)
A．温度升高，密度减小
B．温度降低，密度减小
C．温度升高，密度增大
D．温度降低，密度增大
解析：选A．外界对气体做功W＝－1.2×106 J，气体从外界吸收热量Q＝3×106 J，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可得ΔU＝1.8×106 J＞0，说明气体内能增大，温度升高；气体对外界做功，体积V增大，而气体的质量一定，由ρ＝知，气体密度减小．
7.(2025·天津西青区期末)健身球是一种内部充气的健身辅助器材，如图所示，球内的气体可视为理想气体，当球内气体被快速挤压时来不及与外界热交换，而缓慢变化时可认为能发生充分的热交换，下列说法正确的是(　　)
A．人体缓慢离开健身球过程中，球内气体对外放热
B．人体缓慢离开健身球过程中，球内表面单位时间单位面积上撞击的分子数不变
C．人体快速挤压健身球过程中，球内气体压强减小
D．人体快速挤压健身球过程中，球内气体分子热运动的平均动能增大
解析：选D．人体缓慢离开健身球过程中，球内气体能与外界发生充分的热交换，则球内气体的温度不变，分子的平均速率不变，体积变大，则压强变小，气体分子数密度减小，则球内表面单位时间单位面积上撞击的分子数减少，气体对外做功，内能不变，根据热力学第一定律可知，球内气体从外界吸热，故A、B错误；人体快速挤压健身球过程中，来不及与外界热交换，球内气体体积减小，外部对气体做功，气体温度升高，则压强增大，球内气体分子热运动的平均动能增大，故C错误，D正确．
8.如图所示，一个导热良好的圆柱形气缸开口向上竖直放置于水平面上，缸内储存文物，且封闭有一定质量的理想气体．现将环境温度缓慢升高，活塞离气缸底部的距离由h变为H，已知大气压恒定，活塞与气缸壁密封良好且不计摩擦，忽略文物热胀冷缩的影响，下列说法正确的是(　　)
A．气体对外做功，内能增大
B．外界对气体做功
C．气体放出热量
D．每个气体分子的动能都增大
解析：选A．气体膨胀对外做功，温度升高内能增大，故A正确，B错误；结合上述，根据热力学第一定律可知，气体吸收热量，故C错误；温度升高，气体分子的平均动能增大，但并不是每个分子的动能都增大，故D错误．
9.如图，肠粉店师傅把一勺刚出炉、热气腾腾的卤汁倒入一小塑料袋中，然后快速打结，袋中密封了一定质量的空气(视为理想气体).一小段时间后，塑料袋会鼓起来．下列表述正确的是(　　)
A．外界对气体做正功
B．气体从袋外吸热
C．相比原来，袋内气体内能减少
D．相比原来，袋内气体压强增大
解析：选D．一小段时间后，塑料袋会鼓起来，可知气体的体积变大，外界对气体做负功，A错误；一小段时间后，热气腾腾的卤汁使得气体温度升高，内能增大，由于气体的温度高于外界温度，可知气体向袋外放热，B、C错误；倒入热气腾腾的卤汁前，气体压强等于外界大气压强，一小段时间后，塑料袋会鼓起来，说明气体压强大于外界大气压强，故相比原来，袋内气体压强增大，D正确．
10．如图所示，有一导热性良好的气缸放在水平面上，活塞与气缸壁间的摩擦不计，气缸内用一定质量的活塞封闭了一定质量的气体，忽略气体分子间的相互作用(即分子势能视为零)，忽略环境温度的变化，现缓慢推倒气缸，在此过程中(　　)
A．气体吸收热量，内能不变
B．气缸内分子的平均动能增大
C．单位时间内撞击气缸壁单位面积上的分子数增多
D．气缸内分子撞击气缸壁的平均作用力增大
解析：选A．由题图可知，该过程气体对外做功，由于忽略环境温度变化，温度不变，内能不变，由热力学第一定律可知，气体吸收热量，A正确．
11.如图所示，这是中国传统玩具饮水鸟．在鸟的面前放上一杯水，用手把鸟嘴浸到水里，小鸟“喝”了一口后，又直立起来，之后，无需人的干预，小鸟直立一会儿就会自己俯下身去使鸟嘴浸入水中“喝”水，然后又会直立起来，就这样周而复始，小鸟不停地点头“喝”水．下列说法正确的是(　　)
A．饮水鸟上下运动的能量来源于周围空气的内能
B．水杯中的水干了之后，小鸟还能点头“喝”水
C．这种玩具饮水鸟是一架永动机
D．此现象违背了热力学第一定律
解析：选A．玩具饮水鸟的内部结构如图所示，
其原理是先在鸟嘴上沾一些水，水分蒸发过程中吸热，温度降低，压强减小，使得头部气压小于肚子中的气压，从而使肚子中的部分液体压入头部，使重心上移，鸟的身体变得不稳定而发生倾斜，倾斜的过程中肚子中的玻璃管口脱离液面，从而使头部的液体又流回到肚子中，使鸟的身体再回到开始的竖直状态，而刚才倾斜的过程中鸟嘴刚好又沾到了水，之后鸟回到竖直状态后，鸟嘴的水分蒸发，重复前面的运动过程，即饮水鸟上下运动的能量来源于周围空气的内能，A正确；根据上述分析可知，当水杯中的水干了之后，不能蒸发制冷，不能形成头部和肚子内空气的压强差，小鸟不能再上下运动，即小鸟不能点头“喝”水，B错误；这种玩具饮水鸟仍然遵循能量守恒定律，此现象没有违背热力学第一定律，不是一架永动机，C、D错误．
12．(8分)一定质量的理想气体从外界吸收了4.2×105 J的热量，同时气体对外做了6×105 J的功，问：
(1)物体的内能是增加还是减少？变化量是多少？(6分)
(2)分子的平均动能是增加还是减少？(2分)
解析：(1)气体从外界吸收热量，则Q＝4.2×105 J
气体对外做功，则W＝－6×105 J
由热力学第一定律得
ΔU＝W＋Q＝－6×105 J＋4.2×105 J＝－1.8×105 J
ΔU为负，说明气体的内能减少了1.8×105 J.
(2)理想气体忽略分子势能，因为气体内能减少，所以气体分子的平均动能一定减少了．
答案：(1)减少　1.8×105 J　(2)减少(共49张PPT)
第三节　热力学第二定律
学习目标
1．知道热传导、扩散现象、机械能与内能的转化等都具有方向性．具有方向性的过程是不可逆的．
2．理解热力学第二定律的两种表述．
3．学会用热力学第二定律解释自然界中的能量转化、转移及方向性问题．
课前知识梳理
PART
01
第一部分
一、热传导的方向性
热传导过程是有方向性的，热量从______物体向______物体的热传导过程是自发进行的．反过来，要使热量从______物体传递给______物体，则必须借助外界的作用．
高温
低温
低温
高温
二、机械能和内能转化的方向性
1．物体的机械能可以全部转化为内能，内能却无法全部用来做功以转化为机械能，而不产生其他影响．
2．第二类永动机：从单一热源吸收热量并全部用来做功，把它得到的内能全部转化为机械能，热机效率达到100%.
三、扩散的方向性
两种不同的气体可以________混合，最后成为一种均匀的混合气体，相反，一种均匀的混合气体却不会自发地分开成为两种气体．
自发地
四、热力学第二定律
1．克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传递到高温物体．或者说，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．
2．开尔文表述：不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不产生其他影响．
五、热力学第二定律的微观解释
1．热力学第二定律的微观实质是与热现象有关的宏观过程，总是自发地朝着分子热运动状态无序性______的方向进行．
2．物体内部分子热运动无序程度越高，物体的熵就越____．一切与其他物体既没有物质交换也没有能量交换的系统(简称孤立系统)，其熵永远是______的，即熵增加原理．
增加
大
增加
判断下列说法是否正确．
(1)科技发达后，热机的效率可以达到100%.(　　)
(2)机械能可以全部转化为内能，而内能不能自发地全部转化为机械能．(　　)
(3)熵是描述物体的无序程度的物理量，熵越大，物体越有序．(　　)
(4)一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性.(　　)
(5)为了可持续发展，必须节约能源．(　　)
×
√
√
×
√
课堂深度探究
PART
02
第二部分
知识点一　热力学第二定律
1．自然过程的方向性
(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
物体在地面上运动，因摩擦而逐渐停止，但绝不可能出现物体吸收原来传递出去的热量后，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内膨胀，但绝不可能出现气体自发地从容器中流出，使容器内变为真空．
2．热机
(1)热机：把内能转化成机械能的一种装置．
如蒸汽机把水蒸气的内能转化为机械能；内燃机把燃烧后的高温高压气体的内能转化为机械能．
(2)热机的工作原理
工作物质从热源吸收热量Q1，推动活塞做功W，然后排出废气，同时把热量Q2散发到冷凝器或大气中．
根据能量守恒定律有Q1＝W＋Q2.
