資源簡介

第三章　熱力學定律
1　熱力學第一定律
2　能量守恒定律
(分值：100分)
1~7題每題7分，共49分
考點一　熱力學第一定律
1.關于內能的變化，以下說法正確的是(　　　　)
A.物體吸收熱量，內能一定增大
B.物體對外做功，內能一定減少
C.物體吸收熱量，同時對外做功，內能可能不變
D.物體放出熱量，同時對外做功，內能可能不變
2.(多選)物體的內能增加了20 J，則下列說法正確的是(　　　　)
A.一定是外界對物體做了20 J的功
B.一定是物體吸收了20 J的熱量
C.可能是外界對物體做了20 J的功，也可能是物體吸收了20 J的熱量
D.可能是物體吸收熱量的同時外界對物體做了功，且熱量和功共20 J
3.一定質量的氣體在某一過程中，外界對氣體做了8×104 J的功，氣體的內能減少了1.2×105 J，則下列各式正確的是(　　　　)
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=2×104 J
D.W=-8×104 J，ΔU=-1.2×105 J，Q=-4×104 J
4.(2023·重慶市鳳鳴山中學月考)如圖所示，在玻璃瓶中放入少量水，水面上方有無色的水蒸氣，用中間帶孔、孔中插有玻璃管的橡皮塞蓋緊瓶口，然后往瓶中打氣，當氣壓足夠大時，橡皮塞從瓶口彈出，原來透明的瓶內充滿了白霧，這一實驗現象表明(　　　　)
A.氣體對外界做功，瓶內氣體溫度升高，內能減少
B.外界對氣體做功，瓶內氣體溫度升高，內能增加
C.氣體對外界做功，瓶內氣體溫度降低，內能減少
D.外界對氣體做功，瓶內氣體溫度降低，內能增加
5.(2023·江西省樂平中學高二期末)固定的氣缸內由活塞封閉著一定質量的氣體，在通常的情況下，這些氣體分子之間的相互作用力可以忽略。在外力F作用下，將活塞緩慢地向上拉動，如圖所示。在拉動活塞的過程中，假設氣缸壁的導熱性能良好，環境的溫度保持不變，關于對氣缸內的氣體的下列論述，其中正確的是(　　　　)
A.氣體對活塞做功，氣體的內能減少
B.氣體從外界吸熱，氣體分子的平均動能增大
C.氣體從外界吸熱，氣體壓強不變
D.氣體單位體積的分子數減小，氣體壓強減小
考點二　能量守恒定律　永動機不可能制成
6.“第一類永動機”是不可能制成的，這是因為(　　　　)
A.它不符合機械能守恒定律
B.它違背了能量守恒定律
C.沒有合理的設計方案
D.找不到合適的材料
7.下列說法正確的是(　　　　)
A.條形磁體下落過程中穿過閉合線圈，線圈中產生了感應電流，說明電能是可以被創造的
B.太陽照射到地球上的光能轉化成了其他形式的能量，但照射到宇宙空間的能量都消失了
C.“既要馬兒跑，又讓馬兒不吃草”違背了能量守恒定律，因而是不可能的
D.有種“全自動”手表，不用上發條，也不用任何形式的電源，卻能一直走動，說明能量是可以憑空產生的
8、9題每題9分，10題15分，共33分
8.如圖所示，自熱米飯盒內有一個發熱包，遇水發生化學反應而產生大量熱能，不需要明火，溫度可超過100 ℃，蓋上盒蓋便能在10~15分鐘內迅速加熱食品。自熱米飯盒的蓋子上有一個透氣孔，如果透氣孔堵塞，容易造成小型爆炸(爆炸前可認為飯盒體積不變)。下列有關自熱米飯盒爆炸的說法，正確的是(　　　　)
A.自熱米飯盒爆炸，是盒內氣體溫度升高，氣體分子間斥力急劇增大的結果
B.在自熱米飯盒爆炸的瞬間，盒內氣體內能增加
C.在自熱米飯盒爆炸的瞬間，盒內氣體溫度降低
D.自熱米飯盒爆炸前，盒內氣體溫度升高，標志著每一個氣體分子速率都增大了
9.(2023·廣州市高二期末)用隔板將一絕熱氣缸分成兩部分，隔板左側充有理想氣體，右側與絕熱活塞之間是真空的。現將隔板抽開，氣體會自發擴散至整個氣缸，待氣體達到穩定后，緩慢推壓活塞，將氣體壓回到原來的體積。整個過程不漏氣，則下列說法正確的是(　　　　)
A.氣體被壓縮過程中內能增大
B.氣體自發擴散過程中內能減小
C.氣體自發擴散過程中，氣體分子的平均速率增大
D.氣體被壓縮過程中，溫度升高，所有分子的速率都增大
10.(15分)(2024·廣東省開學考)圖甲中空氣炸鍋是一種新型的烹飪工具，圖乙為某型號空氣炸鍋的簡化模型圖，空氣炸鍋中有一氣密性良好的內膽，內膽內的氣體可視為質量不變的理想氣體，已知膽內初始氣體壓強為p0=1.0×105 Pa，溫度為T0=300 K，現啟動加熱模式使氣體溫度升高到T=450 K，此過程中氣體吸收的熱量為Q=8.0×103 J，內膽中氣體的體積不變，求：
(1)(6分)此時內膽中氣體的壓強p；
(2)(9分)此過程內膽中氣體的內能增加量ΔU。
