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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：
(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，即既有做功又有热传递的过程，其中ΔU表示内能的改变量，W表示做的功，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)外界对系统热传递，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下物体的内能不变，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　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2　热力学第一定律的应用
　(2025·北京通州区期末)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。
[答案]　B
　(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]　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。
[答案]　A
　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。
[答案]　B
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)。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，所以上述能量转化过程中的能量均应是守恒的，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
　(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　能量守恒定律和第一类永动机
　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[答案]　C
　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。
[答案]　A
eq \o(\s\up7(),\s\do5(　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　))
1．(热力学第一定律)如图所示，现用活塞压缩封闭在气缸里的空气，对空气做了90 J的功，同时空气向外散热21 J。关于气缸里空气的内能变化情况，下列说法正确的是(　　)
A．增加90 J　　　　　 B．增加69 J
C．减少111 J D．减少21 J
解析：选B。根据题意，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W可得，气缸里空气的内能变化量ΔU＝－21 J＋90 J＝69 J，即气缸里空气的内能增加了69 J。
2．(热力学第一定律)(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：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。
3．(热力学第一定律)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．(能量守恒定律)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：选D。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，在无外力作用的情况下，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。第3节　热力学第二定律
第4节　熵——系统无序程度的量度
1．通过自然界中宏观过程的方向性，了解热力学第二定律。　2.了解热力学第二定律的两种不同表述，以及两种表述的物理实质。　3.了解什么是第二类永动机，知道它不能制成的原因。　4.知道有序和无序的概念。　5.了解热力学第二定律的微观意义，了解熵的概念及用熵的概念表示的热力学第二定律。
6．认识能源和环境与人类生存的关系，知道可持续发展的重大意义，增强保护环境的意识。
一、可逆过程与不可逆过程
1．一个系统由某一状态出发，经过某一过程到达另一状态，如果存在另一过程，它能使系统和外界完全复原，即系统回到原来的状态，同时消除原来过程对外界的一切影响，则原来的过程称为可逆过程；如果用任何方法都不能使系统和外界完全复原，则原来的过程称为不可逆过程。
2．热传递是不可逆过程，具有方向性。
3．功热转化这一热现象是不可逆的，具有方向性。
4．凡是与热现象有关的宏观过程都具有方向性。
二、热力学第二定律及第二类永动机
1．热力学第二定律的克劳修斯表述：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。
2．热机
(1)热机工作的两个阶段：第一个阶段是燃烧燃料，把燃料中的化学能变成工作物质的内能。第二个阶段是工作物质对外做功，把自己的内能变成机械能。
(2)热机的效率η：热机对外做的功与它从高温热源吸收的热量的比值，用公式表示为η＝。热机的效率不可能达到100%。
3．热力学第二定律的开尔文表述：不可能从单一热源吸取热量，使之完全用来做功而不引起其他变化。
4．第二类永动机
(1)第二类永动机：从单一热源吸取热量并使之完全转化为功而不引起其他变化的机器。
(2)第二类永动机虽然不违背热力学第一定律，但违背了热力学第二定律，也是不可能实现的。
三、有序与无序
1．有序：人们将生活中符合某种规则的现象称为有序。
2．无序：人们将生活中不符合某种规则的现象称为无序。
3．热力学第二定律的微观本质：与热现象有关的自然发生的宏观过程总是沿着大量分子热运动无序程度增大的方向进行。
四、熵和熵增加原理
1．熵：物理学中用熵来量度系统的无序程度。
2．熵增加原理：在孤立系统中的宏观过程必然朝着熵增加的方向进行。
五、熵与能量退降
在熵增加的同时，一切不可逆过程总是使得能量从可利用状态转化为不可利用状态，能量品质退化了，这种现象称为能量退降。
判断下列说法是否正确。
(1)机械能可以完全转化为内能，而内能不可能完全转化为机械能。(　　)
(2)一个系统中个体排列的“有序”和“无序”是绝对的。(　　)
(3)一个宏观状态所对应的微观状态数目越多，则熵越大。(　　)
(4)孤立系统的总熵可能增大，也可能减小。(　　)
(5)能源是有限的，特别是常规能源，如煤、石油、天然气等。(　　)
(6)大量消耗常规能源会使环境恶化，故提倡开发利用新能源。(　　)
提示：(1)×　(2)×　(3)√　(4)×　(5)√　(6)√
知识点一　热力学第二定律
1．自然过程的方向性
(1)热传递具有方向性
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，因摩擦而逐渐停下来，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的情况。
(4)气体向真空中的膨胀具有方向性
气体可自发地向真空容器中膨胀，但绝不可能出现气体自发地从容器中流出，使容器内变为真空的情况。
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
工作物质从热库吸收热量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。
根据能量守恒有Q1＝W＋Q2。
(3)热机的效率
把热机做的功W与它从热库中吸收的热量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能全部转化为机械能，总有一部分要散失到冷凝器或大气中。
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(或只有一个热库，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和应用
　(多选)关于热力学第二定律，下列说法正确的是(　　)
A．功转变为热的实际宏观过程是不可逆的
B．一切不违背能量守恒定律的物理过程都是可以实现的
C．由热力学第二定律可以判断物理过程能否自发进行
D．一切物理过程都不可能自发地进行
[解析]　热力学第二定律是反映宏观自然过程的方向性的定律，功转变为热的实际宏观过程是不可逆的，由热力学第二定律可以判断物理过程能否自发进行，A、C正确，D错误；由热力学第二定律可知，并不是所有符合能量守恒定律的宏观过程都能实现，B错误。
[答案]　AC
　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，如果没有外力对活塞做功，此过程不可能发生。
[答案]　C
角度3　第二类永动机
　关于对永动机的认识，下列说法正确的是(　　)
A．随着科技的不断发展，永动机是可以制成的
B．永动机指的是在摩擦力趋于零的条件下一直运动的机器，它不需要对外做功
C．两类永动机的实质和工作原理是相同的，都是人们的美好设想，是永远不会实现的
D．虽然第二类永动机不违反能量守恒定律，但仍不可制成