(1)热机必须有热源和冷凝器．
(2)热机的效率不可能达到100%，即使是理想热机，没有摩擦，也没有漏气等能量损失，它也不可能把吸收的热量百分之百地转化为机械能，总要有一部分热量散发到冷凝器或大气中．
3．两类永动机的比较
项目 第一类永动机 第二类永动机
设计要求 不消耗任何能量，可以不断地做功(或只给予很少的能量启动后，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，实现内能向机械能的转化)
不可能制 成的原因 违背了能量守恒定律 违背了热力学第二定律
角度1　自然过程的方向性
　　 (多选)下列哪些过程具有方向性(　　)
A．热传递过程
B．动能向势能的转化过程
C．气体的扩散过程
D．气体向真空中的膨胀过程
[解析]　热传递、气体的扩散和气体在真空中的膨胀都是与热现象有关的宏观自然过程，由热力学第二定律可知，它们都具有方向性，故A、C、D正确；
动能向势能的转化与热现象无关，不具有方向性，故B错误．
√
√
√
　　　半导体掺杂对于半导体工业有着举足轻重的作用，其中一种技术是将掺杂源物质与硅晶体在高温(800到1 250摄氏度)状态下接触，掺杂源物质的分子由于热运动渗透进硅晶体的表面，温度越高掺杂效果越显著，下列说法正确的是(　　)
A．这种渗透过程是自发可逆的
B．硅晶体具有光学上的各向同性
C．这种渗透过程是分子的扩散现象
D．温度越高掺杂效果越好是因为温度升高时，所有分子的热运动速率都增加
√
[解析]　掺杂源物质的分子由于热运动渗透进硅晶体的表面，所以这种渗透过程是分子的扩散现象，该过程为自发过程，其逆过程不能自发进行，故A错误，C正确；
由于硅晶体的晶格结构，硅晶体具有光学上的各向异性，故B错误；
温度越高掺杂效果越好是因为温度升高时，分子的平均速率增大，并不是所有分子的热运动速率都增加，故D错误．
角度2　热力学第二定律的理解
　　　热力学第二定律表明(　　)
A．不可能从单一热源吸收热量使之全部变为功
B．在一个可逆过程中，工作物质净吸热等于对外做的功
C．热不能全部转变为功
D．热量不可能从温度低的物体传到温度高的物体
√
[解析]　根据热力学第二定律可知，可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功，但是会引起其他的变化，故A错误；
在一个可逆过程中，当工作物质回到初状态时，内能没有发生改变，根据热力学第一定律可得，工作物质净吸热等于对外做的功，故B正确；
根据热力学第二定律可知，热可以全部转变为功，但是会引起其他的变化，故C错误；
根据热力学第二定律可知，热量不可能自发地从低温物体传递到高温物体，但有外界做功的话，可以从低温物体传递到高温物体，比如冰箱，故D错误．
　　(多选)电冰箱的工作原理示意图如图所示，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背热力学第一定律
D．电冰箱的工作原理违背热力学第一定律
√
√
[解析]　根据热力学第二定律可知，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，故A错误，B正确；
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．
角度3　第二类永动机
　　下列说法正确的是(　　)
A．根据热力学第二定律可知，热量不可能从低温物体传到高温物体
B．效率为100%的热机不可能制成，是因为违反了能量守恒定律
C．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
D．第二类永动机不可能成功的原因是违反了能量守恒定律
√
[解析]　根据热力学第二定律可知，热量不可能自发地从低温物体传到高温物体，但在以消耗其他能量为代价的条件下，热量也可以从低温物体传到高温物体，故A错误；
效率为100%的热机不可能制成，没有违反能量守恒定律，但违反了热力学第二定律，故B错误；
根据热力学第二定律可知，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，故C正确；
第二类永动机不可能成功的原因是违反了热力学第二定律，并不是违反了能量守恒定律，故D错误．
知识点二　熵和熵增加原理
熵和熵增加原理
(1)熵是反映系统无序程度的物理量，正如温度反映物体内分子平均动能大小一样．系统越混乱，无序程度越大，就称这个系统的熵越大．
(2)系统自发变化时，总是向着无序程度增加的方向发展，至少无序程度不会减少．也就是说，系统自发变化时，总是由热力学概率小的状态向热力学概率大的状态进行．从熵的意义上来说，系统自发变化时，总是向着熵增加的方向发展，不会使熵减小．
(3)任何宏观物质系统都有一定量的熵，熵也可以在系统的变化过程中产生或传递．
　　　(多选)关于熵，下列说法正确的是(　　)
A．熵值越大，意味着系统越“混乱”和“分散”，无序程度越高
B．熵值越小，意味着系统越“混乱”和“分散”，无序程度越高
C．熵值越大，意味着系统越“整齐”和“集中”，也就是越有序
D．熵值越小，意味着系统越“整齐”和“集中”，也就是越有序
√
√
[解析]　在同一条件下不同物质有不同的熵值，熵值越大，意味着系统越“混乱”和“分散”，无序程度越高，相反，熵值越小，意味着系统越“整齐”和“集中”，也就是越有序，A、D正确，B、C错误．
　　　用隔板将一绝热容器隔成A和B两部分，A中盛有一定质量的理想气体，B为真空(如图甲所示)，现把隔板抽去，A中的气体自动充满整个容器(如图乙所示)，这个过程称为气体的自由膨胀，下列说法正确的是　(　　)
A．自由膨胀过程中，气体分子只做定向运动
B．自由膨胀前后，气体的压强不变
C．自由膨胀前后，气体的温度不变
D．容器中的气体在足够长的时间内，能全部自动回到A部分
√
[解析]　由分子动理论知，气体分子的热运动是永不停息地做无规则运动，故A错误；
由能量守恒定律知，气体膨胀前后内能不变，又因一定质量理想气体的内能只与温度有关，所以气体的温度不变，故C正确；
由热力学第二定律知，真空中气体膨胀具有方向性，在无外界影响的情况下，容器中的气体不能自发地全部回到容器的A部分，故D错误．
知识点三　能量耗散和品质降低
1．能量耗散
自然界中集中度较高(有序度较高)的能量，如机械能、电能、化学能，当它们变为环境的内能后，就成为更加分散也是无序度更大的能量，没有办法把这些分散的无序度更大的内能重新变成有序度较高的能量加以利用，这样的现象叫作能量耗散．
各种形式的能量向内能的转化，是无序程度较小的状态向无序程度较大的状态的转化，是能够自动发生、全额发生的，能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性．
2．能量品质的降低
能量耗散虽然不会使能量减少，却会导致能量品质的降低，它实际上将能量从高度有用的形式降级为不大可用的形式．煤、石油、天然气等能源储存着高品质的能量，在利用它们的时候，高品质的能量释放出来并最终转化为低品质的内能．内能较之机械能、电能、光能、核能等是一种低品质能量．
2．能量品质的降低
能量耗散虽然不会使能量减少，却会导致能量品质的降低，它实际上将能量从高度有用的形式降级为不大可用的形式．煤、石油、天然气等能源储存着高品质的能量，在利用它们的时候，高品质的能量释放出来并最终转化为低品质的内能．内能较之机械能、电能、光能、核能等是一种低品质能量．
　　　国务院新闻办公室于2024年8月29日发布《中国的能源转型》白皮书，回顾了近十年来，中国坚定不移走绿色低碳的能源转型之路取得的显著成效，也制定了相关中长期发展规划．关于能源与可持续发展，下列说法正确的是(　　)
A．因为自然界的能量是守恒的，所以不会有能源危机
B．能量耗散说明自然界的能量正在不断减少
C.实现可持续发展，一方面要大力提倡多使用能源，另一方面要发展可再生能源以及天然气、核能等对生态环境的污染程度低的清洁能源，推动形成人与自然和谐发展的生态文明
D．水能为可再生能源，水电站是利用水能的重要形式
√
[解析]　能源在利用的过程中，能量在数量上虽未减少，但在可利用的品质上降低了，可知，即使自然界的能量是守恒的，仍然会有能源危机，故A错误；
能量耗散说明自然界便于人类利用的能量减少，但总能量仍然是守恒的，故B错误；
实现可持续发展，一方面要大力提倡节能，而不是多使用能源，另一方面要发展可再生能源以及天然气、核能等对生态环境的污染程度低的清洁能源，推动形成人与自然和谐发展的生态文明，故C错误；
水能是可再生能源，水电站是利用水能的重要形式，故D正确．
随堂巩固落实
PART
03
第三部分
1．(热力学第二定律)如图所示，气缸内盛有一定质量的理想气体，气缸壁是导热的，缸外环境保持恒温，活塞与气缸壁的接触是光滑的，但不漏气，现通过活塞杆使活塞缓慢地向右移动，这样气体将等温膨胀并通过活塞对外做功．已知理想气体的内能只与温度有关，则下列说法正确的是(　　)
A．气体是从单一热源吸热，并全部用来对外做功，因此此过程违反热力学第二定律
B．气体是从单一热源吸热，但并未全部用来对外做功，所以此过程不违反热力学第二定律
C．气体是从单一热源吸热，并全部用来对外做功，但此过程不违反热力学第二定律
D．气体不是从单一热源吸热，且并未全部用来对外做功，所以此过程不违反热力学第二定律
√
解析：气缸壁是导热的，外界环境温度不变，活塞杆与外界连接并使其缓慢地向右移动过程中，有足够时间进行热交换，气体等温膨胀，所以气缸内的气体温度不变，内能也不变，该过程气体是从单一热源即外部环境吸收热量，全部用来对外做功才能保证内能不变，此过程既不违背热力学第二定律，也不违背热力学第一定律，此过程由外力对活塞做功来维持，如果没有外力F对活塞做功，此过程不可能发生．
2．(对熵增加原理的理解)(多选)关于孤立体系中发生的实际过程，下列说法正确的是(　　)
A．系统的总熵不可能减小
B．系统的总熵可能增大，可能不变，还可能减小
C．系统逐渐从比较有序的状态向更无序的状态发展
D．系统逐渐从比较无序的状态向更加有序的状态发展
√
√
解析：在孤立体系中发生的实际过程，其系统的总熵不可能减小，故A正确，B错误；
根据熵增加原理，该系统只能是从比较有序的状态向更无序的状态发展，故C正确，D错误．
3．(能量耗散和品质降低)中央提出了“推进绿色发展、循环发展、低碳发展”的理念．下列有关新能源和能量观的描述正确的是(　　)
A．外出旅游时，尽可能选择自驾出行
B．核能是高效能源，在使用时要注意防范核泄漏事故
C．水能和风能来源于太阳能，是不可再生能源
D．根据能量守恒可知，担心能源危机是杞人忧天
√
解析：外出旅游时，尽可能选择公共交通工具出行，可以减少污染，节约能源，A错误；
核能是一种清洁高效的能源，核能的和平开发和利用对人类经济社会的发展做出了巨大的贡献，而核泄漏事故的发生又会造成一定的灾难，所以使用时要注意防范核泄漏事故，B正确；
水能和风能来源于太阳能，是可再生能源，C错误；
能量虽然守恒，但是可利用的能源是有限的，D错误．
4.(热力学定律)海底火山活跃的海域，火山附近的海水会受到加热形成水蒸气从而产生气泡。当气泡浮上水面的过程中温度下降，压强减小，体积减小，该过程中水蒸气可视作理想气体。下列关于该过程说法正确的是(　　)
√
A．水蒸气上升过程中吸收热量
B．水蒸气分子的平均动能增大
C．水蒸气放出的热量大于其减小的内能
D．该过程违反了热力学第二定律
解析：根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，气体温度下降，故内能减小，即ΔU<0，体积减小，外界对气体做功，故W>0，因此Q必须为负，故放出热量，故A错误；
水蒸气的温度下降，故水蒸气分子的平均动能减小，故B错误；
根据热力学第一定律，因外界对气体做功，故水蒸气放出的热量大于其减小的内能，故C正确；
该过程不单是从热源吸热并用于做功，同时也引起了海水重力势能变化，故没有违反热力学第二定律，故D错误．(共41张PPT)
章末过关检测(三)
一、单项选择题(本题共7小题，每小题4分，共28分．在每小题给出的四个选项中，只有一个选项符合题目要求)
1．下列说法正确的是(　　)
A．给手机充电时，电源提供的电能多于电池得到的化学能
B．系统对外界做功2 J，同时向外放热3 J，则系统内能增加了5 J
C．在房间内打开冰箱门，再接通电源，室内温度就会持续降低
D．机械能可以全部转化为内能，内能也可以全部转化为机械能而不引起其他变化
√
解析：在对手机充电的过程中，由于存在损耗，电源提供的电能比电池得到的化学能要多，故A正确；
根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可得ΔU＝W＋Q＝－2 J＋(－3 J)＝－5 J，系统内能减小，故B错误；
在房间内，打开一台冰箱的门，再接通电源，电流做功，电能转化为热能，室内温度会升高，故C错误；