11.(18分)如圖甲所示為一臺四沖程內燃機，活塞在壓縮沖程某段時間內移動的距離為0.1 m，這段過程活塞對氣體的壓力逐漸增大，其做的功相當于2×103 N的恒力使活塞移動相同距離所做的功(圖乙)。內燃機工作時氣缸溫度高于環境溫度，該過程中壓縮氣體傳遞給氣缸的熱量為25 J。
(1)(9分)求上述壓縮過程中氣體內能的改變量；
(2)(9分)燃燒后的高壓氣體對活塞做功，氣體推動活塞移動0.1 m，其做的功相當于9×103 N的恒力使活塞移動相同距離所做的功(圖丙)，該做功過程氣體傳遞給氣缸的熱量為30 J。求此做功過程氣體內能的改變量。
答案精析
1.C　［根據熱力學第一定律ΔU=W+Q，物體內能的變化與做功及熱傳遞兩個因素均有關。物體吸收熱量，內能不一定增大，因為物體可能同時對外做功，故內能可能不變或減少，A錯誤，C正確；物體對外做功，可能同時吸收熱量，故內能可能不變或增大，B錯誤；物體放出熱量，同時對外做功，內能一定減少，D錯誤。］
2.CD　［根據物體的增加、減少，并不能得出是做功還是熱傳遞導致的，故C、D正確。］
3.B　［因為外界對氣體做功，W取正值，即W=8×104 J；氣體內能減少，ΔU取負值，即ΔU=-1.2×105 J；根據熱力學第一定律ΔU=W+Q，可知Q=ΔU-W=-1.2×105 J-8×104 J=-2×105 J，B選項正確。］
4.C　［白霧是小水滴，它是由水蒸氣液化而形成的，該實驗的原理如下：瓶內的氣體壓強增大到一定程度時，瓶內氣體對橡皮塞做功，將橡皮塞彈出，氣體對外界做功，將一部分內能轉化為橡皮塞的機械能，氣體的內能減少，溫度降低，瓶中的水蒸氣遇冷液化而形成白霧，故C正確，A、B、D錯誤。］
5.D　［由題意知，氣缸內的封閉氣體是理想氣體且溫度不變，故氣體分子的平均動能不變，氣體內能不變，A、B錯誤；氣體體積增大，氣體單位體積的分子減數小，氣體對外界做功，根據熱力學第一定律可知，氣體從外界吸熱，封閉氣體溫度不變，體積增大，壓強減小，C錯誤，D正確。］
6.B　［第一類永動機不可能制成的原因是違背了能量守恒定律。故選B。］
7.C　［條形磁體穿過閉合線圈過程中是機械能轉化成了電能，故A錯誤；太陽照射到宇宙空間的能量沒有消失，故B錯誤；馬兒奔跑時同樣需要消耗能量，故“既要馬兒跑，又讓馬兒不吃草”違背了能量守恒定律，因而是不可能的，故C正確；不用上發條，也不用任何形式的電源，卻能一直走動的“全自動”手表是靠手臂的擺動提供能量的，它不違背能量守恒定律，故D錯誤。］
8.C　［自熱米飯盒爆炸前，盒內氣體體積不變，分子間的平均距離不變，分子間的作用力不變，故A錯誤；爆炸前氣體溫度升高，內能增大，爆炸瞬間氣體對外界做功，根據熱力學第一定律知，其內能減少，溫度下降，故B錯誤，C正確；自熱米飯盒爆炸前，盒內氣體溫度升高，分子平均動能增大，但并不是每一個氣體分子速率都增大，故D錯誤。］
9.A　［根據熱力學第一定律ΔU=Q+W可知，在氣缸絕熱的情況下Q=0而當緩慢推壓活塞，氣體被壓縮的過程中，外界對氣體做功W>0，因此可得ΔU>0，即缸內氣體的內能增大，故A正確；由于隔板右側為真空，當抽去隔板，氣體自發擴散，并不對外做功，而氣缸絕熱，根據熱力學第一定律可知W=0，Q=0，由此可知ΔU=0，即氣體自發擴散過程中缸內氣體內能不變。對于一定量的理想氣體而言，內能不變則溫度不變，氣體分子平均動能不變，氣體分子的平均速率不變，故B、C錯誤；氣體被壓縮過程中，外界對氣體做功，氣缸絕熱，氣體內能增加，溫度升高，因此可知氣體分子的平均速率增大，但并不是所有分子的速率都增大，對于單個分子而言，其速率可能增大也可能減小，故D錯誤。］
10.(1)1.5×105 Pa　(2)8.0×103 J
解析　(1)根據題意可知，氣體體積不變，氣體為等容變化，根據查理定律可得=，解得p=1.5×105 Pa
(2)根據熱力學第一定律有ΔU=W+Q
由于氣體的體積不變，所以W=0
又因Q=8.0×103 J，所以ΔU=8.0×103 J。
11.(1)175 J　(2)-930 J
解析　(1)壓縮過程活塞對氣體做的功
W1=F1l1=2×103×0.1 J=200 J
氣體內能的改變量ΔU1=W1-Q1=200 J-25 J=175 J。
(2)氣體膨脹過程中氣體對外界所做的功
W2=F2l2=9×103×0.1 J=900 J
氣體內能的改變量
ΔU2=-W2-Q2=-900 J-30 J=-930 J。1　熱力學第一定律
2　能量守恒定律
［學習目標］　1.理解熱力學第一定律，并能運用熱力學第一定律分析和解決相關問題(重難點)。2.知道什么是第一類永動機及其不可能制成的原因。3.理解并會運用能量守恒定律解決實際問題。
一、熱力學第一定律
如圖所示，在一個配有活塞的厚壁有機玻璃筒底放入一小團蘸了乙醚的硝化棉，用力迅速壓下活塞，可以觀察到硝化棉燃燒的火苗。為什么筒底的硝化棉會被點燃呢？