[解析]　第一类永动机违反了能量的转化与守恒，不可能实现，故A错误；永动机需要对外做功，故B错误；两类永动机的实质和工作原理是不相同的，故C错误；第二类永动机不违反能量守恒定律，但违反了热力学第二定律，仍不可制成，D正确。
[答案]　D
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，相反地，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＝常量可知，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
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。
　涉及热现象的过程中不可避免地出现能量耗散的现象。所谓能量耗散是指在能量转化的过程中无法把散失的能量重新收集、加以利用。下列关于能量耗散的说法正确的是(　　)
A．能量耗散不是自主发生的
B．能量耗散不符合热力学第二定律
C．能量耗散过程中能量不守恒
D．能量耗散是从能量转化的角度，反映出自然界中的宏观过程具有方向性
[解析]　能量耗散是指能量在转化和转移的过程中扩散到周围环境中无法再收集起来，其满足能量守恒定律，也符合热力学第二定律，能量在数量上并未减少，但在可利用的品质上降低了；能量耗散反映了涉及热运动的宏观过程都具有方向性，是自主发生的，所以A、B、C错误，D正确。
[答案]　D
　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)(多选)下列关于热力学第二定律的说法正确的是(　　)
A．所有符合能量守恒定律的宏观过程都能发生
B．一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的
C．机械能可以全部转化为内能，在不产生其他影响的情况下，内能无法全部用来做功而转化成机械能
D．气体向真空的自由膨胀是可逆的
解析：选BC。符合能量守恒定律，但违背热力学第二定律的宏观过程不能发生，A错误；一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的，B正确；根据热力学第二定律，机械能可以全部转化为内能，但在不产生其他影响的情况下，内能无法全部用来做功而转化成机械能，C正确；气体向真空的自由膨胀是不可逆的，D错误。
2．(热力学第二定律)根据能量转化与转移的方向性，下列判断不正确的是(　　)
A．电流的电能可以全部转变为内能
B．在火力发电中，燃气的内能不可能全部转变为电能
C．在热机中，燃气的内能不可能全部转化为机械能
D．在传热中，热量不可能自发地从高温物体传向低温物体
解析：选D。电流通过电路时，电能可以全部转变为内能，故A正确；根据热力学第二定律可知，在火力发电机中，燃气的内能不可能全部变为电能，故B正确；根据能量转化的方向性知，燃气的内能不可能全部转化为机械能，故C正确；根据热力学第二定律知，热量不可能自发地从低温物体传递给高温物体，但热量可以自发地从高温物体传向低温物体，故D错误。
3．(熵和熵增加原理)(多选)从微观角度看，下列说法正确的是(　　)
A．气体向真空的自由膨胀是可逆的
B．一个非孤立的系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展
C．一个宏观状态所对应的微观状态越多，越是无序，熵值越大
D．出现概率越大的宏观状态，熵值越大
解析：选CD。一切自然过程总是沿着分子热运动无序性增大的方向进行。熵是用来描述系统大量分子运动无序性程度的。在任何自然过程中，一个孤立的系统的总熵不会减小，也就是说，一个孤立的系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展。反映了一个孤立的系统的自然过程会沿着分子热运动的无序性增大的方向进行。对于一个非孤立的系统，在与外界有能量交换时其熵也有可能变小，故A、B错误，C、D正确。
4．(能源和能量转化)(多选)下列关于能量转化或转移过程的说法不正确的是(　　)
A．所有能量守恒的过程都能自发地发生
B．摩擦生热的过程是不可逆过程
C．水能、风能、太阳能为可再生能源
D．能的转化过程符合能量守恒定律，因此不会发生能源危机
解析：选AD。并非所有能量守恒的过程都能自发地进行，如在没有引起其他变化的情况下，热量不能自发地从低温物体向高温物体传递，故A错误；根据热力学第二定律，机械能向内能转化具有方向性，可知摩擦生热的过程是不可逆过程，故B正确；水能、风能、太阳能为可再生能源，故C正确；能的转化过程符合能量守恒定律，虽然总能量不变，但是可利用的能源越来越少，可能会发生能源危机，故D错误。(共30张PPT)
课后达标检测
√
1．(多选)下列哪些现象的逆过程并不违反能量守恒定律，却从未能自发地发生(　　)
A．传热　　　　　　　　 B．气体膨胀
C．分子扩散 D．摩擦生热
解析：传热、分子扩散和摩擦生热的逆过程并不违反能量守恒定律，但逆过程不能自发地发生；气体自由膨胀的过程是不可逆过程，但如果气体是在外界作用下的膨胀，则是可逆过程。
√
√
√
2．下列说法正确的是(　　)
A．一切形式的能量间的相互转化都具有方向性
B．热量不可能从低温物体传给高温物体
C．气体的扩散过程具有方向性
D．一切形式的能量间的相互转化都不具有可逆性
解析：热力学第二定律反映了所有与热现象有关的宏观过程都具有方向性，A、D错误；
热量不是不能从低温物体传给高温物体，而是从低温物体传给高温物体时会产生其他影响，B错误；
气体扩散过程具有方向性，C正确。
3．(2025·河北廊坊市部分高中期末)下列有关热学现象的说法正确的是(　　)
A．双手互相摩擦发热的现象是用传热的方法来改变物体内能的
B．在散热的条件下被压缩的气体内能一定增加
C．第二类永动机不违反热力学第二定律，只违反热力学第一定律
D．宏观与热现象有关的自发的物理过程都是不可逆的
√
解析：双手互相摩擦发热的现象是用做功的方法来改变物体内能的，A错误；
由热力学第一定律ΔU＝W＋Q知，在散热的条件下，被压缩的气体内能不一定增加，B错误；
第二类永动机不违反热力学第一定律，只违反热力学第二定律，C错误；
宏观与热现象有关的自发的物理过程都是不可逆的，D正确。
√
4．下列关于热力学定律的说法正确的是(　　)
A．热力学第一定律与热力学第二定律的实质是一样的
B．不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功
C．我们要节约能源的根本原因是能量在数量上减少了
D．即使没有摩擦、不必要的散热损失，热机也不可能把燃料产生的内能全部转化为机械能
解析：热力学第一定律反映了物体的内能变化与做功和热传递的关系，而热力学第二定律则反映了热现象的宏观方向性，A错误；
在外界的影响下，可以从单一热库吸收热量，使之完全变成功，B错误；
我们要节约能源的根本原因是可利用能源的数量在不断减少，但能量的总量是不变的，C错误；
根据热力学第二定律，即使没有摩擦、不必要的散热损失，热机也不可能把燃料产生的内能全部转化为机械能，也就是说，热机的效率不可能达到百分之百，D正确。
√
5．(多选)下列现象能够发生，并且不违背热力学第二定律的是(　　)
A．一杯热茶在打开杯盖后，茶会自动变得更热
B．蒸汽机把蒸汽的内能全部转化为机械能
C．桶中浑浊的泥水在静置一段时间后，泥沙下沉，上面的水变清，泥、水自动分离
D．空调机在制冷过程中，从室内吸收的热量少于向室外放出的热量
√
解析：一杯热茶在打开杯盖后，茶会自动变得更热，这违背了热力学第二定律，不能发生，A错误；
根据热力学第二定律，蒸汽机不可能把蒸汽的内能全部转化为机械能，B错误；
C选项中说的不是热现象，不违背热力学第二定律，C正确；
空调机在制冷过程中消耗了电能，所以不违背热力学第二定律，则从室内吸收的热量少于向室外放出的热量，能发生，故D正确。
√
6．(多选)我们绝不会看到：一个放在水平地面上的物体，靠降低温度，可以把内能自发地转化为动能，使这个物体运动起来。对其原因，下列说法不正确的是(　　)
A．这违背了能量守恒定律
B．在任何条件下内能都不可能转化为机械能，机械能会转化为内能
C．机械能和内能的转化过程具有方向性，内能转化成机械能是有条件的
D．机械能可全部转化为内能，而内能不能全部转化为机械能，同时不引起其他变化
√
解析：机械能和内能可以相互转化，但必须通过做功来实现，由热力学第二定律可知，内能不可能全部转化成机械能，同时不引起其他变化；该过程并不违背能量守恒定律，但是违背了热力学第二定律，故A、B错误，C、D正确。
√
7.(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。
√
8．(多选)对于有序和无序，下列说法正确的是(　　)
A．有序与无序是相对的
B．对任何一件事物，如果规定得越多，限制得越多，它的无序性就越大
C．有序与无序是绝对的
D．对任何一件事物，如果规定得越多，限制得越多，它的无序性就越小
√
解析：有序和无序是相对的，故A正确，C错误；
对任何一件事物，如果规定得越多，限制得越多，它的无序性就越小，故B错误，D正确。
√
9．(多选)如图，用绝热材料制成的密闭容器被隔板K分成Ⅰ、Ⅱ两部分，一定量的某理想气体处于Ⅰ中，Ⅱ内为真空。抽取隔板K，气体进入Ⅱ中，最终整个容器均匀地分布了这种气体，则此过程该气体系统(　　)
A．对外做功，体积膨胀
B．对外不做功，最终压强减小
C．内能减少，最终温度降低
D．无序度变大
√
√