机械能可以自发地全部转化为内能，但不可能从单一热源吸收热量并将这些热量全部变为功，而不产生其他影响，故D错误．
√
2．下列过程可能发生的是(　　)
A．某种物质从高温热源吸收20 kJ的热量，全部转化为机械能，而没有产生其他任何影响
B．打开一高压密闭容器，其内气体自发逸出后又自发逸进去，恢复原状
C．利用其他手段，使低温物体温度更低，高温物体的温度更高
D．将两瓶不同液体混合，然后它们又自发地各自分开
解析：根据热力学第二定律可知，内能自发地全部转化为机械能是不可能的，A错误；
气体膨胀具有方向性，气体不能自发逸出又自发逸进去，B错误；
根据热力学第二定律可知，热量不可能从低温物体自发地传递给高温物体，而不引起其他的变化，但通过一些手段是可以实现的，C正确；
扩散现象有方向性，因此不能自发地各自分开，D错误．
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．单位时间内与单位面积瓶壁碰撞的空气分子数不变
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．单位时间内与单位面积瓶壁碰撞的空气分子数不变
√
解析：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，所以单位时间内与单位面积瓶壁碰撞的空气分子数变多，故D错误．
4．下列关于热学的一些说法正确的是(　　)
A．在一定条件下物体的温度可以降到绝对零度
B．第二类永动机违反了热力学第一定律
C．温度是分子平均动能的标志，两个动能不同的分子相比，动能大的温度高
D．一定质量理想气体对外做100 J的功，同时从外界吸收70 J的热量，则它的内能减小30 J
√
解析：绝对零度是低温的极限，永远不可能达到，A错误；
第二类永动机不违反能量守恒定律，即不违反热力学第一定律，只是违反热力学第二定律，B错误；
温度是大量分子平均动能的标志，温度高，分子的平均动能大，但是不一定每个分子动能都大，C错误；
根据热力学第一定律可知，一定质量理想气体对外做100 J的功，同时从外界吸收70 J的热量，则它的内能减小30 J，D正确．
5．如图甲所示，内壁光滑的绝热气缸内用绝热活塞封闭了一定质量的理想气体．初始时气缸开口向上放置，活塞处于静止状态．现将气缸倒立挂起，稳定后如图乙所示，则该过程中缸内气体(　　)
A．内能增加，外界对气体做正功
B．内能减小，所有分子热运动速率都减小
C．温度降低，速率大的分子数占总分子数比例减少
D．温度升高，速率大的分子数占总分子数比例增加
√
解析：初始时气缸开口向上，活塞处于平衡状态，气缸内、外气体对活塞的压力差与活塞的重力平衡，设初始时气缸内的压强为p1，活塞的面积为S，则有p1S＝p0S＋mg，将气缸倒立挂起，气缸内的压强为p2，则有p2S＝p0S－mg，由此可知气体的压强减小，气体膨胀，气体对外做功，W<0，气缸、活塞都是绝热的，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可知内能减小，故A错误；
由以上分析可知，气体内能减小，缸内理想气体的温度降低，分子热运动的平均速率减小，并不是所有分子热运动的速率都减小，温度降低，速率大的分子数占总分子数的比例减小，故B、D错误，C正确．
√
6．如图，一绝热气缸中理想气体被轻弹簧连接的绝热活塞分成a、b两部分，活塞与缸壁间密封良好且没有摩擦．初始时活塞静止，缓慢倒置气缸后(　　)
A．a的压强减小
B．b的温度降低
C．b的所有分子速率均减小
D．弹簧的弹力一定增大
解析：初始时活塞静止，缓慢倒置气缸后，a部分气体体积减小，b部分气体体积增大，故a的压强增大，b的压强减小，由于是绝热气缸和绝热活塞，则Q＝0，根据热力学第一定律可得，ΔU＝W，则ΔUa＞0，ΔUb＜0，则a的温度升高，b的温度降低，b的气体分子的平均速率减小，并不是所有分子速率均减小，故A、C错误，B正确；
由于不知初始状态，a、b两部分气体的压强以及弹簧处于哪种状态，所以无法判断倒置气缸后弹簧的弹力的变化，D错误．
7．一定质量理想气体经历了如下的循环过程：1→2和3→4为绝热过程，2→3为等压过程，4→1为等容过程，其p－V图像如图所示．下列说法正确的是(　　)
A．1→2过程中，外界对气体做功，气体内能增加
B．2→3过程中，气体对外界做功，气体内能减小
C．3→4过程中，气体内能减小，所有分子的运动速率都减小
D．4→1过程中，气体内能增加
√
解析：选A.1→2过程中，气体体积减小，则外界对气体做功，即W>0，而该过程绝热，即Q＝0，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可知ΔU>0，即气体内能增加，故A正确；
3→4过程中，气体体积增大，气体对外做功，即W<0，而该过程绝热，即Q＝0，根据ΔU＝W＋Q，可知ΔU<0，即气体内能减小，温度降低，气体分子平均速率减小，但不是所有分子的运动速率都减小，故C错误；
二、多项选择题(本题共3小题，每小题6分，共18分．在每小题给出的四个选项中，有多个选项符合题目要求，全选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错或不答的得0分)
8．下列现象及关于热力学第一、第二定律的叙述正确的是(　　)
A．一定质量的理想气体在等温膨胀过程中，气体一定从外界吸收热量
B．热力学第一定律和热力学第二定律是从不同角度阐述了能量守恒定律
C．0 ℃的冰融化为0 ℃的水，此过程系统吸收热量，内能增加
D．“覆水难收(泼出去的水难以收回)”反映了与热现象有关的宏观过程具有方向性
√
√
√
解析：一定质量的理想气体在等温膨胀过程中，内能不变，即ΔU＝0而W<0，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可知Q>0，气体一定从外界吸收热量，故A正确；
热力学第一定律是能量守恒定律在热现象中的体现，热力学第二定律则指出了能量转化的方向性，故B错误；
0 ℃的冰融化为0 ℃的水，系统分子势能增加，分子平均动能不变，分子总动能不变，系统内能增加，故C正确；
热力学第二定律的微观意义是一切自发过程总是沿着分子热运动无序性增大的方向进行，泼出去的水相比盆中的水，分子无序性增加了，反映了与热现象有关的宏观过程具有方向性，故D正确．
9．夏季天气温差比较大，充足的车胎经过正午阳光的暴晒易爆胎．若车胎内的气体可视为理想气体，爆胎前车胎内气体体积及质量均不变，爆胎过程时间极短，可看作绝热过程．关于车胎内的气体，下列说法正确的是(　　)
A．爆胎前随着气温的升高，车胎内气体压强增大
B．爆胎前随着气温的升高，车胎内气体吸收热量，对外做功，内能不变
C．爆胎过程中，车胎内气体对外做功，内能减小
D．爆胎过程中，车胎内气体体积增大，压强减小，温度升高
√
√
解析：爆胎前随着气温的升高，车胎内气体吸收热量，温度升高，内能增大，压强增大；爆胎前气体体积不变，没有对外做功，故A正确，B错误．爆胎过程中，车胎内气体体积增大，压强减小，气体对外做功，内能减小，同时温度降低，故C正确，D错误．
√
√
√
10．如图，水平放置的密闭绝热气缸被导热活塞分成左右两部分，左侧封闭一定质量的理想气体，右侧为真空，活塞与气缸右壁中央用一根轻质弹簧水平连接．气缸内壁光滑且水平长度大于弹簧自然长度，弹簧的形变始终在弹性限度内且体积忽略不计．活塞初始时静止在气缸正中间，后因活塞密封不严发生缓慢移动，活塞重新静止后(　　)
A.弹簧恢复至自然长度
B．活塞两侧气体质量相等
C．与初始时相比，气缸内气体的内能增加
D．与初始时相比，活塞左侧单位体积内气体分子数减少
解析：初始状态活塞受到左侧气体向右的压力和弹簧向左的弹力处于平衡状态，弹簧处于压缩状态，因活塞密封不严，可知左侧气体向右侧真空漏出，左侧气体压强变小，右侧出现气体，对活塞有向左的压力，最终左、右两侧气体压强相等，且弹簧恢复原长，故A正确；
由题知活塞初始时静止在气缸正中间，但由于活塞向左移动，左侧气体体积小于右侧气体体积，则左侧气体质量小于右侧气体质量，故B错误；
密闭的气缸绝热，与外界没有能量交换，但弹簧弹性势能减少了，可知气体内能增加，故C正确；
初始时气体在左侧，最终气体充满整个气缸，则与初始时相比，活塞左侧单位体积内气体分子数应该减少，故D正确．
三、非选择题(本题共5小题，共54分)
11.(6分)根据能量转化与守恒定律，在与外界没有传热的条件下，物体内能的增加量与外界对物体做功多少相等．为了验证此规律，某兴趣小组设计了如图所示的实验，在容器里装一定质量的水，中间装上带有叶片的转轴，转轴上绕上绳子，绳子另一端通过滑轮与一重物相连，当重物下降时，绳子拉动转轴转动，带动叶片旋转，使容器里的水温度升高，结合水的比热容计算出水中增加的内能．以此验证水的内能增加量与重物的重力做功多少是否相等．
(1)为了完成此实验，除已提供质量的电子天平外，还需要的测量工具有______________________．
解析：实验中应需要用刻度尺测量重物下降的高度、用温度计测量水升高的温度．
刻度尺、温度计　
(2)兴趣小组在实验过程中发现，水内能的增加量小于重物做功的大小，请写出造成这种现象的一种原因_________________________．
解析：在实验的过程中，由于滑轮存在摩擦、液体会散热等情况，使得水内能的增加量小于重物做功的大小．
滑轮存在摩擦或液体会散热
(3)改进实验后，获得的数据如表所示，规律得到验证．
实验序号 重物质量(kg) 下降高度(m) 升高温度(℃)
1 20 5 0.5
2 20 10 1.0
3 20 15 1.5
4 10 10 0.5
5 30 10 1.5
6 40 10 2.0
若使容器内相同质量水的温度升高2.5 ℃，则25 kg的重物需下降__________m.
20
解析：20 kg的重物高度下降5 m，水温升高0.5 ℃，即1 kg的重物高度下降1 m，水温升高0.005 ℃，则有25 kg的重物高度下降1 m，水温升高0.125 ℃，要使水温升高2.5 ℃，根据比例可知需要下降的高度为20 m.
12.(10分)如图所示，一圆柱形绝热气缸竖直放置，通过绝热活塞封闭着一定质量的理想气体，活塞的质量为m，横截面积为S，与气缸底部相距h，此时封闭气体的温度为T.现通过电热丝缓慢加热气体，当气体吸收热量Q时，气体温度上升到2T.已知大气压强为p0，重力加速度为g，不计活塞与气缸的摩擦．求：
(1)加热后活塞到气缸底部的距离；(4分)
答案：2h　
(2)加热过程中气体的内能增加量．(6分)
解析：活塞受力平衡，则mg＋p0S＝pS
气体对外做功W＝－p(h′－h)S
由热力学第一定律ΔU＝W＋Q得
ΔU＝Q－h(p0S＋mg).
答案：Q－h(p0S＋mg)
13．(12分)如图所示，在水平固定的圆柱形导热容器内用活塞密封一部分气体，活塞能无摩擦地滑动，容器的横截面积为S，将整个装置放在大气压恒为p0的空气中，开始时气体的温度为T0，活塞与容器底部的距离为L0，当活塞缓慢向左移动d后再次平衡，气体向外放出热量Q.求：
(1)外界空气的温度T；(4分)
(2)此过程中气体内能的变化量ΔU.(8分)
解析：由热力学第一定律得ΔU＝W－Q，W＝p0dS，ΔU＝p0dS－Q.
答案：p0dS－Q
14．(12分)图甲中空气炸锅是一种新型的烹饪工具，图乙为某型号空气炸锅的简化模型图，空气炸锅中有一气密性良好的内胆，内胆内的气体可视为质量不变的理想气体，已知胆内初始气体压强p0＝1.0×105 Pa，温度t0＝17 ℃，现启动加热模式使气体温度升高到t＝191 ℃，此过程中气体吸收的热量Q＝9.5×103 J，内胆中气体的体积不变，求：
(1)此时内胆中气体的压强p；(6分)
答案：(1)1.6×105 Pa　(2)9.5×103 J
(2)此过程内胆中气体的内能增加量ΔU.(6分)
解析：根据热力学第一定律有ΔU＝W＋Q
由于气体的体积不变，气体做功W＝0
气体吸收的热量Q＝9.5×103 J
解得ΔU＝9.5×103 J.
答案：9.5×103 J
15．(14分)卡诺热机是只有两个热源(一个高温热源和一个低温热源)的简单热机，其循环过程的p－V图像如图所示，它由两个等温过程(a→b和c→d)和两个绝热过程(b→c和d→a)组成．若热机的工作物质为理想气体，高温热源温度为T1，低温热源温度为0.8T1，p－V图像中a、b、c、d各状态的参量如图所示．
(1)求气体处于状态c的压强pc.(4分)
(2)求气体处于状态a的体积Va.(4分)
(3)若过程a→b热机从高温热源吸热为Q1，过程c→d热机向低温热源放热为Q2，求热机完成一次循环对外做的功W.(6分)
解析：过程b→c和d→a为绝热过程，吸热Q＝0，热机完成一次循环内能不变，即ΔU＝0
根据热力学第一定律可得W＝Q1－Q2.