1.功和內能
(1)絕熱過程：系統與外界之間沒有　　　　的交換，只是通過外界　　　　的方式與外界交換能量的過程。
(2)熱力學系統的絕熱過程中，系統內能的增加量ΔU等于　　　　　　　，即ΔU=　　　　。
W和ΔU的正負：如果系統對外界做功，這時W取　　　　值，ΔU也為　　　　值，表示內能　　　　。
2.熱和內能
(1)在外界沒有對系統做功的過程中，系統內能的增加量ΔU等于　　　　　　　　　　　　　　　　　，即ΔU=　　　　。
(2)Q和ΔU的正負：如果系統向外界放熱，這時Q取　　　　值，ΔU也為　　　　值，表示內能　　　　。
3.熱力學第一定律
(1)內容：在系統跟外界同時發生做功和熱傳遞的過程中，系統內能的增加量ΔU等于系統從外界吸收的　　　　　　與外界對系統　　　　　　　　之和。
(2)表達式：ΔU=　　　　　　。
(3)應用表達式ΔU=W+Q解題時應注意各量的正負：
①ΔU的正負：當系統內能增加時，ΔU取　　　　值，當系統內能減小時，ΔU取　　　　值。(均選填“正”或“負”)
②W的正負：外界對系統做功時，W取　　　　值；系統對外界做功時，W取　　　　值。(均選填“正”或“負”)
③Q的正負：外界向系統傳遞熱量時，Q取　　　　值；系統向外界傳遞熱量時，Q取　　　　值。(均選填“正”或“負”)
4.第一類永動機不可能制成
(1)第一類永動機：不需要任何動力和燃料，能持續不斷地　　　　　　　　的機器。
(2)第一類永動機由于違背了　　　　　　　　　　　　　　　，所以不可能制成。
給旱區送水的消防車停在水平地面上，如圖所示。在緩慢放水過程中，若車胎不漏氣且胎內氣體溫度不變，不計分子間的勢能，試分析氣體的吸放熱情況。
(1)系統的溫度改變時，其內能必定改變。(　　)
(2)系統從外界吸收熱量，內能一定增大。(　　)
(3)理想氣體的內能只與溫度有關。(　　)
(4)物體內能越大，外界對物體做功越多。(　　)
例1　(1)一定質量的氣體，從外界吸收3.5×105 J的熱量，同時氣體對外界做功2.5×105 J，則氣體的內能是增加還是減少？改變量是多少？
(2)一定質量的氣體，外界對其做功1.6×105 J，內能增加了4.2×105 J，此過程中氣體是吸熱還是放熱？吸收或放出的熱量是多少？
應用熱力學第一定律解題的一般步驟
(1)根據符號法則寫出各已知量(W、Q、ΔU)的正負；
(2)根據ΔU=W+Q列方程求出未知量；
(3)再根據未知量結果的正負來確定吸、放熱情況、做功情況或內能變化情況。
例2　(多選)(2023·威海市高二期末)某汽車機艙蓋的支撐桿由氣缸和活塞組成。打開機艙蓋時，氣缸內密閉氣體膨脹，將機艙蓋頂起。在此過程中，氣缸內氣體可視為理想氣體，忽略缸內氣體與外界的熱交換。對于氣缸內的氣體，下列說法正確的是(　　)
A.壓強減小 B.內能減小
C.分子勢能減小 D.平均動能減小
1.功與內能的區別
(1)功是過程量，內能是狀態量。
(2)物體的內能大，并不意味著外界對它做功多。只有在絕熱過程中，內能變化越大時，相應地做功才越多。
2.判斷是否做功及做功正負的方法
一般情況下外界對物體做功與否，需看物體的體積是否變化。
(1)若物體體積增大，表明物體對外界做功，W<0。
(2)若物體體積減小，表明外界對物體做功，W>0。
例3　如圖所示，內壁光滑的絕熱氣缸固定在水平面上，其右端由于有擋板，厚度不計的絕熱活塞不能離開氣缸，氣缸內封閉著一定質量的理想氣體，活塞距氣缸右端的距離為0.2 m。現對封閉氣體加熱，活塞緩慢移動，一段時間后停止加熱，此時封閉氣體的壓強變為2×105 Pa。已知活塞的橫截面積為0.04 m2，外部大氣壓強為1×105 Pa，加熱過程中封閉氣體吸收的熱量為2 000 J，則封閉氣體的內能變化量為(　　)
A.400 J B.1 200 J
C.2 000 J D.2 800 J
等壓變化過程，用公式W=pΔV計算
等壓變化過程中，氣體壓強不變，氣體對活塞的壓力F=pS，為恒力，由恒力做功的公式W=Fs可得W=pSs=pΔV，即氣體做的功與氣體的壓強p和氣體體積的變化量ΔV有關。
二、能量守恒定律
1.內容：能量既不會憑空　　　　，也不會憑空　　　　，它只能從一種形式　　　　為另一種形式，或者從一個物體　　　　到另一個物體，在轉化或轉移的過程中，能量的總量　　　　。
2.兩種表述
(1)某種形式的能減少，一定有其他形式的能增加，且減少量和增加量一定相等。
(2)某個物體的能量減少，一定存在其他物體的能量增加，且減少量和增加量一定相等。
3.熱力學第一定律與能量守恒定律的比較
(1)能量守恒定律是各種形式的能相互轉化或轉移的過程，總能量保持不變，它包括各個領域，范圍廣泛。