10．下列说法正确的是(　　)
A．在人的学习过程中，随着知识的逐渐积累，认知系统总熵值减小
B．在人的学习过程中，随着知识的逐渐积累，认知系统总熵值增加
C．因为能量守恒，所以无需节约能源
D．热机中的内能可以全部用来做功
解析：孤立系统的一切自发过程均向着其微观状态更无序的方向发展，微观状态越混乱，则该系统的熵值越大，反之越小，在人的学习过程中，知识逐渐积累，这是一个由无序到有序的过程，故总熵值减小，故A正确，B错误；
能量守恒，但能量的转化具有方向性，能量的品质降低，仍需节约能源，故C错误；
热机的效率不可能达到100%，所以热机中的内能不可以全部用来做功，故D错误。
√
11．地球上有大量的海水，若使海水温度降低0.1 ℃就能释放出5.8×1023 J的热量。有人设想用一热机将海水放出的热量完全转化为机械能，但这种使内能转化成机械能的机器是不能实现的，其原因是(　　)
A．内能不能转化成机械能
B．内能转化成机械能不满足能量守恒定律
C．只从单一热源吸收热量并完全转化成机械能而不引起其他变化的机器不满足能量转化和转移的方向性
D．上述三种原因都不正确
解析：由热力学第二定律可知，内能能够转化成机械能，只不过需要外界的影响，故A错误；
能量守恒定律普遍成立，内能转化成机械能仍然满足能量守恒定律，故B错误；
由热力学第二定律可知，只从单一热源吸收热量并完全转化成机械能而不引起其他变化的机器不满足能量转化和转移的方向性，故C正确；
结合上述，选项所设计的三种情景中，第三种是正确的，故D错误。
√
12.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，故分子平均动能减小，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。
√
13．(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。现将水平外力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，所以气缸内的气体发生等温膨胀，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。
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14.(多选)如图是架在屋顶的太阳能热水器。已知单位时间内太阳垂直射到地面附近单位面积的能量E0＝7×103 J/(m2·s)。一台热水器的聚热面积为2 m2，若每天相当于太阳直射热水器4 h，太阳能的20% 可转化为水的内能，则下列说法正确的是(　　)
A．只有20%的太阳能可转化为水的内能，说明能量不守恒
B．太阳能可转化为水的内能，但水的内能不可转化为太阳能，说明能量转化具有方向性
C．这台热水器一天内最多能利用的太阳能为4.032×107 J
D．这台热水器一天内最多能利用的太阳能为5.6×104 J
√
解析：只有20%的太阳能可转化为水的内能，其余能量被耗散到空气中，能量是守恒的，故A错误；
太阳能可转化为水的内能，但水的内能不可转化为太阳能，说明能量转化具有方向性，故B正确；
根据题意，这台热水器一天内最多能利用的太阳能E＝E0×S×t×20%＝4.032×107 J，故C正确，D错误。
15．如图所示为电冰箱的工作原理示意图，压缩机工作时，强迫制冷剂在电冰箱内外的管道中不断循环。在蒸发器中制冷剂气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.热量可以自发地从电冰箱内传到冰箱外
B．在封闭的房间里打开电冰箱一段时间后，房间温度会降低
C．电冰箱的工作原理不违反热力学第一定律
D．电冰箱的工作原理违反热力学第二定律
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解析：由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，除非有外界的影响或帮助，电冰箱把热量从低温的内部传到高温的外部，需要压缩机的帮助并消耗电能，故A错误；
电冰箱工作时消耗电能，房间的总热量会增加，房间温度会升高，故B错误；
电冰箱的工作原理不违反热力学第一定律和第二定律，故C正确，D错误。1．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。
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．(多选)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，同时抽取加油枪周围体积为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。
4．下列说法错误的是(　　)
A．能量守恒定律只适用于物体内能的变化
B．只要有能的转化和转移，就一定遵从能量守恒定律
C．能量守恒定律是人们认识自然和利用自然的有力武器
D．任何一种形式的能在转化为其他形式的能的过程中，消耗多少某种形式的能量，就能得到多少其他形式的能量，且能的总量保持不变
解析：选A。各种形式的能都可以相互转化，并不是只适用于物体内能的变化，且只要有能的转化和转移，就一定遵从能量守恒定律，A错误，符合题意，B、C、D正确，不符合题意。
5．(多选)航天服是保障航天员的生命活动和正常工作的个人密闭装备。航天员穿着航天服，从地面到达太空时内部气体将急剧膨胀。若航天服内气体的温度不变，视为理想气体并将航天服视为封闭系统，则关于航天服内的气体，下列说法正确的是(　　)
A.体积增大，内能减小
B．压强减小，内能不变
C．对外界做功，吸收热量
D．压强减小，分子平均动能增大
解析：选BC。由于航天服内气体视为理想气体，温度决定内能，温度不变，内能不变，温度是分子热运动平均动能的标志，故分子平均动能也不变。由于航天服内气体体积增大，气体对外界做功，温度不变，可知W<0，ΔU＝0，根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知Q>0，所以航天服内气体将吸收热量，又由等温变化有p1V1＝p2V2，可知体积变大，则压强减小。
6．一定质量的理想气体吸热膨胀，保持压强不变，它的内能增加，那么(　　)
A．它吸收的热量等于内能的增量
B．它吸收的热量小于内能的增量
C．它吸收的热量大于内能的增量
D．它吸收的热量可以大于内能的增量，也可以小于内能的增量
解析：选C。气体等压膨胀，由＝C知，气体的体积变大，则温度升高，内能增加。气体膨胀，对外做功，内能增大，根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W知，气体吸收的热量大于内能的变化量，故C正确。
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.(多选)(2025·天津河东区期末)当篮球气不足时常用打气筒和气针给篮球充气，把气针安装在打气筒的气嘴上，把气针慢慢地插入篮球气孔，然后压缩打气筒将空气压入篮球内，如图所示。设某次缓慢压缩打气筒的充气过程中，篮球的体积不变，气体温度不变，打气筒内的气体全部压入篮球内，没有向外界漏气，气体可视为理想气体。对于此次充气前打气筒内的气体和篮球内原来的气体，下列说法正确的是(　　)
A．此过程中气体的内能增大
B．此过程中气体向外界放出热量
C．此过程中每个气体分子的动能均不变
D．此过程中气体分子单位时间内与器壁单位面积碰撞的次数增多
解析：选BD。在一次缓慢充气过程中，打气筒内的气体全部压入篮球内，无漏气，气体可视为理想气体，气体温度不变，因此此过程中气体的内能不变，故A错误；充气前，气体在篮球和气筒中，充气后，气体只在篮球中，由于篮球的体积不变，因此气体的体积变小，此过程中外界对气体做正功，W＞0，气体的温度不变，则ΔU＝0，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可得Q＜0，即此过程中气体向外界释放热量，故B正确；温度是分子平均动能的标志，温度不变，则分子的平均动能不变，但不是每个分子的动能都不变，故C错误；压缩过程中气体温度不变，即分子热运动平均速率不变，根据玻意耳定律可知气体的压强增大，则气体分子单位时间内与器壁单位面积碰撞的次数增加，故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。缓慢推倒气缸，气缸内气体压强减小，而环境温度不变，则气体体积增大，该过程气体对外做功，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，直立容器内部有被隔板隔开的A、B两部分气体，A的密度小，B的密度大，抽去隔板，加热气体使两部分气体均匀混合，设在此过程中气体吸热为Q，气体的内能增加量为ΔU，则(　　)
A．ΔU＝Q B．ΔUC．ΔU>Q D．无法确定
解析：选B。A、B两部分气体开始的合重心在中线以下，混合均匀后，合重心在中线上，所以系统的重力势能增大，根据能量守恒定律可得，吸收的热量应等于增加的重力势能与增加的内能之和，即Q＝ΔEp＋ΔU，显然Q>ΔU。
12．(多选)如图，用隔板将一绝热气缸分成两部分，隔板左侧充有理想气体，隔板右侧与绝热活塞之间是真空。现将隔板抽开，气体会自发扩散至整个气缸。待气体达到稳定后，缓慢推压活塞，将气体压回到原来的体积。假设整个系统不漏气。下列说法正确的是(　　)