答案：Q1－Q2题组1　物体的内能
1．一块10 ℃的铁与一块10 ℃的铝相比，以下说法正确的是(　　)
A．铁的分子动能之和与铝的分子动能之和相等
B．铁的每个分子动能与铝的每个分子的动能相等
C．铁的分子平均速率与铝的分子平均速率相等
D．以上说法均不正确
解析：选D．因为温度是分子热运动平均动能的标志，所以两物体温度相等，说明它们的分子平均动能相等，由于没有说明铁与铝的质量，只有当它们所含分子数目一样时，分子总动能才相等，故A错误；分子平均动能虽相等，但对每个分子而言，它运动的速率是变化的，且每个分子的速率都是不同的，有快的也有慢的，所以每个分子的动能相等的说法不正确，故B错误；虽然分子的平均动能相等，但铁分子、铝分子质量不等，因此分子平均速率不等，m铝＜m铁，铝＞铁，故C错误，D正确．
2．(多选)当氢气和氧气的质量和温度都相同时，下列说法正确的是(　　)
A．两种气体分子的平均动能相等
B．氢气分子的平均速率大于氧气分子的平均速率
C．两种气体分子热运动的总动能相等
D．两种气体分子热运动的平均速率相等
解析：选AB．因为温度是分子平均动能的标志，温度相同，则分子平均动能相同，故A正确；因为氢气分子的质量小于氧气分子的质量，而分子平均动能又相等，所以氢气分子的平均速率大，故D错误，B正确；虽然气体质量和分子平均动能(温度)都相等，但由于气体摩尔质量不同，分子数目不相等，分子总动能不相等，故C错误．
3．如图所示，甲分子固定在坐标原点O，乙分子位于x轴上，甲分子对乙分子的作用力与两分子间距离的关系如图中曲线所示，F＞0为斥力，F＜0为引力，a、b、c、d为x轴上四个特定的位置．现把乙分子从a处由静止释放，则(　　)
A．乙分子由a到b做加速运动，由b到c做减速运动
B．乙分子由a到c做加速运动，到达c时速度最大
C．乙分子由a到b的过程中，两分子间的分子势能一直增加
D．乙分子由b到d的过程中，两分子间的分子势能一直增加
解析：选B．从a到c分子间的作用力都表现为引力，所以从a运动到c，乙分子做加速运动，到达c时速度最大，故A错误，B正确；从a到b分子间引力做正功，所以分子势能减小，故C错误；从b到c过程中，分子间的引力做正功，分子势能减小，从c到d过程中，分子间斥力做负功，分子势能增加，故D错误．
4．下列说法正确的是(　　)
A．只要温度相同，任何物体分子的平均动能都相同
B．分子动能指的是由于分子定向运动而具有的能
C．10个分子的动能和分子势能的总和就是这10个分子的内能
D．温度高的物体中的每一个分子的运动速率一定大于温度低的物体中的每一个分子的运动速率
解析：选A．温度是分子平均动能的标志，温度相同，物体分子平均动能相同，故A正确；分子动能指的是由于分子做无规则运动而具有的能，B错误；物体的内能是对大量分子而言的，对于10个分子无意义，故C错误；温度高的物体分子的平均速率大(相同物质)，但具体到每一个分子的速率是不确定的，可能大于平均速率，也可能小于平均速率，故D错误．
题组2　做功及物体内能的变化
5．在绝热过程中，外界压缩气体做功20 J，下列说法正确的是(　　)
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：选A．做功的过程是能量转化的过程，在绝热过程中，外界对气体做多少功，气体的内能就增加多少，所以A正确．
6．下面例子中，通过做功来改变物体内能的是(　　)
A．阳光照射衣服，衣服的温度升高
B．用打气筒打气，筒壁变热
C．将高温金属块放在水中，水的温度升高
D．放进冰箱冷冻室的水变成冰块
解析：选B．阳光照射衣服，衣服的温度升高，是通过热传递改变内能，A错误；用打气筒打气，筒壁变热，是通过做功改变内能，B正确；将高温金属块放在水中，水的温度升高，是通过热传递改变内能，C错误；放进冰箱冷冻室的水变成冰块，是通过热传递改变内能，D错误．
题组3　做功、热量和内能
7．以下所述现象中，属于通过热传递改变了物体内能的是(　　)
A．汽油机气缸内气体被压缩
B．放在空气中的一杯热水会冷却
C．在转动的砂轮上磨车刀，车刀发热
D．电流通过电阻丝
解析：选B．热水放在空气中，通过热传递方式向外传递了热量，使自身的内能减少，温度降低，而汽油机气缸内气体被压缩、在转动的砂轮上磨车刀，车刀发热以及电流通过电阻丝都是通过做功改变物体内能的．
8．关于物体的内能和热量，下列说法正确的是(　　)
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．在热传递过程中，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：选D．物体的内能由温度、体积及物体的质量共同决定，不是只由温度决定，故A、B错误；在热传递过程中，热量由高温物体传给低温物体，直至二者温度相同，而与物体的内能大小无关，所以完全有可能是内能大的物体内能继续增大，内能小的物体内能继续减小，故C错误，D正确．
9．(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0 ℃的冰熔化成0 ℃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A正确；物体吸收热量时，内能增大，放出热量时，内能减小，所以热传递可以改变物体的内能，故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C正确；冰熔化成水，吸收热量，内能增大，故D错误．
10．下列有关焦耳及焦耳实验的说法正确的有(　　)
A．焦耳是法国物理学家，他的主要贡献是焦耳定律及热功当量
B．焦耳实验中用到的容器可以用普通玻璃杯代替
C．焦耳实验中的研究对象是容器中的水
D．焦耳实验中要使容器及其中的水升高相同的温度，实验中悬挂重物的质量、下落的高度可以不相同，但做功必须相同
解析：选D．焦耳是英国物理学家，故A错误；实验的研究对象是容器及其中的水组成的绝热系统，普通玻璃杯达不到绝热要求，故B、C错误；要使水及容器升高相同的温度即内能增加相同，则做功必须相同，故D正确．
11.如图所示，瓶内装有少量的水，瓶口已塞紧，水上方空气中有水蒸气，用打气筒向瓶内打气，当塞子从瓶口跳出时，瓶内出现“白雾”，这一现象产生的原因可以用下面三句话解释：甲，水蒸气凝结成小水珠；乙，瓶内气体推动瓶塞做功，内能减小；丙，温度降低．三句话正确的顺序是(　　)
A．甲、乙、丙 B．乙、丙、甲
C．丙、甲、乙 D．乙、甲、丙
解析：选B．根据题意因果顺序的进程为：瓶内气体推动瓶塞做功→气体内能减小→瓶内气体温度降低→瓶内水蒸气液化成小水珠即“白雾”，而瓶塞跳起是用打气筒往瓶内打气使瓶内气体压强增大所致．
12．(多选)甲分子固定在坐标原点O，乙分子只在两分子间的作用力作用下，沿x轴方向运动，两分子间的分子势能Ep与两分子间距离x的变化关系如图所示，则下列说法正确的是(　　)
A．乙分子在P点时加速度为0
B．乙分子在Q点时分子势能最小
C．乙分子在Q点时处于平衡状态
D．乙分子在P点时动能最大
解析：选AD．由题图可知乙分子在P点时分子势能最小，此时乙分子受力平衡，甲、乙两分子间引力和斥力相等，乙分子所受合力为0，加速度为0，故A正确；乙分子在Q点时分子势能为0，大于乙分子在P点时的分子势能，故B错误；乙分子在Q点时与甲分子间的距离小于平衡距离，分子引力小于分子斥力，合力表现为斥力，所以乙分子在Q点所受合力不为0，故不处于平衡状态，故C错误；乙分子在P点时，其分子势能最小，由能量守恒定律可知此时乙分子动能最大，故D正确．
13.(多选)如图所示，绝热的容器内密闭一定质量的理想气体(不考虑分子间的作用力)，用电阻丝缓慢对其加热时，绝热活塞无摩擦地上升，下列说法正确的是(　　)
A．单位时间内气体分子对活塞碰撞的次数减少
B．电热丝对气体传热，气体对外传热，气体内能可能减少
C．电热丝对气体传热，气体对外传热，气体内能可能不变
D．电热丝对气体传递的热量一定大于气体对外做的功
解析：选AD．由题意知，气体压强不变，活塞上升，体积增大，由气体实验定律知，气体温度升高，则其内能一定增加，电热丝对气体传递的热量一定大于气体对外做的功，B、C错误，D正确；由气体压强的微观解释知，温度升高，气体分子对活塞的冲力增大，而压强不变，因此单位时间内气体分子对活塞的碰撞次数减少，A正确．
14．如图，一绝热容器被隔板K隔开成a、b两部分．已知a内有一定量的稀薄气体，b内为真空．抽开隔板K后，a内气体进入b，最终达到平衡状态．在此过程中(　　)
A．气体对外界做功，内能减少
B．气体不做功，内能不变
C．气体压强变小，温度降低
D．外界对气体做功，内能增加
解析：选B．因b内为真空，抽开隔板K后，a内气体对外界不做功，且内能不变，故A、D错误，B正确；稀薄气体可看作理想气体，其内能只与温度有关，气体的内能不变，温度也不变，由p1V1＝p2V2和V1p2，即气体压强变小，故C错误．(共3张PPT)
章末知识网络建构
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THANKS第一节　热力学第一定律
第二节　能量守恒定律及其应用
1．掌握分子动能与分子势能的概念，理解分子力做功对应分子势能的变化．
2．知道什么是内能，知道物体的内能跟温度和体积有关．
3．知道改变物体内能的两种方式是做功和热传递．
4．掌握热力学第一定律及其表达式．学会运用热力学第一定律解释自然界能量的转化、转移问题．
5．理解能量守恒定律，知道能量守恒定律是自然界普遍遵从的基本规律．理解永动机是不可能制成的．
一、物体的内能
1．分子势能
(1)定义：分子间具有由它们相对位置决定的势能．
(2)分子势能与分子间距离的关系：当分子间的距离为平衡间距时，分子间的作用力为零，分子势能最小；改变分子间距，则必须克服分子间的引力或斥力做功，分子势能增大．
2．内能：物体中所有分子的动能和分子势能的总和．
3．内能的影响因素：物体的内能跟物体的温度和体积有关系．
二、改变物体内能的两种方式
1．做功可以改变物体的内能．但是做功并不是改变物体内能唯一的方式．
2．热传递也可以改变物体的内能．
3．做功和热传递是等效的，都是改变物体内能的方式．
4．做功的实质是内能与其他形式的能之间的转化，而热传递则是不同物体(或同一物体不同部分)之间内能的转移．
三、热力学第一定律及其应用
1．内容：如果外界同时对物体做功和进行热传递，则物体内能的增加量ΔU就等于物体吸收的热量Q和外界对物体做的功W之和．
2．表达式：ΔU＝Q＋W．
四、能量守恒定律
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其他形式，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不变．
五、第一类永动机不可能制成
1．第一类永动机：不需要任何动力或燃料却能不断地对外做功的机器．
2．永动机不可能制成的原因：违背了能量守恒定律．
判断下列说法是否正确．
(1)某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加.(　　)
(2)能量既可以转移又可以转化，故能的总量是可以变化的．　(　　)
(3)违背能量守恒定律的过程是不可能发生的．(　　)
(4)ΔU＝W＋Q，该式表示的是功、热量跟内能改变之间的定量关系，在物理学中叫作热力学第一定律．(　　)
(5)永动机不能制成，因为它违背了能量守恒定律.(　　)
提示：(1)√　(2)×　(3)√　(4)√　(5)√
第1课时　物体的内能及改变内能的两种方式
知识点一　物体的内能
1．对物体内能的理解
(1)内能的特点
①内能是物体具有的，不是某个分子具有的，讨论某个分子的内能毫无意义．
②任何物体的分子都在做无规则的热运动，分子间都有相互作用，所以任何物体都有内能，或者说任何物体的内能都不为零．
③物体内能与物体的机械运动状态、位置等因素无关，但受物态变化的影响．
(2)影响物体内能的因素
①微观决定因素：分子的势能、分子的平均动能、分子的个数．
②宏观决定因素：物体的体积、温度、物质的量．
2．分子的总动能
分子的总动能是物体内所有分子热运动动能的总和，它等于分子的平均动能与分子数的乘积，即它与物体的温度和物体所含的分子数目有关．
3．分子势能
(1)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．
(2)分子势能与分子间距离的关系
分子势能的大小与分子间的距离有关，距离发生变化时，分子力要做功，分子势能发生变化．分子势能随分子间距离的变化情况如图所示(取无穷远处Ep为0).
①当分子间的距离r＞r0时，分子势能随分子间距离的增大而增大．
②当分子间的距离r＜r0时，分子势能随分子间距离的减小而增大．
③当r＝r0时，分子势能最小，但不为零．
(3)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．
角度1　对物体内能的理解
　关于物体的内能，下列叙述正确的是(　　)
A．温度高的物体比温度低的物体内能大
B．物体的体积增大时，内能也增大
C．内能相同的物体，它们的分子平均动能一定相同
D．内能不相同的物体，它们的分子平均动能可能相同
[解析]　温度高的物体比温度低的物体分子的平均动能大，但分子数不一定多，分子势能不一定大，即物体的内能不一定大，故A错误；物体的体积增大时，分子势能改变，但不知道分子动能如何变化，故内能不一定增大，故B错误；内能相同的物体，说明分子势能和分子动能之和相等，它们的分子平均动能不一定相同，故C错误；内能不相同的物体，他们的温度可能相同，即他们的分子平均动能可能相同，故D正确．
[答案]　D
角度2　对分子势能的理解
　(2025·山东卷，T2)分子间作用力F与分子间距离r的关系如图所示，若规定两个分子间距离r等于r0时分子势能Ep为零，则(　　)
A．只有r大于r0时，Ep为正
B．只有r小于r0时，Ep为正
C．当r不等于r0时，Ep为正
D．当r不等于r0时，Ep为负
[解析]　根据题图可知，当r＝r0时，分子间作用力为0，当r>r0时，分子间作用力表现为引力，当0[答案]　C
知识点二　做功及物体内能的变化
1.如图，在有机玻璃筒底放少量浸有乙醚的棉花，迅速压下活塞，观察棉花的变化.