(2)熱力學第一定律是物體內能與其他形式的能之間的相互轉化或轉移，是能量守恒定律在熱現象領域內的具體體現。
(1)能量既可以轉移又可以轉化，故能的總量是可以變化的。(　　)
(2)能量的總量保持不變，所以我們不需要節約能源。(　　)
(3)運動的物體在阻力作用下會停下來，說明機械能憑空消失了。(　　)
(4)第一類永動機不能制成，因為它違背了能量守恒定律。(　　)
例4　(2024·溫州市高二期中)第19屆亞運會于2023年9月23日晚在杭州盛大開幕。此次亞運會開幕式將實體煙花燃放改成電子煙花表演展示，通過數字技術、光學投影等展現煙花綻放場景，傳遞出中國綠色低碳環保且負責任的發展中大國形象。以下說法正確的是(　　)
A.能量在使用過程中總量保持不變，故不需要節約用電，可盡情燃放電子煙花
B.不斷開發新能源，發展新技術，是緩解能源危機、加強環境保護的重要手段
C.電子煙花技術將電能全部轉化為光能和內能，過程中不存在能量耗散
D.相比于傳統煙花，使用電子煙花完全無污染
答案精析
一、
外界對筒內氣體做功，使氣體內能增加，溫度升高，達到硝化棉的燃點后引起硝化棉燃燒。
梳理與總結
1.(1)熱量　做功　(2)外界對系統所做的功W　W　負　負　減少
2.(1)系統從外界所吸收的熱量Q　Q　(2)負　負　減少
3.(1)熱量Q　所做的功W
(2)Q+W　(3)①正　負
②正　負　③正　負
4.(1)對外做功　(2)熱力學第一定律
討論交流
由于車胎內氣體溫度不變，故氣體分子的平均動能不變，內能不變。放水過程中車胎內氣體體積增大，對外做功，由熱力學第一定律可知，車胎內氣體吸熱。
易錯辨析
(1)×　(2)×　(3)√　(4)×
例1　(1)增加　1.0×105 J　(2)吸熱　2.6×105 J
解析　(1)由題意知，Q=3.5×105 J，W=-2.5×105 J，則根據熱力學第一定律有ΔU=Q+W=1.0×105 J
ΔU為正值，說明氣體的內能增加，增加量為1.0×105 J。
(2)由題意知，ΔU=4.2×105 J，W=1.6×105 J，則根據熱力學第一定律有Q=ΔU-W=2.6×105 J
Q為正值，說明此過程中氣體從外界吸熱，吸收的熱量為2.6×105 J。
例2　ABD　［根據熱力學第一定律ΔU=Q+W可知，氣體將機艙蓋頂起，即氣體對外做功，W<0，而忽略缸內氣體與外界的熱交換，則Q=0，因此可知ΔU<0，即氣體的內能減小，而對于一定量的理想氣體而言，內能減小則溫度降低，而溫度又是衡量氣體分子平均動能的標志，溫度降低則分子平均動能減小，故B、D正確；根據以上分析，由理想氣體狀態方程=C可知，氣缸內密閉氣體膨脹，即氣體的體積增大，同時氣體溫度降低，因此可知缸內氣體的壓強一定減小，故A正確；氣缸內氣體可視為理想氣體，而理想氣體不考慮分子勢能，認為分子勢能始終為零，故C錯誤。］
例3　B　［由題意可知，氣體先發生等壓變化，到活塞運動到擋板處再發生等容變化，等壓變化過程氣體對外做的功W=-p0Sx=-1×105×0.04×0.2 J=-800 J，由熱力學第一定律可知，封閉氣體的內能變化量為ΔU=W+Q=(-800+2 000) J=1 200 J，故B正確。］
二、
1.產生　消失　轉化　轉移　保持不變
易錯辨析
(1)×　(2)×　(3)×　(4)√
例4　B　［能量在使用過程中雖然總量保持不變，但品質越來越差，即可利用率越來越低，所以必需節約能源，故A錯誤；不斷開發新能源，發展新技術，是緩解能源危機、加強環境保護的重要手段，選項B正確；電子煙花技術不能將電能全部轉化為光能和內能，過程中也存在能量耗散，選項C錯誤；相比于傳統煙花，使用電子煙花污染較少，但也不是完全無污染，選項D錯誤。］(共50張PPT)
DISANZHANG
第三章
1　熱力學第一定律
2　能量守恒定律
1.理解熱力學第一定律，并能運用熱力學第一定律分析和解決相關問題(重難點)。
2.知道什么是第一類永動機及其不可能制成的原因。3.理解并會運用能量守恒定律解決實際問題。
學習目標
一、熱力學第一定律
二、能量守恒定律
課時對點練
內容索引
熱力學第一定律
一
如圖所示，在一個配有活塞的厚壁有機玻璃筒底放入一小團蘸了乙醚的硝化棉，用力迅速壓下活塞，可以觀察到硝化棉燃燒的火苗。為什么筒底的硝化棉會被點燃呢？
答案　外界對筒內氣體做功，使氣體內能增加，溫度升高，達到硝化棉的燃點后引起硝化棉燃燒。
1.功和內能
(1)絕熱過程：系統與外界之間沒有 的交換，只是通過外界 的方式與外界交換能量的過程。
(2)熱力學系統的絕熱過程中，系統內能的增加量ΔU等于______________
_________，即ΔU= 。
W和ΔU的正負：如果系統對外界做功，這時W取 值，ΔU也為 值，表示內能 。
梳理與總結