A．气体自发扩散前后内能相同
B．气体在被压缩的过程中内能增大
C．在自发扩散过程中，气体对外界做功
D．气体在被压缩的过程中，气体分子的平均动能不变
解析：选AB。抽开隔板，气体自发扩散的过程中，气体对外界不做功，与外界没有热交换，因此气体的内能不变，A正确，C错误；由于气体与外界没有热交换，根据热力学第一定律可知，气体在被压缩的过程中外界对气体做功，内能增大，因此气体的温度升高，内能增大，气体分子的平均动能增大，B正确，D错误。
13．(10分)若将气泡内的气体视为理想气体，气泡从湖底缓慢上升到湖面的过程中，对外界做了0.6 J的功。(设不同深度湖水的温度相同且保持不变)
(1)求气泡上升过程中吸收的热量。(4分)
(2)气泡到达湖面后，由于太阳的照射，在温度上升的过程中又对外界做了0.1 J的功，同时吸收了0.3 J的热量，则此过程中，气泡内气体内能增加了多少？(6分)
解析：(1)气体温度不变，内能不变，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W，则Q＝ΔU－W＝0－(－0.6 J)＝0.6 J。
(2)由热力学第一定律得ΔU＝Q＋W＝0.3 J＋(－0.1 J)＝0.2 J，内能增加0.2 J。
答案：(1)0.6 J　(2)0.2 J1．(多选)下列哪些现象的逆过程并不违反能量守恒定律，却从未能自发地发生(　　)
A．传热　　　　　　　　 B．气体膨胀
C．分子扩散 D．摩擦生热
解析：选ACD。传热、分子扩散和摩擦生热的逆过程并不违反能量守恒定律，但逆过程不能自发地发生；气体自由膨胀的过程是不可逆过程，但如果气体是在外界作用下的膨胀，则是可逆过程。
2．下列说法正确的是(　　)
A．一切形式的能量间的相互转化都具有方向性
B．热量不可能从低温物体传给高温物体
C．气体的扩散过程具有方向性
D．一切形式的能量间的相互转化都不具有可逆性
解析：选C。热力学第二定律反映了所有与热现象有关的宏观过程都具有方向性，A、D错误；热量不是不能从低温物体传给高温物体，而是从低温物体传给高温物体时会产生其他影响，B错误；气体扩散过程具有方向性，C正确。
3．(2025·河北廊坊市部分高中期末)下列有关热学现象的说法正确的是(　　)
A．双手互相摩擦发热的现象是用传热的方法来改变物体内能的
B．在散热的条件下被压缩的气体内能一定增加
C．第二类永动机不违反热力学第二定律，只违反热力学第一定律
D．宏观与热现象有关的自发的物理过程都是不可逆的
解析：选D。双手互相摩擦发热的现象是用做功的方法来改变物体内能的，A错误；由热力学第一定律ΔU＝W＋Q知，在散热的条件下，被压缩的气体内能不一定增加，B错误；第二类永动机不违反热力学第一定律，只违反热力学第二定律，C错误；宏观与热现象有关的自发的物理过程都是不可逆的，D正确。
4．下列关于热力学定律的说法正确的是(　　)
A．热力学第一定律与热力学第二定律的实质是一样的
B．不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功
C．我们要节约能源的根本原因是能量在数量上减少了
D．即使没有摩擦、不必要的散热损失，热机也不可能把燃料产生的内能全部转化为机械能
解析：选D。热力学第一定律反映了物体的内能变化与做功和热传递的关系，而热力学第二定律则反映了热现象的宏观方向性，A错误；在外界的影响下，可以从单一热库吸收热量，使之完全变成功，B错误；我们要节约能源的根本原因是可利用能源的数量在不断减少，但能量的总量是不变的，C错误；根据热力学第二定律，即使没有摩擦、不必要的散热损失，热机也不可能把燃料产生的内能全部转化为机械能，也就是说，热机的效率不可能达到百分之百，D正确。
5．(多选)下列现象能够发生，并且不违背热力学第二定律的是(　　)
A．一杯热茶在打开杯盖后，茶会自动变得更热
B．蒸汽机把蒸汽的内能全部转化为机械能
C．桶中浑浊的泥水在静置一段时间后，泥沙下沉，上面的水变清，泥、水自动分离
D．空调机在制冷过程中，从室内吸收的热量少于向室外放出的热量
解析：选CD。一杯热茶在打开杯盖后，茶会自动变得更热，这违背了热力学第二定律，不能发生，A错误；根据热力学第二定律，蒸汽机不可能把蒸汽的内能全部转化为机械能，B错误；C选项中说的不是热现象，不违背热力学第二定律，C正确；空调机在制冷过程中消耗了电能，所以不违背热力学第二定律，则从室内吸收的热量少于向室外放出的热量，能发生，故D正确。
6．(多选)我们绝不会看到：一个放在水平地面上的物体，靠降低温度，可以把内能自发地转化为动能，使这个物体运动起来。对其原因，下列说法不正确的是(　　)
A．这违背了能量守恒定律
B．在任何条件下内能都不可能转化为机械能，机械能会转化为内能
C．机械能和内能的转化过程具有方向性，内能转化成机械能是有条件的
D．机械能可全部转化为内能，而内能不能全部转化为机械能，同时不引起其他变化
解析：选AB。机械能和内能可以相互转化，但必须通过做功来实现，由热力学第二定律可知，内能不可能全部转化成机械能，同时不引起其他变化；该过程并不违背能量守恒定律，但是违背了热力学第二定律，故A、B错误，C、D正确。
7.(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。
8．(多选)对于有序和无序，下列说法正确的是(　　)
A．有序与无序是相对的
B．对任何一件事物，如果规定得越多，限制得越多，它的无序性就越大
C．有序与无序是绝对的
D．对任何一件事物，如果规定得越多，限制得越多，它的无序性就越小
解析：选AD。有序和无序是相对的，故A正确，C错误；对任何一件事物，如果规定得越多，限制得越多，它的无序性就越小，故B错误，D正确。
9．(多选)如图，用绝热材料制成的密闭容器被隔板K分成Ⅰ、Ⅱ两部分，一定量的某理想气体处于Ⅰ中，Ⅱ内为真空。抽取隔板K，气体进入Ⅱ中，最终整个容器均匀地分布了这种气体，则此过程该气体系统(　　)
A．对外做功，体积膨胀
B．对外不做功，最终压强减小
C．内能减少，最终温度降低
D．无序度变大
解析：选BD。绝热容器内的气体与外界没有热交换，则Q＝0，气体向真空扩散，没有对外界做功，则W＝0，根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知，气体的内能不变，温度不变，气体体积变大，气体无序度变大，根据理想气体状态方程＝k可知压强减小，故A、C错误，B、D正确。
10．下列说法正确的是(　　)
A．在人的学习过程中，随着知识的逐渐积累，认知系统总熵值减小
B．在人的学习过程中，随着知识的逐渐积累，认知系统总熵值增加
C．因为能量守恒，所以无需节约能源
D．热机中的内能可以全部用来做功
解析：选A。孤立系统的一切自发过程均向着其微观状态更无序的方向发展，微观状态越混乱，则该系统的熵值越大，反之越小，在人的学习过程中，知识逐渐积累，这是一个由无序到有序的过程，故总熵值减小，故A正确，B错误；能量守恒，但能量的转化具有方向性，能量的品质降低，仍需节约能源，故C错误；热机的效率不可能达到100%，所以热机中的内能不可以全部用来做功，故D错误。
11．地球上有大量的海水，若使海水温度降低0.1 ℃就能释放出5.8×1023 J的热量。有人设想用一热机将海水放出的热量完全转化为机械能，但这种使内能转化成机械能的机器是不能实现的，其原因是(　　)
A．内能不能转化成机械能
B．内能转化成机械能不满足能量守恒定律
C．只从单一热源吸收热量并完全转化成机械能而不引起其他变化的机器不满足能量转化和转移的方向性
D．上述三种原因都不正确
解析：选C。由热力学第二定律可知，内能能够转化成机械能，只不过需要外界的影响，故A错误；能量守恒定律普遍成立，内能转化成机械能仍然满足能量守恒定律，故B错误；由热力学第二定律可知，只从单一热源吸收热量并完全转化成机械能而不引起其他变化的机器不满足能量转化和转移的方向性，故C正确；结合上述，选项所设计的三种情景中，第三种是正确的，故D错误。
12.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，故分子平均动能减小，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。
13．(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。现将水平外力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，所以气缸内的气体发生等温膨胀，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。
14.(多选)如图是架在屋顶的太阳能热水器。已知单位时间内太阳垂直射到地面附近单位面积的能量E0＝7×103 J/(m2·s)。一台热水器的聚热面积为2 m2，若每天相当于太阳直射热水器4 h，太阳能的20% 可转化为水的内能，则下列说法正确的是(　　)
A．只有20%的太阳能可转化为水的内能，说明能量不守恒
B．太阳能可转化为水的内能，但水的内能不可转化为太阳能，说明能量转化具有方向性
C．这台热水器一天内最多能利用的太阳能为4.032×107 J
D．这台热水器一天内最多能利用的太阳能为5.6×104 J
解析：选BC。只有20%的太阳能可转化为水的内能，其余能量被耗散到空气中，能量是守恒的，故A错误；太阳能可转化为水的内能，但水的内能不可转化为太阳能，说明能量转化具有方向性，故B正确；根据题意，这台热水器一天内最多能利用的太阳能E＝E0×S×t×20%＝4.032×107 J，故C正确，D错误。