(1)你能看到什么现象？实验现象说明了什么问题？
(2)图中用力按压活塞时为什么一定要迅速？
2.在焦耳的许多实验中，有两个最具有代表性.一个实验是让重物下落带动叶片搅拌容器中的水，引起水温上升；另一个实验是通过电流的热效应给水加热，使水温度上升.焦耳的这两个实验说明了什么问题？
[提示]　1.(1)可以看到棉花燃烧．实验现象说明压缩空气做功，使空气内能增大，达到棉花的燃点后引起棉花燃烧．
(2)迅速按压活塞是为了减少热传递，创造一个绝热条件．
2．做功和热传递对改变物体的内能是等效的．
1．做功与内能变化的关系
(1)“摩擦生热”的现象实际上是因为做功而改变物体的内能．
(2)气体被压缩时，外界对气体做功，气体的温度升高，内能增加；气体膨胀对外做功，气体的温度下降，内能减少．
(3)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．
(4)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．
2．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，只有内能变化较大时，才对应着做功较多．
　(1)外界对某一系统做功时，系统的内能不一定增加，还要看该系统有没有向外放热，以及向外放热的多少．
(2)在绝热过程中，系统内能的增加量等于外界对系统所做的功．
　把浸有乙醚的一小块棉花放在厚玻璃筒内底部，当迅速向下压活塞时，能使浸有乙醚的棉花燃烧起来，此次做功直接增加的是谁的内能(　　)
A．内部气体 B．活塞
C．乙醚 D．棉花
[解析]　当迅速用力压活塞时，活塞压缩玻璃筒内的空气，对空气做功，空气的内能增加，温度升高，此次做功直接增加的是内部气体的内能．
[答案]　A
　(多选)下列改变物体内能的方法，属于做功方式的是(　　)
A．冷物体接触热物体后变热
B．锯木头时，锯条发热
C．电流通过电炉丝，电炉丝发热
D．物体在火炉旁被烤热
[解析]　冷物体接触热物体后变热是通过热传递改变物体内能，A错误；锯木头时，锯条克服摩擦力做功，锯条发热，B正确；电流通过电炉丝时，电流做功，电炉丝发热，C正确；物体在火炉旁被烤热是通过热传递改变物体内能，D错误．
[答案]　BC
　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]　力F通过活塞对密闭的理想气体做正功，容器及活塞绝热，由功和内能的关系知理想气体内能增加，温度T升高，再根据＝c，体积V减小，压强p增大，故选C．
[答案]　C
知识点三　热传递和内能的变化
某同学做了一个小实验：先把空的锥形瓶放入冰箱冷冻，一小时后取出锥形瓶，并迅速把一个气球紧密地套在瓶颈上，然后将锥形瓶放进盛满热水的水槽里，气球逐渐膨胀起来．
试探究：(1)锥形瓶内气体的内能增加了还是减少了？
(2)请解释气球膨胀的原因？
[提示]　(1)增加了．
(2)由于热水的温度较高，将锥形瓶放进盛满热水的水槽里，锥形瓶内气体吸收了热水的热量，内能增加，温度升高，体积增大，所以气球逐渐膨胀起来．
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．热量与内能的改变
(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.
4．热传递的方向性
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
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不同部分之间内能的转移
相互联系 做一定量的功和传递相同量的热量在改变内能的效果上是相同的
角度1　热传递
　(2025·佛山阶段练)下列例子中通过热传递改变物体内能的是(　　)
A．感到手冷时，搓搓手就会觉得暖和些
B．擦火柴时，火柴头上的红磷温度升高到红磷的燃点，火柴燃烧起来
C．物体在阳光照射下温度升高
D．反复弯折一根铁丝，弯折的部分温度升高
[解析]　物体在阳光照射下温度升高是通过热传递的方式来改变物体内能，搓手取暖、擦火柴以及反复弯折铁丝均是通过做功改变物体的内能．
[答案]　C
　图为利用钨锅炼铁的场景。若铁的质量大于钨锅的质量，起始时铁的温度比钨锅的温度低，当它们接触在一起时，忽略它们和外界交换的能量，下列说法正确的是(　　)
A．达到热平衡时，钨锅的温度比铁的低
B．热传递的过程中，铁块从钨锅吸收热量
C．达到热平衡时，钨锅内能的减少量小于铁内能的增加量
D．达到热平衡时，由于铁的质量大于钨锅的质量，钨锅内能的减少量大于铁内能的增加量
[解析]　达到热平衡时，钨锅的温度和铁的温度相同，故A错误；热传递的过程中，铁块从钨锅吸收热量，故B正确；热传递过程是内能转移的过程，忽略它们和外界交换的能量，达到热平衡时，钨锅内能的减少量等于铁内能的增加量，故C、D错误．
[答案]　B
角度2　做功、热量和内能
　(2025·中山阶段练)下列关于热量、功和内能的说法错误的是(　　)
A．热量、功都可以作为物体内能的量度
B．热量、功都可以作为物体内能变化的量度
C．热量、功、内能的单位相同
D．热量和功是由过程决定的，而内能是由物体状态决定的
[解析]　热量和功可作为物体内能改变的量度，A错误，B正确；热量、功、内能的单位都是焦耳，C正确；其中热量和功是过程量，内能是状态量，D正确．
[答案]　A
　(2025·河北卷，T2)某同学将一充气皮球遗忘在操场上，找到时发现因太阳暴晒皮球温度升高，体积变大。在此过程中若皮球未漏气，则皮球内封闭气体(　　)
A．对外做功
B．向外界传递热量
C．分子的数密度增大
D．每个分子的速率都增大
[解析]　皮球体积变大，气体膨胀，对外界做功，故A正确；太阳暴晒使气体温度升高，是外界对气体传热(气体吸热)，而非气体向外界传递热量，故B错误；皮球未漏气，分子总数不变，体积变大，分子的数密度减小，故C错误；温度升高，分子平均动能增大，但并非每个分子速率都增大，故D错误．
[答案]　A
1．(分子动能)关于物体的温度与分子动能的关系，正确的说法是(　　)
A．某种物体的温度是0 ℃，说明物体中分子的平均动能为零
B．物体温度降低时，每个分子的动能都减小
C．物体温度升高时速率小的分子数目减少，速率大的分子数目增多
D．物体的运动速度越快，则物体的温度越高
解析：选C．温度是分子平均动能的标志，温度是0 ℃，物体中分子的平均动能并非为零，因为分子无规则运动不会停止，A错误；温度降低时分子的平均动能减小，并非每个分子动能都减小，B错误；物体温度升高时，分子的平均动能增大，分子的平均速率增大，速率小的分子数目减少，速率大的分子数目增多，C正确；物体的运动速度增大，宏观机械能(动能)增大，但物体内分子的热运动不一定加剧，温度不一定升高，D错误．
2.(分子势能)分子势能Ep与分子间距离r的关系图线如图所示，曲线与横轴交点为r1，曲线最低点对应横坐标为r2(取无限远处分子势能Ep＝ 0).下列说法正确的是(　　)
A．当分子间作用力表现为斥力时，分子势能随分子间距离减小而增大
B．当r＝r1时，分子势能为零，分子间作用力最小
C．当rD．当r>r2时，随着分子间距离r增大，分子力可能先做正功后做负功
解析：选A．当分子间作用力表现为斥力时，分子间距离减小，分子间作用力做负功，分子势能增大，A正确；当r＝r2时，分子间作用力为零，分子势能最小(小于零)，当r＝r1时，分子间作用力不为零，B错误；当rr2时，分子间作用力表现为引力，随着分子间距离r增大，分子间作用力做负功，分子势能增加，D错误．
3．(做功与内能的变化)(多选)在以下事例中，通过做功的方式来改变物体内能的是(　　)
A．两小球碰撞后黏合起来，同时温度升高
B．冬天，暖气为房间供暖
C．点燃的爆竹在空中爆炸
D．汽车的车轮与地面相互摩擦发热
解析：选ACD．改变内能的方式有两种：做功和热传递．做功的实质是能量的转化过程，做功的过程中能量的形式发生改变；热传递是内能的转移，能量的形式不发生变化．两小球碰撞后粘在一起，温度升高，是机械能转化为内能，是利用做功的方式改变物体的内能，故A正确；暖气为房间供暖，是通过热传递的方式来改变物体的内能，故B错误；点燃的爆竹在空中爆炸，是化学能转化为内能，属于做功改变物体的内能，故C正确；车轮与地面摩擦生热，是机械能转化为内能，属于做功改变物体的内能，故D正确．
4．(做功、热量和内能)(多选)下列说法正确的是(　　)
A．做功和热传递是改变物体内能的两种本质不同的物理过程，做功是其他形式的能和内能之间的转化，热传递是物体内能的转移
B．外界对物体做功，物体的内能一定增大
C．物体向外界放热，物体的内能一定增大
D．物体内能发生了改变，可能是做功引起的，也可能是热传递引起的，还可能是两者共同引起的
解析：选AD．做功和热传递改变物体内能的本质不同，因为做功的过程是不同形式的能相互转化的过程，而热传递是同种形式的能量(内能)在不同的物体之间或一个物体不同的部分之间传递或转移，A正确；物体内能的变化取决于做功和热传递两种途径，单就一个方面的改变不足以断定其内能的变化情况，B、C错误，D正确．(共24张PPT)
课后达标检测
题组1　热力学第二定律
1．关于自然过程中的方向性，下列说法正确的是(　　)
A．摩擦生热的过程是可逆的
B．凡是符合能量守恒的过程一般都是可逆的
C．实际的宏观过程都具有“单向性”或“不可逆性”
D．空调机既能制冷又能制热，说明热传导不存在方向性
√
解析：摩擦生热的过程是不可逆的，故A错误；
能量守恒具有单向性，一般是不可逆的，故B错误；
实际的宏观过程都具有“单向性”或“不可逆性”，故C正确；
空调机既能制冷又能制热，并不能说明热传导不存在方向性，而是在反向时，要引起其他方面的变化，故D错误．
2．(多选)根据热力学第二定律，下列判断正确的是(　　)
A．电能不可能全部变为内能
B．在火力发电机中，燃气的内能不可能全部变为电能
C．热机中，燃气的内能不可能全部变为机械能
D．在热传导中，热量不可能自发地从低温物体传递给高温物体
√
√
√
解析：根据热力学第二定律可知，凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，电能可全部变为内能(由焦耳定律可知)，但内能不可能全部变成电能，而不产生其他影响；机械能可全部变为内能，而内能不可能全部变成机械能；在热传导中，热量只能自发地从高温物体传递给低温物体，而不能自发地从低温物体传递给高温物体．
3．下列宏观过程不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，内能不会自发地转化为机械能
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．
√
题组2　熵和熵增加原理
4．(多选)下列关于气体在真空中的扩散规律的叙述正确的是(　　)
A．气体分子数越小，扩散到真空中的分子全部回到原状态的可能性越大
B．气体分子数越大，扩散到真空中的分子全部回到原状态的可能性越大
C．扩散到真空容器中的分子在整个容器中分布越均匀，其宏观状态对应的微观状态数目越大
D．气体向真空中扩散时，总是向着分子热运动的无序性增大的方向进行
解析：由热力学第二定律的微观解释“一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大方向进行”和熵的概念可知，A、C、D正确．
√
√
√
5．(多选)下列关于熵的观点正确的是(　　)
A．熵越大，系统的无序度越大
B．对于一个不可逆绝热过程，其熵总不会减小
C．气体向真空扩散时，熵值减小
D．自然过程中熵总是增加的，是因为通向无序的渠道要比通向有序的渠道多得多
√
√
√
解析：熵是系统内分子运动无序性的量度，熵越大，其无序度越大，A正确；
一个不可逆绝热过程，其宏观状态对应微观态数目增大，其熵会增加，不会减小，B正确；
气体向真空中扩散，无序度增大，熵值增大，C错误；
自然过程中，无序程度较大的宏观态出现的概率大，因而通向无序的渠道多，D正确．
题组3　能量耗散
6．(多选)下列关于能量耗散的说法，正确的是(　　)
A．能量耗散使能的总量减少，违背了能量守恒定律
B．能量耗散是指散失在环境中的内能再也不能收集起来被人类利用
C．各种形式的能量向内能的转化，是能够全额发生的
D．能量耗散过程，分子无序性增大
√
√
√
解析：能量耗散是能量在转化的过程中有一部分以内能的形式被周围环境吸收，能量耗散遵守能量守恒定律，但使得能量品质降低，故A错误；
能量耗散的过程熵增加，分子无序性增大，D正确；
耗散的内能无法再被收集起来利用，B正确；
其他形式的能在一定的条件下可以全部转化为内能，C正确．
7．关于能源与能量，下列说法正确的是(　　)
A．因为能量守恒，所以不需要节约能源
B．人类应多开发与利用风能、太阳能等新型能源
C．自然界中石油、煤炭等能源可供人类长久使用
D．人类不断地开发和利用新的能源，所以能量可以被创造
√
解析：能源的使用过程中，虽然能量不会减少，但能量的品质下降了，可利用能源会逐步减少，应节约能源，故A错误；
为使能源可持续利用，解决能源危机，人类应多开发和利用风能、太阳能、核能等新能源，故B正确；
自然界中的石油、煤炭等能源是不可再生资源，不能供人们长久使用，而是越用越少，故C错误；
能量既不会凭空消灭，也不会凭空创生，故D错误．
8.(2025·云南昆明市期末)如图所示的是“风光互补LED太阳能路灯”，太阳能路灯同时利用光能和风能实现照明，它的上端是风力发电，中间是太阳能电池板，下部是照明灯，最下端是蓄电池．下列说法正确的是(　　)