熱量
做功
外界對系統所
做的功W
W
負
負
減少
2.熱和內能
(1)在外界沒有對系統做功的過程中，系統內能的增加量ΔU等于_______
___________________，即ΔU= 。
(2)Q和ΔU的正負：如果系統向外界放熱，這時Q取 值，ΔU也為 值，表示內能 。
3.熱力學第一定律
(1)內容：在系統跟外界同時發生做功和熱傳遞的過程中，系統內能的增加量ΔU等于系統從外界吸收的 與外界對系統 之和。
(2)表達式：ΔU= 。
系統從
外界所吸收的熱量Q
Q
負
負
減少
熱量Q
所做的功W
Q+W
(3)應用表達式ΔU=W+Q解題時應注意各量的正負：
①ΔU的正負：當系統內能增加時，ΔU取 值，當系統內能減小時，ΔU取 值。(均選填“正”或“負”)
②W的正負：外界對系統做功時，W取 值；系統對外界做功時，W取
值。(均選填“正”或“負”)
③Q的正負：外界向系統傳遞熱量時，Q取 值；系統向外界傳遞熱量時，Q取 值。(均選填“正”或“負”)
正
負
正
負
正
負
4.第一類永動機不可能制成
(1)第一類永動機：不需要任何動力和燃料，能持續不斷地 的機器。
(2)第一類永動機由于違背了 ，所以不可能制成。
對外做功
熱力學第一定律
給旱區送水的消防車停在水平地面上，如圖所示。在緩慢放水過程中，若車胎不漏氣且胎內氣體溫度不變，不計分子間的勢能，試分析氣體的吸放熱情況。
討論交流
答案　由于車胎內氣體溫度不變，故氣體分子的平均動能不變，內能不變。放水過程中車胎內氣體體積增大，對外做功，由熱力學第一定律可知，車胎內氣體吸熱。
(1)系統的溫度改變時，其內能必定改變。(　　)
(2)系統從外界吸收熱量，內能一定增大。(　　)
(3)理想氣體的內能只與溫度有關。(　　)
(4)物體內能越大，外界對物體做功越多。(　　)
×
√
×
×
　(1)一定質量的氣體，從外界吸收3.5×105 J的熱量，同時氣體對外界做功2.5×105 J，則氣體的內能是增加還是減少？改變量是多少？
例1
答案　增加　1.0×105 J
由題意知，Q=3.5×105 J，W=-2.5×105 J，則根據熱力學第一定律有
ΔU=Q+W=1.0×105 J
ΔU為正值，說明氣體的內能增加，增加量為1.0×105 J。
(2)一定質量的氣體，外界對其做功1.6×105 J，內能增加了4.2×105 J，此過程中氣體是吸熱還是放熱？吸收或放出的熱量是多少？
答案　吸熱　2.6×105 J
由題意知，ΔU=4.2×105 J，W=1.6×105 J，則根據熱力學第一定律有
Q=ΔU-W=2.6×105 J
Q為正值，說明此過程中氣體從外界吸熱，吸收的熱量為2.6×105 J。
總結提升
應用熱力學第一定律解題的一般步驟
(1)根據符號法則寫出各已知量(W、Q、ΔU)的正負；
(2)根據ΔU=W+Q列方程求出未知量；
(3)再根據未知量結果的正負來確定吸、放熱情況、做功情況或內能變化情況。
　(多選)(2023·威海市高二期末)某汽車機艙蓋的支撐桿由氣缸和活塞組成。打開機艙蓋時，氣缸內密閉氣體膨脹，將機艙蓋頂起。在此過程中，氣缸內氣體可視為理想氣體，忽略缸內氣體與外界的熱交換。對于氣缸內的氣體，下列說法正確的是
A.壓強減小 B.內能減小
C.分子勢能減小 D.平均動能減小
例2
√
√
√
根據熱力學第一定律ΔU=Q+W可知，氣體將機艙蓋頂起，即氣體對外做功，W<0，而忽略缸內氣體與外界的熱交換，則Q=0，因此可知ΔU<0，即氣體的內能減小，而對于一定量的理想氣體而言，內能減小則溫度降低，而溫度又是衡量氣體分子平均動能的標志，溫度降低則分子平均動能減小，故B、D正確；
根據以上分析，由理想氣體狀態方程=C可知，氣缸內密閉氣體膨
脹，即氣體的體積增大，同時氣體溫度降低，因此可知缸內氣體的壓強一定減小，故A正確；
氣缸內氣體可視為理想氣體，而理想氣體不考慮分子勢能，認為分子
勢能始終為零，故C錯誤。
總結提升
1.功與內能的區別
(1)功是過程量，內能是狀態量。
(2)物體的內能大，并不意味著外界對它做功多。只有在絕熱過程中，內能變化越大時，相應地做功才越多。
2.判斷是否做功及做功正負的方法
一般情況下外界對物體做功與否，需看物體的體積是否變化。
(1)若物體體積增大，表明物體對外界做功，W<0。
(2)若物體體積減小，表明外界對物體做功，W>0。
　如圖所示，內壁光滑的絕熱氣缸固定在水平面上，其右端由于有擋板，厚度不計的絕熱活塞不能離開氣缸，氣缸內封閉著一定質量的理想氣體，活塞距氣缸右端的距離為0.2 m。現對封閉氣體加熱，活塞緩慢移動，一段時間后停止加熱，此時封閉氣體的壓強變為2×105 Pa。已知活塞的橫截面積為0.04 m2，外部大氣壓強為1×105 Pa，加熱過程中封閉氣體吸收的熱量為2 000 J，則封閉氣體的內能變化量為