15．如图所示为电冰箱的工作原理示意图，压缩机工作时，强迫制冷剂在电冰箱内外的管道中不断循环。在蒸发器中制冷剂气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.热量可以自发地从电冰箱内传到冰箱外
B．在封闭的房间里打开电冰箱一段时间后，房间温度会降低
C．电冰箱的工作原理不违反热力学第一定律
D．电冰箱的工作原理违反热力学第二定律
解析：选C。由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，除非有外界的影响或帮助，电冰箱把热量从低温的内部传到高温的外部，需要压缩机的帮助并消耗电能，故A错误；电冰箱工作时消耗电能，房间的总热量会增加，房间温度会升高，故B错误；电冰箱的工作原理不违反热力学第一定律和第二定律，故C正确，D错误。(共45张PPT)
第3节　热力学第二定律
第4节　熵——系统无序程度的量度
学习目标
1．通过自然界中宏观过程的方向性，了解热力学第二定律。　2.了解热力学第二定律的两种不同表述，以及两种表述的物理实质。　3.了解什么是第二类永动机，知道它不能制成的原因。　4.知道有序和无序的概念。　5.了解热力学第二定律的微观意义，了解熵的概念及用熵的概念表示的热力学第二定律。
6．认识能源和环境与人类生存的关系，知道可持续发展的重大意义，增强保护环境的意识。
课前知识梳理
PART
01
第一部分
一、可逆过程与不可逆过程
1．一个系统由某一状态出发，经过某一过程到达另一状态，如果存在另一过程，它能使系统和外界完全复原，即系统回到原来的状态，同时消除原来过程对外界的一切影响，则原来的过程称为____________；如果用任何方法都不能使系统和外界完全复原，则原来的过程称为_______________。
2．热传递是不可逆过程，具有_________。
3．功热转化这一热现象是不可逆的，具有_________。
4．凡是与热现象有关的宏观过程都具有_________。
可逆过程
不可逆过程
方向性
方向性
方向性
二、热力学第二定律及第二类永动机
1．热力学第二定律的克劳修斯表述：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。
2．热机
(1)热机工作的两个阶段：第一个阶段是燃烧燃料，把燃料中的化学能变成工作物质的______。第二个阶段是工作物质对外______，把自己的内能变成_________。
内能
做功
机械能
功
热量
3．热力学第二定律的开尔文表述：不可能从单一热源吸取热量，使之完全用来做功而不引起其他变化。
4．第二类永动机
(1)第二类永动机：从单一热源吸取热量并使之完全转化为功而不引起其他变化的机器。
(2)第二类永动机虽然不违背热力学第一定律，但违背了热力学第二定律，也是不可能实现的。
三、有序与无序
1．有序：人们将生活中______某种规则的现象称为有序。
2．无序：人们将生活中_________某种规则的现象称为无序。
3．热力学第二定律的微观本质：与热现象有关的自然发生的宏观过程总是沿着大量分子热运动无序程度______的方向进行。
符合
不符合
增大
四、熵和熵增加原理
1．熵：物理学中用熵来量度系统的无序程度。
2．熵增加原理：在孤立系统中的宏观过程必然朝着熵______的方向进行。
五、熵与能量退降
在熵增加的同时，一切不可逆过程总是使得能量从可利用状态转化为不可利用状态，能量品质退化了，这种现象称为能量退降。
增加
判断下列说法是否正确。
(1)机械能可以完全转化为内能，而内能不可能完全转化为机械能。(　　)
(2)一个系统中个体排列的“有序”和“无序”是绝对的。(　　)
(3)一个宏观状态所对应的微观状态数目越多，则熵越大。(　　)
(4)孤立系统的总熵可能增大，也可能减小。(　　)
(5)能源是有限的，特别是常规能源，如煤、石油、天然气等。(　　)
(6)大量消耗常规能源会使环境恶化，故提倡开发利用新能源。(　　)
×　
√
×　
×　
√
√
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)热传递具有方向性
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，因摩擦而逐渐停下来，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的情况。
(4)气体向真空中的膨胀具有方向性
气体可自发地向真空容器中膨胀，但绝不可能出现气体自发地从容器中流出，使容器内变为真空的情况。
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
工作物质从热库吸收热量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。
根据能量守恒有Q1＝W＋Q2。
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(或只有一个热库，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和应用
　 　(多选)关于热力学第二定律，下列说法正确的是(　　)
A．功转变为热的实际宏观过程是不可逆的
B．一切不违背能量守恒定律的物理过程都是可以实现的
C．由热力学第二定律可以判断物理过程能否自发进行
D．一切物理过程都不可能自发地进行
√
√
[解析]　热力学第二定律是反映宏观自然过程的方向性的定律，功转变为热的实际宏观过程是不可逆的，由热力学第二定律可以判断物理过程能否自发进行，A、C正确，D错误；
由热力学第二定律可知，并不是所有符合能量守恒定律的宏观过程都能实现，B错误。
　 　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，如果没有外力对活塞做功，此过程不可能发生。
√
角度3　第二类永动机
　 　关于对永动机的认识，下列说法正确的是(　　)
A．随着科技的不断发展，永动机是可以制成的
B．永动机指的是在摩擦力趋于零的条件下一直运动的机器，它不需要对外做功
C．两类永动机的实质和工作原理是相同的，都是人们的美好设想，是永远不会实现的
D．虽然第二类永动机不违反能量守恒定律，但仍不可制成
[解析]　第一类永动机违反了能量的转化与守恒，不可能实现，故A错误；
永动机需要对外做功，故B错误；
两类永动机的实质和工作原理是不相同的，故C错误；
第二类永动机不违反能量守恒定律，但违反了热力学第二定律，仍不可制成，D正确。
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，相反地，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
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。
√
　 　涉及热现象的过程中不可避免地出现能量耗散的现象。所谓能量耗散是指在能量转化的过程中无法把散失的能量重新收集、加以利用。下列关于能量耗散的说法正确的是(　　)
A．能量耗散不是自主发生的
B．能量耗散不符合热力学第二定律
C．能量耗散过程中能量不守恒
D．能量耗散是从能量转化的角度，反映出自然界中的宏观过程具有方向性
[解析]　能量耗散是指能量在转化和转移的过程中扩散到周围环境中无法再收集起来，其满足能量守恒定律，也符合热力学第二定律，能量在数量上并未减少，但在可利用的品质上降低了；能量耗散反映了涉及热运动的宏观过程都具有方向性，是自主发生的，所以A、B、C错误，D正确。
　 　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)(多选)下列关于热力学第二定律的说法正确的是(　　)
A．所有符合能量守恒定律的宏观过程都能发生
B．一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的
C．机械能可以全部转化为内能，在不产生其他影响的情况下，内能无法全部用来做功而转化成机械能
D．气体向真空的自由膨胀是可逆的
√
√
解析：符合能量守恒定律，但违背热力学第二定律的宏观过程不能发生，A错误；
一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的，B正确；
根据热力学第二定律，机械能可以全部转化为内能，但在不产生其他影响的情况下，内能无法全部用来做功而转化成机械能，C正确；
气体向真空的自由膨胀是不可逆的，D错误。
2．(热力学第二定律)根据能量转化与转移的方向性，下列判断不正确的是(　　)
A．电流的电能可以全部转变为内能
B．在火力发电中，燃气的内能不可能全部转变为电能
C．在热机中，燃气的内能不可能全部转化为机械能
D．在传热中，热量不可能自发地从高温物体传向低温物体
√
解析：电流通过电路时，电能可以全部转变为内能，故A正确；
根据热力学第二定律可知，在火力发电机中，燃气的内能不可能全部变为电能，故B正确；
根据能量转化的方向性知，燃气的内能不可能全部转化为机械能，故C正确；
根据热力学第二定律知，热量不可能自发地从低温物体传递给高温物体，但热量可以自发地从高温物体传向低温物体，故D错误。
3．(熵和熵增加原理)(多选)从微观角度看，下列说法正确的是(　　)
A．气体向真空的自由膨胀是可逆的