A．夜晚蓄电池放电，将电能转化为化学能
B．风力发电，将机械能转化为电能
C．太阳能电池板将太阳能转化为光能
D．太阳能、风能属于不可再生能源
√
解析：蓄电池在夜晚放电时，将化学能转化为电能，故A错误；
风力发电将空气的机械能转化为电能，故B正确；
太阳能电池板把太阳能转化为电能，故C错误；
太阳能、风能属于可再生能源，故D错误．
9．根据热力学定律，下列判断正确的是(　　)
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．为了增加物体的内能，只能向它传递热量
D．满足能量守恒定律的客观过程都可以自发地进行
√
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；
做功和热传递是改变物体内能的两种方式，单独对其做功或向其传递热量内能都不一定增加，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．
10．(多选)我国航天员漫步太空已成为现实．飞船在航天员出舱前先要“减压”，在航天员从太空返回进入航天器后要“升压”，因此将此设施专门做成了飞船的一个舱，叫“气闸舱”，其原理如图所示．两个相通的舱A、B间装有阀门K.指令舱A中充满气体，气闸舱B内为真空，整个系统与外界没有热交换．打开阀门K后，A中的气体进入B中，最终达到平衡．若将此气体近似看成理想气体，则(　　)
A．气体体积膨胀，对外做功
B．气体分子势能减小，内能增加
C．气体体积变大，温度不变
D．B中气体不可能自发地全部退回到A中
√
√
解析：当阀门K被打开时，A中的气体进入B中，由于B中为真空，所以气体体积膨胀，对外不做功，故A错误；
又因为系统与外界无热交换，所以气体内能不变，则气体的温度也不变，B错误，C正确；
由热力学第二定律知，真空中气体膨胀具有方向性，在无外界作用时，B中气体不能自发地全部退回到A中，故D正确．
11．(多选)如图所示，导热的气缸固定在水平地面上，用活塞把一定质量的理想气体封闭在气缸中，气缸的内壁光滑．现用水平外力F作用于活塞杆，使活塞缓慢地向右移动，在此过程中，环境温度保持不变，下列说法正确的是(　　)
A．气体吸收热量
B．气体分子平均动能不变
C．气体内能不变，却对外做功，此过程违反热力学第一定律，不可能实现
D．气体是从单一热源吸热，全部用来对外做功，但此过程不违反热力学第二定律
√
√
√
解析：温度不变，内能不变，体积膨胀时对外做功，根据热力学第一定律得知气体一定吸热，A正确；
环境温度保持不变，由于气缸导热，气缸内气体温度不变，温度是分子热运动平均动能的标志，故分子热运动的平均动能不变，B正确；
气体内能不变，对外做功，从外界吸收热量，不违反热力学第一定律，可以实现，C错误；
由热力学第二定律知不可能从单一热源吸热全部用来做功而不引起其他变化，该气体是从单一热源吸热，全部用来对外做功，是在外界的影响下发生的，所以不违反热力学第二定律，D正确．
12．(多选)倒一杯热水，然后加入适量的糖，糖会全部溶于水中，但一段时间后又观察到杯底部有糖结晶，关于这个过程，下列叙述正确的是(　　)
A．溶解过程是自发的，结晶过程也是自发的，因此热力学第二定律是错误的
B．溶解过程是有序向无序转变的过程
C．结晶过程是有序向无序转变的过程
D．结晶过程不是自发的，因为有外界的影响
√
√
解析：溶解过程是自发的，是由有序向无序转变的过程；结晶过程不是自发的，通常是由水温降低或水的蒸发引起，是由无序向有序的转变过程，故B、D正确，A、C错误．题组1　热力学第二定律
1．关于自然过程中的方向性，下列说法正确的是(　　)
A．摩擦生热的过程是可逆的
B．凡是符合能量守恒的过程一般都是可逆的
C．实际的宏观过程都具有“单向性”或“不可逆性”
D．空调机既能制冷又能制热，说明热传导不存在方向性
解析：选C.摩擦生热的过程是不可逆的，故A错误；能量守恒具有单向性，一般是不可逆的，故B错误；实际的宏观过程都具有“单向性”或“不可逆性”，故C正确；空调机既能制冷又能制热，并不能说明热传导不存在方向性，而是在反向时，要引起其他方面的变化，故D错误．
2．(多选)根据热力学第二定律，下列判断正确的是(　　)
A．电能不可能全部变为内能
B．在火力发电机中，燃气的内能不可能全部变为电能
C．热机中，燃气的内能不可能全部变为机械能
D．在热传导中，热量不可能自发地从低温物体传递给高温物体
解析：选BCD.根据热力学第二定律可知，凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，电能可全部变为内能(由焦耳定律可知)，但内能不可能全部变成电能，而不产生其他影响；机械能可全部变为内能，而内能不可能全部变成机械能；在热传导中，热量只能自发地从高温物体传递给低温物体，而不能自发地从低温物体传递给高温物体．
3．下列宏观过程不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，内能不会自发地转化为机械能
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：选A.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．
题组2　熵和熵增加原理
4．(多选)下列关于气体在真空中的扩散规律的叙述正确的是(　　)
A．气体分子数越小，扩散到真空中的分子全部回到原状态的可能性越大
B．气体分子数越大，扩散到真空中的分子全部回到原状态的可能性越大
C．扩散到真空容器中的分子在整个容器中分布越均匀，其宏观状态对应的微观状态数目越大
D．气体向真空中扩散时，总是向着分子热运动的无序性增大的方向进行
解析：选ACD.由热力学第二定律的微观解释“一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大方向进行”和熵的概念可知，A、C、D正确．
5．(多选)下列关于熵的观点正确的是(　　)
A．熵越大，系统的无序度越大
B．对于一个不可逆绝热过程，其熵总不会减小
C．气体向真空扩散时，熵值减小
D．自然过程中熵总是增加的，是因为通向无序的渠道要比通向有序的渠道多得多
解析：选ABD.熵是系统内分子运动无序性的量度，熵越大，其无序度越大，A正确；一个不可逆绝热过程，其宏观状态对应微观态数目增大，其熵会增加，不会减小，B正确；气体向真空中扩散，无序度增大，熵值增大，C错误；自然过程中，无序程度较大的宏观态出现的概率大，因而通向无序的渠道多，D正确．
题组3　能量耗散
6．(多选)下列关于能量耗散的说法，正确的是(　　)
A．能量耗散使能的总量减少，违背了能量守恒定律
B．能量耗散是指散失在环境中的内能再也不能收集起来被人类利用
C．各种形式的能量向内能的转化，是能够全额发生的
D．能量耗散过程，分子无序性增大
解析：选BCD.能量耗散是能量在转化的过程中有一部分以内能的形式被周围环境吸收，能量耗散遵守能量守恒定律，但使得能量品质降低，故A错误；能量耗散的过程熵增加，分子无序性增大，D正确；耗散的内能无法再被收集起来利用，B正确；其他形式的能在一定的条件下可以全部转化为内能，C正确．
7．关于能源与能量，下列说法正确的是(　　)
A．因为能量守恒，所以不需要节约能源
B．人类应多开发与利用风能、太阳能等新型能源
C．自然界中石油、煤炭等能源可供人类长久使用
D．人类不断地开发和利用新的能源，所以能量可以被创造
解析：选B.能源的使用过程中，虽然能量不会减少，但能量的品质下降了，可利用能源会逐步减少，应节约能源，故A错误；为使能源可持续利用，解决能源危机，人类应多开发和利用风能、太阳能、核能等新能源，故B正确；自然界中的石油、煤炭等能源是不可再生资源，不能供人们长久使用，而是越用越少，故C错误；能量既不会凭空消灭，也不会凭空创生，故D错误．
8.(2025·云南昆明市期末)如图所示的是“风光互补LED太阳能路灯”，太阳能路灯同时利用光能和风能实现照明，它的上端是风力发电，中间是太阳能电池板，下部是照明灯，最下端是蓄电池．下列说法正确的是(　　)
A．夜晚蓄电池放电，将电能转化为化学能
B．风力发电，将机械能转化为电能
C．太阳能电池板将太阳能转化为光能
D．太阳能、风能属于不可再生能源
解析：选B.蓄电池在夜晚放电时，将化学能转化为电能，故A错误；风力发电将空气的机械能转化为电能，故B正确；太阳能电池板把太阳能转化为电能，故C错误；太阳能、风能属于可再生能源，故D错误．
9．根据热力学定律，下列判断正确的是(　　)
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．为了增加物体的内能，只能向它传递热量
D．满足能量守恒定律的客观过程都可以自发地进行
解析：选B.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；做功和热传递是改变物体内能的两种方式，单独对其做功或向其传递热量内能都不一定增加，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．
10．(多选)我国航天员漫步太空已成为现实．飞船在航天员出舱前先要“减压”，在航天员从太空返回进入航天器后要“升压”，因此将此设施专门做成了飞船的一个舱，叫“气闸舱”，其原理如图所示．两个相通的舱A、B间装有阀门K.指令舱A中充满气体，气闸舱B内为真空，整个系统与外界没有热交换．打开阀门K后，A中的气体进入B中，最终达到平衡．若将此气体近似看成理想气体，则(　　)
A．气体体积膨胀，对外做功
B．气体分子势能减小，内能增加
C．气体体积变大，温度不变
D．B中气体不可能自发地全部退回到A中
解析：选CD.当阀门K被打开时，A中的气体进入B中，由于B中为真空，所以气体体积膨胀，对外不做功，故A错误；又因为系统与外界无热交换，所以气体内能不变，则气体的温度也不变，B错误，C正确；由热力学第二定律知，真空中气体膨胀具有方向性，在无外界作用时，B中气体不能自发地全部退回到A中，故D正确．
11．(多选)如图所示，导热的气缸固定在水平地面上，用活塞把一定质量的理想气体封闭在气缸中，气缸的内壁光滑．现用水平外力F作用于活塞杆，使活塞缓慢地向右移动，在此过程中，环境温度保持不变，下列说法正确的是(　　)
A．气体吸收热量
B．气体分子平均动能不变
C．气体内能不变，却对外做功，此过程违反热力学第一定律，不可能实现
D．气体是从单一热源吸热，全部用来对外做功，但此过程不违反热力学第二定律
解析：选ABD.温度不变，内能不变，体积膨胀时对外做功，根据热力学第一定律得知气体一定吸热，A正确；环境温度保持不变，由于气缸导热，气缸内气体温度不变，温度是分子热运动平均动能的标志，故分子热运动的平均动能不变，B正确；气体内能不变，对外做功，从外界吸收热量，不违反热力学第一定律，可以实现，C错误；由热力学第二定律知不可能从单一热源吸热全部用来做功而不引起其他变化，该气体是从单一热源吸热，全部用来对外做功，是在外界的影响下发生的，所以不违反热力学第二定律，D正确．
12．(多选)倒一杯热水，然后加入适量的糖，糖会全部溶于水中，但一段时间后又观察到杯底部有糖结晶，关于这个过程，下列叙述正确的是(　　)
A．溶解过程是自发的，结晶过程也是自发的，因此热力学第二定律是错误的
B．溶解过程是有序向无序转变的过程
C．结晶过程是有序向无序转变的过程
D．结晶过程不是自发的，因为有外界的影响
解析：选BD.溶解过程是自发的，是由有序向无序转变的过程；结晶过程不是自发的，通常是由水温降低或水的蒸发引起，是由无序向有序的转变过程，故B、D正确，A、C错误．章末知识网络建构
物体中所有分子的动能和分子势能的总和
[答案]
功和内能：在绝热情况下，功是能量转化的量度
①如果物体和外界之间同时存
在做功和热传递的过程，那
内能
热量和内能：只有热传递时，热量是内能转化的量度
么物体内能的改变量△等
于外界对物体所做的功W
做功和热传递在改变内能上是等价的
和物体从外界吸收的热量
Q之和
内容：①
②△U=W+Q
热力学第一定律
表达式：②
③能量既不会消失，也不会创
力学定律
第一类永动机不可能实现
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
能量守恒定律内容：③
的总值保持不变
热传导是④，具有⑤
④不可逆过程
扩散的方向性
⑤方向性
⑥不可逆过程
功热转化这一现象是⑥的，具有⑦
热力学第二定律
⑦方向性
克劳修斯表述：⑧
⑧不可能使热量从低温物体传向
高温物体而不引起其他变化
开尔文表述：⑨
⑨不可能从单一热源吸收热量，
第二类永动机不可能实现
使之完全用来做功而不引起其
他变化第三节　热力学第二定律
1．知道热传导、扩散现象、机械能与内能的转化等都具有方向性．具有方向性的过程是不可逆的．
2．理解热力学第二定律的两种表述．
3．学会用热力学第二定律解释自然界中的能量转化、转移及方向性问题．
一、热传导的方向性
热传导过程是有方向性的，热量从高温物体向低温物体的热传导过程是自发进行的．反过来，要使热量从低温物体传递给高温物体，则必须借助外界的作用．
二、机械能和内能转化的方向性
1．物体的机械能可以全部转化为内能，内能却无法全部用来做功以转化为机械能，而不产生其他影响．
2．第二类永动机：从单一热源吸收热量并全部用来做功，把它得到的内能全部转化为机械能，热机效率达到100%.