A.400 J B.1 200 J
C.2 000 J D.2 800 J
例3
√
由題意可知，氣體先發生等壓變化，到活塞運
動到擋板處再發生等容變化，等壓變化過程氣
體對外做的功W=-p0Sx=-1×105×0.04×0.2 J=
-800 J，由熱力學第一定律可知，封閉氣體的內能變化量為ΔU=W+Q=
(-800+2 000) J=1 200 J，故B正確。
總結提升
等壓變化過程，用公式W=pΔV計算
等壓變化過程中，氣體壓強不變，氣體對活塞的壓力F=pS，為恒力，由恒力做功的公式W=Fs可得W=pSs=pΔV，即氣體做的功與氣體的壓強p和氣體體積的變化量ΔV有關。
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能量守恒定律
二
1.內容：能量既不會憑空 ，也不會憑空 ，它只能從一種形式
為另一種形式，或者從一個物體 到另一個物體，在轉化或轉移的過程中，能量的總量 。
2.兩種表述
(1)某種形式的能減少，一定有其他形式的能增加，且減少量和增加量一定相等。
(2)某個物體的能量減少，一定存在其他物體的能量增加，且減少量和增加量一定相等。
產生
消失
轉化
轉移
保持不變
3.熱力學第一定律與能量守恒定律的比較
(1)能量守恒定律是各種形式的能相互轉化或轉移的過程，總能量保持不變，它包括各個領域，范圍廣泛。
(2)熱力學第一定律是物體內能與其他形式的能之間的相互轉化或轉移，是能量守恒定律在熱現象領域內的具體體現。
(1)能量既可以轉移又可以轉化，故能的總量是可以變化的。(　　)
(2)能量的總量保持不變，所以我們不需要節約能源。(　　)
(3)運動的物體在阻力作用下會停下來，說明機械能憑空消失了。
(　　)
(4)第一類永動機不能制成，因為它違背了能量守恒定律。(　　)
×
√
×
×
　(2024·溫州市高二期中)第19屆亞運會于2023年9月23日晚在杭州盛大開幕。此次亞運會開幕式將實體煙花燃放改成電子煙花表演展示，通過數字技術、光學投影等展現煙花綻放場景，傳遞出中國綠色低碳環保且負責任的發展中大國形象。以下說法正確的是
A.能量在使用過程中總量保持不變，故不需要節約用電，可盡情燃放電
子煙花
B.不斷開發新能源，發展新技術，是緩解能源危機、加強環境保護的重
要手段
C.電子煙花技術將電能全部轉化為光能和內能，過程中不存在能量耗散
D.相比于傳統煙花，使用電子煙花完全無污染
例4
√
能量在使用過程中雖然總量保持不變，但品質越來越差，即可利用率越來越低，所以必需節約能源，故A錯誤；
不斷開發新能源，發展新技術，是緩解能源危機、加強環境保護的重要手段，選項B正確；
電子煙花技術不能將電能全部轉化為光能和內能，過程中也存在能量耗散，選項C錯誤；
相比于傳統煙花，使用電子煙花污染較少，但也不是完全無污染，選項D錯誤。
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課時對點練
三
考點一　熱力學第一定律
1.關于內能的變化，以下說法正確的是
A.物體吸收熱量，內能一定增大
B.物體對外做功，內能一定減少
C.物體吸收熱量，同時對外做功，內能可能不變
D.物體放出熱量，同時對外做功，內能可能不變
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基礎對點練
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根據熱力學第一定律ΔU=W+Q，物體內能的變化與做功及熱傳遞兩個因素均有關。物體吸收熱量，內能不一定增大，因為物體可能同時對外做功，故內能可能不變或減少，A錯誤，C正確；
物體對外做功，可能同時吸收熱量，故內能可能不變或增大，B錯誤；物體放出熱量，同時對外做功，內能一定減少，D錯誤。
2.(多選)物體的內能增加了20 J，則下列說法正確的是
A.一定是外界對物體做了20 J的功
B.一定是物體吸收了20 J的熱量
C.可能是外界對物體做了20 J的功，也可能是物體吸收了20 J的熱量
D.可能是物體吸收熱量的同時外界對物體做了功，且熱量和功共20 J
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根據物體的增加、減少，并不能得出是做功還是熱傳遞導致的，故C、D正確。
√
3.一定質量的氣體在某一過程中，外界對氣體做了8×104 J的功，氣體的內能減少了1.2×105 J，則下列各式正確的是
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=2×104 J