B．一个非孤立的系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展
C．一个宏观状态所对应的微观状态越多，越是无序，熵值越大
D．出现概率越大的宏观状态，熵值越大
√
√
解析：一切自然过程总是沿着分子热运动无序性增大的方向进行。熵是用来描述系统大量分子运动无序性程度的。在任何自然过程中，一个孤立的系统的总熵不会减小，也就是说，一个孤立的系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展。反映了一个孤立的系统的自然过程会沿着分子热运动的无序性增大的方向进行。对于一个非孤立的系统，在与外界有能量交换时其熵也有可能变小，故A、B错误，C、D正确。
√
4．(能源和能量转化)(多选)下列关于能量转化或转移过程的说法不正确的是(　　)
A．所有能量守恒的过程都能自发地发生
B．摩擦生热的过程是不可逆过程
C．水能、风能、太阳能为可再生能源
D．能的转化过程符合能量守恒定律，因此不会发生能源危机
√
解析：并非所有能量守恒的过程都能自发地进行，如在没有引起其他变化的情况下，热量不能自发地从低温物体向高温物体传递，故A错误；
根据热力学第二定律，机械能向内能转化具有方向性，可知摩擦生热的过程是不可逆过程，故B正确；
水能、风能、太阳能为可再生能源，故C正确；
能的转化过程符合能量守恒定律，虽然总能量不变，但是可利用的能源越来越少，可能会发生能源危机，故D错误。(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：
(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，即既有做功又有热传递的过程，其中ΔU表示内能的改变量，W表示做的功，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)外界对系统热传递，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下物体的内能不变，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　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2　热力学第一定律的应用
　 　(2025·北京通州区期末)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。
　 　(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
√
　 　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。
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)。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，所以上述能量转化过程中的能量均应是守恒的，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
　 　(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　能量守恒定律和第一类永动机
　 　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　 　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。
随堂巩固落实
PART
02
第二部分
1．(热力学第一定律)如图所示，现用活塞压缩封闭在气缸里的空气，对空气做了90 J的功，同时空气向外散热21 J。关于气缸里空气的内能变化情况，下列说法正确的是(　　)
A．增加90 J　　　　　
B．增加69 J
C．减少111 J
D．减少21 J
解析：根据题意，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W可得，气缸里空气的内能变化量ΔU＝－21 J＋90 J＝69 J，即气缸里空气的内能增加了69 J。
√
2．(热力学第一定律)(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。
√
3．(热力学第一定律)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．(能量守恒定律)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，在无外力作用的情况下，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。(共26张PPT)
课后达标检测
√
1．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。
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．(多选)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，同时抽取加油枪周围体积为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。
√
4．下列说法错误的是(　　)
A．能量守恒定律只适用于物体内能的变化
B．只要有能的转化和转移，就一定遵从能量守恒定律
C．能量守恒定律是人们认识自然和利用自然的有力武器
D．任何一种形式的能在转化为其他形式的能的过程中，消耗多少某种形式的能量，就能得到多少其他形式的能量，且能的总量保持不变
解析：各种形式的能都可以相互转化，并不是只适用于物体内能的变化，且只要有能的转化和转移，就一定遵从能量守恒定律，A错误，符合题意，B、C、D正确，不符合题意。
√
5．(多选)航天服是保障航天员的生命活动和正常工作的个人密闭装备。航天员穿着航天服，从地面到达太空时内部气体将急剧膨胀。若航天服内气体的温度不变，视为理想气体并将航天服视为封闭系统，则关于航天服内的气体，下列说法正确的是(　　)
A.体积增大，内能减小
B．压强减小，内能不变
C．对外界做功，吸收热量
D．压强减小，分子平均动能增大
√
解析：由于航天服内气体视为理想气体，温度决定内能，温度不变，内能不变，温度是分子热运动平均动能的标志，故分子平均动能也不变。由于航天服内气体体积增大，气体对外界做功，温度不变，可知W<0，ΔU＝0，根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知Q>0，所以航天服内气体将吸收热量，又由等温变化有p1V1＝p2V2，可知体积变大，则压强减小。
√
6．一定质量的理想气体吸热膨胀，保持压强不变，它的内能增加，那么(　　)
A．它吸收的热量等于内能的增量
B．它吸收的热量小于内能的增量
C．它吸收的热量大于内能的增量
D．它吸收的热量可以大于内能的增量，也可以小于内能的增量
√
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.(多选)(2025·天津河东区期末)当篮球气不足时常用打气筒和气针给篮球充气，把气针安装在打气筒的气嘴上，把气针慢慢地插入篮球气孔，然后压缩打气筒将空气压入篮球内，如图所示。设某次缓慢压缩打气筒的充气过程中，篮球的体积不变，气体温度不变，打气筒内的气体全部压入篮球内，没有向外界漏气，气体可视为理想气体。对于此次充气前打气筒内的气体和篮球内原来的气体，下列说法正确的是(　　)
A．此过程中气体的内能增大
B．此过程中气体向外界放出热量
C．此过程中每个气体分子的动能均不变
D．此过程中气体分子单位时间内与器壁单位面积碰撞的次数增多
√
解析：在一次缓慢充气过程中，打气筒内的气体全部压入篮球内，无漏气，气体可视为理想气体，气体温度不变，因此此过程中气体的内能不变，故A错误；
充气前，气体在篮球和气筒中，充气后，气体只在篮球中，由于篮球的体积不变，因此气体的体积变小，此过程中外界对气体做正功，W＞0，气体的温度不变，则ΔU＝0，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可得Q＜0，即此过程中气体向外界释放热量，故B正确；
温度是分子平均动能的标志，温度不变，则分子的平均动能不变，但不是每个分子的动能都不变，故C错误；
压缩过程中气体温度不变，即分子热运动平均速率不变，根据玻意耳定律可知气体的压强增大，则气体分子单位时间内与器壁单位面积碰撞的次数增加，故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：缓慢推倒气缸，气缸内气体压强减小，而环境温度不变，则气体体积增大，该过程气体对外做功，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，直立容器内部有被隔板隔开的A、B两部分气体，A的密度小，B的密度大，抽去隔板，加热气体使两部分气体均匀混合，设在此过程中气体吸热为Q，气体的内能增加量为ΔU，则(　　)
A．ΔU＝Q
B．ΔUC．ΔU>Q
D．无法确定
解析：A、B两部分气体开始的合重心在中线以下，混合均匀后，合重心在中线上，所以系统的重力势能增大，根据能量守恒定律可得，吸收的热量应等于增加的重力势能与增加的内能之和，即Q＝ΔEp＋ΔU，显然Q>ΔU。
√