三、扩散的方向性
两种不同的气体可以自发地混合，最后成为一种均匀的混合气体，相反，一种均匀的混合气体却不会自发地分开成为两种气体．
四、热力学第二定律
1．克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传递到高温物体．或者说，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．
2．开尔文表述：不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不产生其他影响．
五、热力学第二定律的微观解释
1．热力学第二定律的微观实质是与热现象有关的宏观过程，总是自发地朝着分子热运动状态无序性增加的方向进行．
2．物体内部分子热运动无序程度越高，物体的熵就越大．一切与其他物体既没有物质交换也没有能量交换的系统(简称孤立系统)，其熵永远是增加的，即熵增加原理．
判断下列说法是否正确．
(1)科技发达后，热机的效率可以达到100%.(　　)
(2)机械能可以全部转化为内能，而内能不能自发地全部转化为机械能．(　　)
(3)熵是描述物体的无序程度的物理量，熵越大，物体越有序．(　　)
(4)一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性.(　　)
(5)为了可持续发展，必须节约能源．(　　)
提示：(1)×　(2)√　(3)×　(4)√　(5)√
知识点一　热力学第二定律
1．自然过程的方向性
(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
物体在地面上运动，因摩擦而逐渐停止，但绝不可能出现物体吸收原来传递出去的热量后，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内膨胀，但绝不可能出现气体自发地从容器中流出，使容器内变为真空．
2．热机
(1)热机：把内能转化成机械能的一种装置．
如蒸汽机把水蒸气的内能转化为机械能；内燃机把燃烧后的高温高压气体的内能转化为机械能．
(2)热机的工作原理
工作物质从热源吸收热量Q1，推动活塞做功W，然后排出废气，同时把热量Q2散发到冷凝器或大气中．
根据能量守恒定律有Q1＝W＋Q2.
(3)热机的效率
把热机做的功W与它从热源中吸收的热量Q1的比值叫作热机的效率，用η表示，有η＝.
因为Q1＝W＋Q2，所以Q1＞W，η＜1.
这说明热机不可能把吸收的热量全部转化为机械能，总有一部分要散失到冷凝器或大气中．
　(1)热机必须有热源和冷凝器．
(2)热机的效率不可能达到100%，即使是理想热机，没有摩擦，也没有漏气等能量损失，它也不可能把吸收的热量百分之百地转化为机械能，总要有一部分热量散发到冷凝器或大气中．
3．两类永动机的比较
项目 第一类永动机 第二类永动机
设计要求 不消耗任何能量，可以不断地做功(或只给予很少的能量启动后，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，实现内能向机械能的转化)
不可能制成的原因 违背了能量守恒定律 违背了热力学第二定律
角度1　自然过程的方向性
　(多选)下列哪些过程具有方向性(　　)
A．热传递过程
B．动能向势能的转化过程
C．气体的扩散过程
D．气体向真空中的膨胀过程
[解析]　热传递、气体的扩散和气体在真空中的膨胀都是与热现象有关的宏观自然过程，由热力学第二定律可知，它们都具有方向性，故A、C、D正确；动能向势能的转化与热现象无关，不具有方向性，故B错误．
[答案]　ACD
　半导体掺杂对于半导体工业有着举足轻重的作用，其中一种技术是将掺杂源物质与硅晶体在高温(800到1 250摄氏度)状态下接触，掺杂源物质的分子由于热运动渗透进硅晶体的表面，温度越高掺杂效果越显著，下列说法正确的是(　　)
A．这种渗透过程是自发可逆的
B．硅晶体具有光学上的各向同性
C．这种渗透过程是分子的扩散现象
D．温度越高掺杂效果越好是因为温度升高时，所有分子的热运动速率都增加
[解析]　掺杂源物质的分子由于热运动渗透进硅晶体的表面，所以这种渗透过程是分子的扩散现象，该过程为自发过程，其逆过程不能自发进行，故A错误，C正确；由于硅晶体的晶格结构，硅晶体具有光学上的各向异性，故B错误；温度越高掺杂效果越好是因为温度升高时，分子的平均速率增大，并不是所有分子的热运动速率都增加，故D错误．
[答案]　C
角度2　热力学第二定律的理解
　热力学第二定律表明(　　)
A．不可能从单一热源吸收热量使之全部变为功
B．在一个可逆过程中，工作物质净吸热等于对外做的功
C．热不能全部转变为功
D．热量不可能从温度低的物体传到温度高的物体
[解析]　根据热力学第二定律可知，可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功，但是会引起其他的变化，故A错误；在一个可逆过程中，当工作物质回到初状态时，内能没有发生改变，根据热力学第一定律可得，工作物质净吸热等于对外做的功，故B正确；根据热力学第二定律可知，热可以全部转变为功，但是会引起其他的变化，故C错误；根据热力学第二定律可知，热量不可能自发地从低温物体传递到高温物体，但有外界做功的话，可以从低温物体传递到高温物体，比如冰箱，故D错误．
[答案]　B
　(多选)电冰箱的工作原理示意图如图所示，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背热力学第一定律
D．电冰箱的工作原理违背热力学第一定律
[解析]　根据热力学第二定律可知，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，故A错误，B正确；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．
[答案]　BC
角度3　第二类永动机
　下列说法正确的是(　　)
A．根据热力学第二定律可知，热量不可能从低温物体传到高温物体
B．效率为100%的热机不可能制成，是因为违反了能量守恒定律
C．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
D．第二类永动机不可能成功的原因是违反了能量守恒定律
[解析]　根据热力学第二定律可知，热量不可能自发地从低温物体传到高温物体，但在以消耗其他能量为代价的条件下，热量也可以从低温物体传到高温物体，故A错误；效率为100%的热机不可能制成，没有违反能量守恒定律，但违反了热力学第二定律，故B错误；根据热力学第二定律可知，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，故C正确；第二类永动机不可能成功的原因是违反了热力学第二定律，并不是违反了能量守恒定律，故D错误．
[答案]　C
知识点二　熵和熵增加原理
熵和熵增加原理
(1)熵是反映系统无序程度的物理量，正如温度反映物体内分子平均动能大小一样．系统越混乱，无序程度越大，就称这个系统的熵越大．
(2)系统自发变化时，总是向着无序程度增加的方向发展，至少无序程度不会减少．也就是说，系统自发变化时，总是由热力学概率小的状态向热力学概率大的状态进行．从熵的意义上来说，系统自发变化时，总是向着熵增加的方向发展，不会使熵减小．
(3)任何宏观物质系统都有一定量的熵，熵也可以在系统的变化过程中产生或传递．
　(多选)关于熵，下列说法正确的是(　　)
A．熵值越大，意味着系统越“混乱”和“分散”，无序程度越高
B．熵值越小，意味着系统越“混乱”和“分散”，无序程度越高
C．熵值越大，意味着系统越“整齐”和“集中”，也就是越有序
D．熵值越小，意味着系统越“整齐”和“集中”，也就是越有序
[解析]　在同一条件下不同物质有不同的熵值，熵值越大，意味着系统越“混乱”和“分散”，无序程度越高，相反，熵值越小，意味着系统越“整齐”和“集中”，也就是越有序，A、D正确，B、C错误．
[答案]　AD
　用隔板将一绝热容器隔成A和B两部分，A中盛有一定质量的理想气体，B为真空(如图甲所示)，现把隔板抽去，A中的气体自动充满整个容器(如图乙所示)，这个过程称为气体的自由膨胀，下列说法正确的是　(　　)
A．自由膨胀过程中，气体分子只做定向运动
B．自由膨胀前后，气体的压强不变
C．自由膨胀前后，气体的温度不变
D．容器中的气体在足够长的时间内，能全部自动回到A部分
[解析]　由分子动理论知，气体分子的热运动是永不停息地做无规则运动，故A错误；由能量守恒定律知，气体膨胀前后内能不变，又因一定质量理想气体的内能只与温度有关，所以气体的温度不变，故C正确；由＝常量，所以气体压强变小，故B错误；由热力学第二定律知，真空中气体膨胀具有方向性，在无外界影响的情况下，容器中的气体不能自发地全部回到容器的A部分，故D错误．
[答案]　C
知识点三　能量耗散和品质降低
1．能量耗散
自然界中集中度较高(有序度较高)的能量，如机械能、电能、化学能，当它们变为环境的内能后，就成为更加分散也是无序度更大的能量，没有办法把这些分散的无序度更大的内能重新变成有序度较高的能量加以利用，这样的现象叫作能量耗散．
各种形式的能量向内能的转化，是无序程度较小的状态向无序程度较大的状态的转化，是能够自动发生、全额发生的，能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性．
2．能量品质的降低
能量耗散虽然不会使能量减少，却会导致能量品质的降低，它实际上将能量从高度有用的形式降级为不大可用的形式．煤、石油、天然气等能源储存着高品质的能量，在利用它们的时候，高品质的能量释放出来并最终转化为低品质的内能．内能较之机械能、电能、光能、核能等是一种低品质能量．
　国务院新闻办公室于2024年8月29日发布《中国的能源转型》白皮书，回顾了近十年来，中国坚定不移走绿色低碳的能源转型之路取得的显著成效，也制定了相关中长期发展规划．关于能源与可持续发展，下列说法正确的是(　　)
A．因为自然界的能量是守恒的，所以不会有能源危机
B．能量耗散说明自然界的能量正在不断减少
C.实现可持续发展，一方面要大力提倡多使用能源，另一方面要发展可再生能源以及天然气、核能等对生态环境的污染程度低的清洁能源，推动形成人与自然和谐发展的生态文明
D．水能为可再生能源，水电站是利用水能的重要形式
[解析]　能源在利用的过程中，能量在数量上虽未减少，但在可利用的品质上降低了，可知，即使自然界的能量是守恒的，仍然会有能源危机，故A错误；能量耗散说明自然界便于人类利用的能量减少，但总能量仍然是守恒的，故B错误；实现可持续发展，一方面要大力提倡节能，而不是多使用能源，另一方面要发展可再生能源以及天然气、核能等对生态环境的污染程度低的清洁能源，推动形成人与自然和谐发展的生态文明，故C错误；水能是可再生能源，水电站是利用水能的重要形式，故D正确．
[答案]　D