D.W=-8×104 J，ΔU=-1.2×105 J，Q=-4×104 J
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因為外界對氣體做功，W取正值，即W=8×104 J；氣體內能減少，ΔU取負值，即ΔU=-1.2×105 J；根據熱力學第一定律ΔU=W+Q，可知Q=ΔU-W=-1.2×105 J-8×104 J=-2×105 J，B選項正確。
4.(2023·重慶市鳳鳴山中學月考)如圖所示，在玻璃瓶中放入少量水，水面上方有無色的水蒸氣，用中間帶孔、孔中插有玻璃管的橡皮塞蓋緊瓶口，然后往瓶中打氣，當氣壓足夠大時，橡皮塞從瓶口彈出，原來透明的瓶內充滿了白霧，這一實驗現象表明
A.氣體對外界做功，瓶內氣體溫度升高，內能減少
B.外界對氣體做功，瓶內氣體溫度升高，內能增加
C.氣體對外界做功，瓶內氣體溫度降低，內能減少
D.外界對氣體做功，瓶內氣體溫度降低，內能增加
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白霧是小水滴，它是由水蒸氣液化而形成的，該實
驗的原理如下：瓶內的氣體壓強增大到一定程度時，
瓶內氣體對橡皮塞做功，將橡皮塞彈出，氣體對外
界做功，將一部分內能轉化為橡皮塞的機械能，氣
體的內能減少，溫度降低，瓶中的水蒸氣遇冷液化而形成白霧，故C正確，A、B、D錯誤。
5.(2023·江西省樂平中學高二期末)固定的氣缸內由活塞封閉著一定質量的氣體，在通常的情況下，這些氣體分子之間的相互作用力可以忽略。在外力F作用下，將活塞緩慢地向上拉動，如圖所示。在拉動活塞的過程中，假設氣缸壁的導熱性能良好，環境的溫度保持不變，關于對氣缸內的氣體的下列論述，其中正確的是
A.氣體對活塞做功，氣體的內能減少
B.氣體從外界吸熱，氣體分子的平均動能增大
C.氣體從外界吸熱，氣體壓強不變
D.氣體單位體積的分子數減小，氣體壓強減小
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由題意知，氣缸內的封閉氣體是理想氣體且溫度不變，故氣體分子的平均動能不變，氣體內能不變，A、B錯誤；氣體體積增大，氣體單位體積的分子減數小，氣體對外界做功，根據熱力學第一定律可知，氣體從外界吸熱，封閉氣體溫度不變，體積增大，壓強減小，C錯誤，D正確。
考點二　能量守恒定律　永動機不可能制成
6.“第一類永動機”是不可能制成的，這是因為
A.它不符合機械能守恒定律
B.它違背了能量守恒定律
C.沒有合理的設計方案
D.找不到合適的材料
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第一類永動機不可能制成的原因是違背了能量守恒定律。故選B。
7.下列說法正確的是
A.條形磁體下落過程中穿過閉合線圈，線圈中產生了感應電流，說明電
能是可以被創造的
B.太陽照射到地球上的光能轉化成了其他形式的能量，但照射到宇宙空
間的能量都消失了
C.“既要馬兒跑，又讓馬兒不吃草”違背了能量守恒定律，因而是不可
能的
D.有種“全自動”手表，不用上發條，也不用任何形式的電源，卻能一
直走動，說明能量是可以憑空產生的
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條形磁體穿過閉合線圈過程中是機械能轉化成了電能，故A錯誤；
太陽照射到宇宙空間的能量沒有消失，故B錯誤；
馬兒奔跑時同樣需要消耗能量，故“既要馬兒跑，又讓馬兒不吃草”違背了能量守恒定律，因而是不可能的，故C正確；
不用上發條，也不用任何形式的電源，卻能一直走動的“全自動”手表是靠手臂的擺動提供能量的，它不違背能量守恒定律，故D錯誤。
8.如圖所示，自熱米飯盒內有一個發熱包，遇水發生化學反應而產生大量熱能，不需要明火，溫度可超過100 ℃，蓋上盒蓋便能在10~15分鐘內迅速加熱食品。自熱米飯盒的蓋子上有一個透氣孔，如果透氣孔堵塞，容易造成小型爆炸(爆炸前可認為飯盒體積不變)。下列有關自熱米飯盒爆炸的說法，正確的是
A.自熱米飯盒爆炸，是盒內氣體溫度升高，氣體分子間斥力急劇增大的結果
B.在自熱米飯盒爆炸的瞬間，盒內氣體內能增加
C.在自熱米飯盒爆炸的瞬間，盒內氣體溫度降低
D.自熱米飯盒爆炸前，盒內氣體溫度升高，標志
著每一個氣體分子速率都增大了
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能力綜合練
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自熱米飯盒爆炸前，盒內氣體體積不變，分子