12．(多选)如图，用隔板将一绝热气缸分成两部分，隔板左侧充有理想气体，隔板右侧与绝热活塞之间是真空。现将隔板抽开，气体会自发扩散至整个气缸。待气体达到稳定后，缓慢推压活塞，将气体压回到原来的体积。假设整个系统不漏气。下列说法正确的是(　　)
A．气体自发扩散前后内能相同
B．气体在被压缩的过程中内能增大
C．在自发扩散过程中，气体对外界做功
D．气体在被压缩的过程中，气体分子的平均动能不变
√
解析：抽开隔板，气体自发扩散的过程中，气体对外界不做功，与外界没有热交换，因此气体的内能不变，A正确，C错误；
由于气体与外界没有热交换，根据热力学第一定律可知，气体在被压缩的过程中外界对气体做功，内能增大，因此气体的温度升高，内能增大，气体分子的平均动能增大，B正确，D错误。
13．(10分)若将气泡内的气体视为理想气体，气泡从湖底缓慢上升到湖面的过程中，对外界做了0.6 J的功。(设不同深度湖水的温度相同且保持不变)
(1)求气泡上升过程中吸收的热量。(4分)
解析：气体温度不变，内能不变，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W，则Q＝ΔU－W＝0－(－0.6 J)＝0.6 J。
答案：0.6 J　
(2)气泡到达湖面后，由于太阳的照射，在温度上升的过程中又对外界做了0.1 J的功，同时吸收了0.3 J的热量，则此过程中，气泡内气体内能增加了多少？(6分)
解析：由热力学第一定律得ΔU＝Q＋W＝0.3 J＋(－0.1 J)＝0.2 J，内能增加0.2 J。
答案：0.2 J第1节　热力学第一定律
第2节　能量的转化与守恒
1．知道热力学第一定律，会利用热力学第一定律进行分析和计算。　2.了解热力学第一定律的发现过程。　3.知道第一类永动机及其不可能制成的原因。　4.理解能量守恒定律，能用能量守恒的观点解释自然现象。　5.体会能量守恒定律是最基本最普遍的自然规律之一。
一、功、热量与内能
1．功和内能的关系：如果一个物体既不吸热也不放热，当外界对它做功时，物体内能增加，且增加量等于外界做的功；当物体对外界做功时，物体内能减少，且减少量等于物体做的功。
2．热和内能的关系：如果一个物体既不对外界做功，外界也不对它做功，那么当物体从外界吸热时，物体内能增加，其增加量等于吸收的热量；当物体向外放热时，物体内能减少，其减少量等于放出的热量。
3．热力学第一定律：如果物体与外界之间同时存在做功和热传递的过程，那么物体内能的改变量ΔU等于外界对物体所做的功W与物体从外界吸收的热量Q之和，ΔU＝W＋Q。
二、第一类永动机
1．第一类永动机：历史上，有人幻想设计一种不消耗任何能量而能永远对外做功的机器，这类机器通常称为第一类永动机。
2．第一类永动机是不可能实现的。
三、能量守恒定律的发现
1．迈尔的发现：从理论上具体论证了机械能、内能、化学能、电磁能可以相互转化，提出了物理、化学过程中能量守恒的思想。
2．焦耳的研究：通过实验得出了焦耳定律，给出了电能向内能转化的定量关系，为发现普遍的能量守恒定律打下基础。
3．亥姆霍兹的贡献：系统地阐述了能量守恒原理，从理论上把力学中的能量守恒原理推广到热、光、电、磁、化学反应等过程，揭示了它们之间的统一性，将能量守恒原理与永动机不可能实现联系起来。
四、能量守恒定律及其应用
1．能量守恒定律
能量既不会消失，也不会创生，它只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到其他物体，而能量的总值保持不变。
2．能量守恒定律的意义
(1)各种形式的能可以转化。
(2)各种物理现象可以用能量守恒定律联系在一起。
(3)热力学第一定律就是能量守恒定律在热现象领域内的具体体现。
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，因为它违背了能的转化和守恒定律。(　　)
提示：(1)√　(2)×　(3)√　(4)√　(5)√
第1课时　功、热量与内能
知识点一　做功与内能的变化
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。焦耳的这两个实验各是什么形式的能转化为系统的内能？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，达到乙醚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．题图1中，物体下落，减少的重力势能转化为水的内能；题图2中，重物带动发电机工作，将机械能转化为电能，发电机工作，将电能转化为液体的内能。做功和热传递对改变物体的内能是等效的。
1．内能与内能变化
(1)物体的内能是指物体内所有分子热运动的动能和分子势能之和。
(2)当物体温度变化时，分子平均动能变化；物体体积变化时，分子势能发生变化，即物体的内能是由它的状态决定的，且物体的内能变化只由初、末状态决定，与中间过程及方式无关。
2．做功与内能变化的关系
(1)做功改变物体内能的过程是其他形式的能(如机械能)转化为内能的过程。
(2)在绝热过程中，外界对物体做多少功，就有多少其他形式的能转化为内能，物体的内能就增加多少。
3．功和内能的区别
(1)功是过程量，内能是状态量。
(2)在绝热过程中，做功一定能引起内能的变化。
(3)物体的内能大，并不意味着做功多。在绝热过程中，只有内能变化较大时，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。当达到乙醚的着火点时，筒内棉花就会燃烧起来。
[答案]　A
　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，则Q＝0，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
知识点二　做功、热量和内能
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。
(1)锥形瓶内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的过程，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)在单纯的热传递中，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)在单纯的热传递中，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．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
　下列生活实例中通过热传递改变物体内能的是(　　)
A．野外生存中利用钻木取火
B．暖手宝可以使手变得暖和
C．搓搓手可以让手变得暖和
D．铁钉被锤子敲打后会升温
[解析]　野外生存中利用钻木取火是做功改变内能，A错误；暖手宝可以使手变得暖和是热传递改变内能，B正确；搓搓手可以让手变得暖和是做功改变内能，C错误；铁钉被锤子敲打后会升温是做功改变内能，D错误。
[答案]　B
　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，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
　对于热量、功和内能三个物理量，下列说法正确的是(　　)
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]　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量多少，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，故B错误；做功与热传递是改变内能的两种方式，都可以作为内能变化的量度，而不是作为内能的量度，故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。
[答案]　A
角度3　做功、热传递和内能变化的关系
　(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。
[答案]　AD
　(2025·河北卷，T2)某同学将一充气皮球遗忘在操场上，找到时发现因太阳曝晒皮球温度升高，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，只是“平均”情况，故D错误。
[答案]　A
eq \o(\s\up7(),\s\do5(　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　))
1．(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。做功的实质是能量转化的过程，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。
2．(做功与内能的变化)(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：选BC。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。
3．(热传递与内能的变化)下列情况中通过热传递改变物体内能的是(　　)
A．在火炉上烧开一壶水
B．柴油机的压缩冲程
C．用锯子锯木头，锯条会发热
D．用砂轮磨刀，刀具会变热