eq \o(\s\up7(),\s\do5(　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　))
1．(热力学第二定律)如图所示，气缸内盛有一定质量的理想气体，气缸壁是导热的，缸外环境保持恒温，活塞与气缸壁的接触是光滑的，但不漏气，现通过活塞杆使活塞缓慢地向右移动，这样气体将等温膨胀并通过活塞对外做功．已知理想气体的内能只与温度有关，则下列说法正确的是(　　)
A．气体是从单一热源吸热，并全部用来对外做功，因此此过程违反热力学第二定律
B．气体是从单一热源吸热，但并未全部用来对外做功，所以此过程不违反热力学第二定律
C．气体是从单一热源吸热，并全部用来对外做功，但此过程不违反热力学第二定律
D．气体不是从单一热源吸热，且并未全部用来对外做功，所以此过程不违反热力学第二定律
解析：选C.气缸壁是导热的，外界环境温度不变，活塞杆与外界连接并使其缓慢地向右移动过程中，有足够时间进行热交换，气体等温膨胀，所以气缸内的气体温度不变，内能也不变，该过程气体是从单一热源即外部环境吸收热量，全部用来对外做功才能保证内能不变，此过程既不违背热力学第二定律，也不违背热力学第一定律，此过程由外力对活塞做功来维持，如果没有外力F对活塞做功，此过程不可能发生．
2．(对熵增加原理的理解)(多选)关于孤立体系中发生的实际过程，下列说法正确的是(　　)
A．系统的总熵不可能减小
B．系统的总熵可能增大，可能不变，还可能减小
C．系统逐渐从比较有序的状态向更无序的状态发展
D．系统逐渐从比较无序的状态向更加有序的状态发展
解析：选AC.在孤立体系中发生的实际过程，其系统的总熵不可能减小，故A正确，B错误；根据熵增加原理，该系统只能是从比较有序的状态向更无序的状态发展，故C正确，D错误．
3．(能量耗散和品质降低)中央提出了“推进绿色发展、循环发展、低碳发展”的理念．下列有关新能源和能量观的描述正确的是(　　)
A．外出旅游时，尽可能选择自驾出行
B．核能是高效能源，在使用时要注意防范核泄漏事故
C．水能和风能来源于太阳能，是不可再生能源
D．根据能量守恒可知，担心能源危机是杞人忧天
解析：选B.外出旅游时，尽可能选择公共交通工具出行，可以减少污染，节约能源，A错误；核能是一种清洁高效的能源，核能的和平开发和利用对人类经济社会的发展做出了巨大的贡献，而核泄漏事故的发生又会造成一定的灾难，所以使用时要注意防范核泄漏事故，B正确；水能和风能来源于太阳能，是可再生能源，C错误；能量虽然守恒，但是可利用的能源是有限的，D错误．
4.(热力学定律)海底火山活跃的海域，火山附近的海水会受到加热形成水蒸气从而产生气泡。当气泡浮上水面的过程中温度下降，压强减小，体积减小，该过程中水蒸气可视作理想气体。下列关于该过程说法正确的是(　　)
A．水蒸气上升过程中吸收热量
B．水蒸气分子的平均动能增大
C．水蒸气放出的热量大于其减小的内能
D．该过程违反了热力学第二定律
解析：选C.根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，气体温度下降，故内能减小，即ΔU<0，体积减小，外界对气体做功，故W>0，因此Q必须为负，故放出热量，故A错误；水蒸气的温度下降，故水蒸气分子的平均动能减小，故B错误；根据热力学第一定律，因外界对气体做功，故水蒸气放出的热量大于其减小的内能，故C正确；该过程不单是从热源吸热并用于做功，同时也引起了海水重力势能变化，故没有违反热力学第二定律，故D错误．1．(多选)(2025·广东阶段检测)为了减少污染，根据相关规定，加油站必须进行“油气回收”，操作如下：油枪从封闭油罐中吸取体积为V的汽油加到汽车油箱，同时抽取油枪周围体积为1.2V的油气(可视为理想气体)，压入封闭油罐(压至体积为V).假设油罐及加油枪导热良好且环境温度不变，则将油气压入油罐的过程中，油气(　　)
A．压强增大 B．对外做正功
C．向环境放热 D．从环境吸热
解析：选AC．油气压入油罐的过程中，体积减小，外界对气体做功，由于油罐及加油枪导热良好且环境温度不变，则气体的内能不变，根据热力学第一定律可知油气向环境放热，C正确，B、D错误；油气压入油罐的过程中，体积减小，温度不变，根据理想气体状态方程可知压强增大，A正确．
2．(多选)采用涡轮增压技术可提高汽车发动机效率．将涡轮增压简化为以下两个过程，一定质量理想气体首先经过绝热过程被压缩，然后经过等压过程回到初始温度，则(　　)
A．绝热过程中，气体分子平均动能增加
B．绝热过程中，外界对气体做负功
C．等压过程中，外界对气体做正功
D．等压过程中，气体内能不变
解析：选AC．一定质量的理想气体经过绝热过程被压缩，可知气体体积减小，外界对气体做正功，根据热力学第一定律可知，气体内能增加，则气体温度升高，气体分子平均动能增加，故A正确，B错误；一定质量的理想气体经过等压过程回到初始温度，可知气体温度降低，气体内能减少，根据＝C可知气体体积减小，外界对气体做正功，故C正确，D错误．
3.(多选)如图所示，一定质量的理想气体从状态a变化到状态b.在这一过程中，下列说法正确的是(　　)
A．气体温度降低
B．气体温度升高
C．气体向外界放出热量
D．气体的内能增加
解析：选BD．根据理想气体状态方程有＝C，从状态a变化到状态b，气体的压强和体积均增大，则温度升高，A错误，B正确；温度升高，气体的内能增加，D正确；根据热力学第一定律有ΔU＝W＋Q，气体体积增大，对外做功，但内能增加，故气体从外界吸热，C错误．
4.如图所示，一定质量的某种理想气体从状态A变化到状态B，则(　　)
A．体积减小
B．内能减少
C．气体一定从外界吸热
D．外界一定对气体做正功
解析：选C．根据＝C可得p＝T，由此可知A、B与O点的连线的斜率k＝，直线AO斜率大，则A状态下气体体积小，即A状态体积小于B状态的体积，所以气体自状态A到状态B的过程中，体积增大，故A错误；气体自状态A到状态B的过程中，温度升高，所以内能增加，故B错误；整个过程，气体体积增大，所以气体对外做功，而内能增加，根据热力学第一定律可知，气体一定从外界吸热， 故C正确，D错误．
5．(多选)一定质量的理想气体经历A→B→C→A的过程，其体积随温度的变化情况如图所示．下列说法不正确的是(　　)
A．A→B过程，气体压强增大
B．A→B过程，气体的内能增加
C．B→C过程，气体吸收热量
D．C→A过程，气体压强减小
解析：选ABD．A→B过程气体温度不变，体积增大，根据理想气体状态方程＝C可知，气体压强减小，故A错误；A→B过程温度不变，气体内能不变，故B错误；B→C过程，气体体积不变，外界对气体做功为零，气体温度升高，内能增加，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知气体吸收热量，故C正确；C→A过程，气体体积与温度比保持不变，即压强不变，故D错误．
6．(2025·甘肃兰州市期末)空气炸锅是利用高温空气循环技术加热食物．图为某型号空气炸锅简化模型图，其内部有一气密性良好的内胆，封闭了质量、体积均不变且可视为理想气体的空气．已知初始气体压强p0＝1.0×105 Pa，温度t0＝27 ℃，加热一段时间后气体温度升高到t＝147 ℃，此过程中气体吸收的热量为5.2×103 J，则(　　)
A．升温后所有气体分子的动能都增大
B．升温后胆中气体的压强为1.2×105 Pa
C．此过程胆中气体的内能增加量为5.2×103 J
D．此过程中气体对外界做正功
解析：选C．升温后气体分子的平均动能增大，并不是所有气体分子的动能都增大，故A错误；根据题意可知，气体的体积不变，气体发生等容变化，气体可视为理想气体，根据查理定律可得＝，代入数据可得p＝1.4×105 Pa，故B错误；由于气体的体积不变，气体做功W＝0，气体吸收的热量Q＝5.2×103 J，根据热力学第一定律有ΔU＝W＋Q＝5.2×103 J，故C正确，D错误．
7．(12分)(2025·甘肃白银市期末)如图所示，气缸水平固定，气缸右端有挡板，活塞(厚度不计)可以在气缸内无摩擦地移动且不能离开气缸，气缸内封闭着一定质量的理想气体，初始时活塞到气缸右端的距离x＝0.4 m．现加热气缸内的气体，活塞缓慢移动，活塞刚好移到气缸右端时，气缸内的气体的热力学温度T1＝290 K，一段时间后停止加热，此时封闭气体的压强变为p2＝2×105 Pa.已知活塞的横截面积S＝0.02 m2，外部大气压强恒为p1＝1×105 Pa，整个加热过程中封闭气体吸收的热量为900 J，求：
(1)等压变化过程中气体对外做的功；(4分)
(2)加热后气缸内气体的热力学温度；(4分)
(3)封闭气体的内能变化量．(4分)
解析：(1)由题意可知，气体先发生等压变化，待活塞运动到挡板处再发生等容变化，等压变化过程中气体对外做功，做的功W＝p1Sx，代入数据解得W＝800 J.
(2)活塞到达挡板处后气体发生等容变化，由查理定律有＝，代入数据解得T2＝580 K.
(3)由热力学第一定律可知，封闭气体的内能变化量ΔU＝－W＋Q，解得ΔU＝100 J.
答案：(1)800 J　(2)580 K　(3)100 J
8．(12分)如图所示，一定质量理想气体被活塞封闭在气缸中，活塞的面积为S，与气缸底部相距L，气缸和活塞绝热性能良好，气体的压强、温度与外界大气相同，分别为p0和T0.现接通电热丝加热气体，一段时间后断开，活塞缓慢向右移动距离L后停止，活塞与气缸间的滑动摩擦力为f，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，整个过程中气体吸收的热量为Q，求：
(1)内能的增加量ΔU；(6分)
(2)最终温度T.(6分)
解析：(1)活塞移动时受力平衡p1S＝p0S＋f，气体对外界做功W＝p1SL，根据热力学第一定律ΔU＝Q－W，解得ΔU＝Q－(p0S＋f)L.
(2)活塞发生移动前，发生等容过程，有＝，活塞向右移动了L，发生等压过程，有＝，且V2＝2V1，解得T＝T0.
答案：(1)Q－(p0S＋f)L　(2)T0
9．(12分)(2025·湖南郴州市期末)如图所示，一定质量的理想气体经历了A→B→C的状态变化过程，在此过程中气体的内能增加了135 J，由B→C的过程外界对气体做了90 J的功．已知状态A时气体的压强pA＝1.5×105 Pa.求：
(1)状态B时气体的压强pB；(4分)
(2)从状态A到状态C的过程中，气体与外界热交换的热量．(8分)
解析：(1)从状态A到状态B为等容变化过程
根据查理定律有＝
代入数据得pB＝4.5×105 Pa.
(2)根据热力学第一定律有ΔU＝W＋Q
从状态A到状态B为等容变化，WAB＝0
又WAC＝WAB＋WBC＝90 J，ΔUAC＝135 J
联立解得Q＝45 J，故气体从外界吸收热量45 J.
答案：(1)4.5×105 Pa　(2)45 J

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