間的平均距離不變，分子間的作用力不變，故
A錯誤；
爆炸前氣體溫度升高，內能增大，爆炸瞬間氣
體對外界做功，根據熱力學第一定律知，其內能減少，溫度下降，故B錯誤，C正確；
自熱米飯盒爆炸前，盒內氣體溫度升高，分子平均動能增大，但并不是每一個氣體分子速率都增大，故D錯誤。
9.(2023·廣州市高二期末)用隔板將一絕熱氣缸分成兩部分，隔板左側充有理想氣體，右側與絕熱活塞之間是真空的。現將隔板抽開，氣體會自發擴散至整個氣缸，待氣體達到穩定后，緩慢推壓活塞，將氣體壓回到原來的體積。整個過程不漏氣，則下列說法正確的是
A.氣體被壓縮過程中內能增大
B.氣體自發擴散過程中內能減小
C.氣體自發擴散過程中，氣體分子的平均速率增大
D.氣體被壓縮過程中，溫度升高，所有分子的速率都增大
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根據熱力學第一定律ΔU=Q+W可知，在氣缸
絕熱的情況下Q=0而當緩慢推壓活塞，氣體
被壓縮的過程中，外界對氣體做功W>0，因
此可得ΔU>0，即缸內氣體的內能增大，故A正確；
由于隔板右側為真空，當抽去隔板，氣體自發擴散，并不對外做功，而氣缸絕熱，根據熱力學第一定律可知W=0，Q=0，由此可知ΔU=0，即氣體自發擴散過程中缸內氣體內能不變。對于一定量的理想氣體而言，內能不變則溫度不變，氣體分子平均動能不變，氣體分子的平均速率不變，故B、C錯誤；
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氣體被壓縮過程中，外界對氣體做功，氣缸絕
熱，氣體內能增加，溫度升高，因此可知氣體
分子的平均速率增大，但并不是所有分子的速
率都增大，對于單個分子而言，其速率可能增大也可能減小，故D錯誤。
10.(2024·廣東省開學考)圖甲中空氣炸鍋是一種新型的烹飪工具，圖乙為某型號空氣炸鍋的簡化模型圖，空氣炸鍋中有一氣密性良好的內膽，內膽內的氣體可視為質量不變的理想氣體，已知膽內初始氣體壓強為p0=1.0×105 Pa，溫度為T0=300 K，現啟動加熱模式使氣體溫度升高到T=450 K，此過程中氣體吸收的熱量為Q=8.0×
103 J，內膽中氣體的體積不變，求：
(1)此時內膽中氣體的壓強p；
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答案　1.5×105 Pa
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根據題意可知，氣體體積不變，氣體為等容
變化，根據查理定律可得=，解得p=1.5×
105 Pa
(2)此過程內膽中氣體的內能增加量ΔU。
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答案　8.0×103 J
根據熱力學第一定律有ΔU=W+Q
由于氣體的體積不變，所以W=0
又因Q=8.0×103 J，所以ΔU=8.0×103 J。
11.如圖甲所示為一臺四沖程內燃機，活塞在壓縮沖程某段時間內移動的距離為0.1 m，這段過程活塞對氣體的壓力逐漸增大，其做的功相當于2×103 N的恒力使活塞移動相同距
離所做的功(圖乙)。內燃機工作時
氣缸溫度高于環境溫度，該過程中
壓縮氣體傳遞給氣缸的熱量為25 J。
(1)求上述壓縮過程中氣體內能的改變量；
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尖子生選練
答案　175 J
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壓縮過程活塞對氣體做的功
W1=F1l1=2×103×0.1 J=200 J
氣體內能的改變量
ΔU1=W1-Q1=200 J-25 J=175 J。
(2)燃燒后的高壓氣體對活塞做功，
氣體推動活塞移動0.1 m，其做的
功相當于9×103 N的恒力使活塞移
動相同距離所做的功(圖丙)，該做
功過程氣體傳遞給氣缸的熱量為30 J。求此做功過程氣體內能的改變量。
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答案　-930 J
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氣體膨脹過程中氣體對外界所
做的功
W2=F2l2=9×103×0.1 J=900 J
氣體內能的改變量
ΔU2=-W2-Q2=-900 J-30 J=-930 J。
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