解析：选A。在火炉上烧开一壶水，火的内能传递给水，属于热传递改变物体的内能，故A正确；柴油机的压缩冲程，是做功改变气缸内气体的内能，故B错误；锯木头时摩擦生热，锯条发烫，属于做功改变物体的内能，故C错误；用砂轮磨刀，刀具会变热，属于摩擦生热，将机械能转化为内能，是通过做功的方式使刀具的内能增加，故D错误。
4．(做功、热量和内能)(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，一段时间后，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，内能增大，放出热量，内能减小，所以热传递可以改变物体的内能，故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。(共43张PPT)
第3章　热力学定律
第1节　热力学第一定律
第2节　能量的转化与守恒
第1课时　功、热量与内能
学习目标
1．知道热力学第一定律，会利用热力学第一定律进行分析和计算。　2.了解热力学第一定律的发现过程。　3.知道第一类永动机及其不可能制成的原因。　4.理解能量守恒定律，能用能量守恒的观点解释自然现象。　5.体会能量守恒定律是最基本最普遍的自然规律之一。
课前知识梳理
PART
01
第一部分
一、功、热量与内能
1．功和内能的关系：如果一个物体既不吸热也不放热，当外界对它做功时，物体内能______，且增加量等于外界做的功；当物体对外界做功时，物体内能______，且减少量等于物体做的功。
2．热和内能的关系：如果一个物体既不对外界做功，外界也不对它做功，那么当物体从外界______时，物体内能增加，其增加量等于吸收的热量；当物体向外______时，物体内能减少，其减少量等于放出的热量。
增加
减少
吸热
放热
3．热力学第一定律：如果物体与外界之间同时存在做功和热传递的过程，那么物体内能的改变量ΔU等于外界对物体所做的功W与物体从外界吸收的热量Q之和，____________。
ΔU＝W＋Q
二、第一类永动机
1．第一类永动机：历史上，有人幻想设计一种不消耗任何______而能永远对外做功的机器，这类机器通常称为第一类永动机。
2．第一类永动机是不可能实现的。
能量
三、能量守恒定律的发现
1．迈尔的发现：从理论上具体论证了机械能、内能、化学能、电磁能可以相互转化，提出了物理、化学过程中____________的思想。
2．焦耳的研究：通过实验得出了____________，给出了电能向内能转化的定量关系，为发现普遍的能量守恒定律打下基础。
3．亥姆霍兹的贡献：系统地阐述了能量守恒原理，从理论上把力学中的能量守恒原理推广到热、光、电、磁、化学反应等过程，揭示了它们之间的统一性，将能量守恒原理与永动机不可能实现联系起来。
能量守恒
焦耳定律
四、能量守恒定律及其应用
1．能量守恒定律
能量既不会消失，也不会创生，它只能从一种形式______为其他形式，或者从一个物体______到其他物体，而能量的总值____________。
2．能量守恒定律的意义
(1)各种形式的能可以______。
(2)各种物理现象可以用能量守恒定律联系在一起。
(3)热力学第一定律就是_______________在热现象领域内的具体体现。
转化
转移
保持不变
转化
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，因为它违背了能的转化和守恒定律。(　　)
√
×　
√
√
√
课堂深度探究
PART
02
第二部分
知识点一　做功与内能的变化
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，达到乙醚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。焦耳的这两个实验各是什么形式的能转化为系统的内能？说明了什么问题？
[提示]　题图1中，物体下落，减少的重力势能转化为水的内能；题图2中，重物带动发电机工作，将机械能转化为电能，发电机工作，将电能转化为液体的内能。做功和热传递对改变物体的内能是等效的。
1．内能与内能变化
(1)物体的内能是指物体内所有分子热运动的动能和分子势能之和。
(2)当物体温度变化时，分子平均动能变化；物体体积变化时，分子势能发生变化，即物体的内能是由它的状态决定的，且物体的内能变化只由初、末状态决定，与中间过程及方式无关。
2．做功与内能变化的关系
(1)做功改变物体内能的过程是其他形式的能(如机械能)转化为内能的过程。
(2)在绝热过程中，外界对物体做多少功，就有多少其他形式的能转化为内能，物体的内能就增加多少。
3．功和内能的区别
(1)功是过程量，内能是状态量。
(2)在绝热过程中，做功一定能引起内能的变化。
(3)物体的内能大，并不意味着做功多。在绝热过程中，只有内能变化较大时，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。当达到乙醚的着火点时，筒内棉花就会燃烧起来。
√
　 　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
知识点二　做功、热量和内能
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。
(1)锥形瓶内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的过程，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)在单纯的热传递中，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)在单纯的热传递中，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．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
　 　下列生活实例中通过热传递改变物体内能的是(　　)
A．野外生存中利用钻木取火
B．暖手宝可以使手变得暖和
C．搓搓手可以让手变得暖和
D．铁钉被锤子敲打后会升温
√
[解析]　野外生存中利用钻木取火是做功改变内能，A错误；
暖手宝可以使手变得暖和是热传递改变内能，B正确；
搓搓手可以让手变得暖和是做功改变内能，C错误；
铁钉被锤子敲打后会升温是做功改变内能，D错误。
　 　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，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
　 　对于热量、功和内能三个物理量，下列说法正确的是(　　)
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]　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量多少，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，故B错误；
做功与热传递是改变内能的两种方式，都可以作为内能变化的量度，而不是作为内能的量度，故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。
√
角度3　做功、热传递和内能变化的关系
　 　(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。
　 　(2025·河北卷，T2)某同学将一充气皮球遗忘在操场上，找到时发现因太阳曝晒皮球温度升高，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，只是“平均”情况，故D错误。
随堂巩固落实
PART
03
第三部分
1．(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。做功的实质是能量转化的过程，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。
2．(做功与内能的变化)(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。
3．(热传递与内能的变化)下列情况中通过热传递改变物体内能的是(　　)
A．在火炉上烧开一壶水
B．柴油机的压缩冲程
C．用锯子锯木头，锯条会发热
D．用砂轮磨刀，刀具会变热
√
解析：在火炉上烧开一壶水，火的内能传递给水，属于热传递改变物体的内能，故A正确；
柴油机的压缩冲程，是做功改变气缸内气体的内能，故B错误；
锯木头时摩擦生热，锯条发烫，属于做功改变物体的内能，故C错误；
用砂轮磨刀，刀具会变热，属于摩擦生热，将机械能转化为内能，是通过做功的方式使刀具的内能增加，故D错误。
4．(做功、热量和内能)(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，一段时间后，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，内能增大，放出热量，内能减小，所以热传递可以改变物体的内能，故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。

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