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第一節　熱力學第一定律
?。鄯种担?0分］
1~7題每題4分，共28分
考點一　物體的內能
1.(2023·海南卷)下列關于分子力和分子勢能的說法正確的是 (　　)
A.分子間距離大于r0時，分子間表現為斥力
B.分子從無限遠靠近到距離r0處過程中分子勢能變大
C.分子勢能在r0處最小
D.分子間距離在小于r0且減小時，分子勢能在減小
2.(多選)兩分子間的斥力和引力的合力F與分子間距離r的關系如圖中曲線所示，曲線與r軸交點的橫坐標為r0。相距很遠的兩分子在分子力作用下，由靜止開始相互接近，若兩分子相距無窮遠時分子勢能為零，下列說法正確的是 (　　)
A.在r>r0階段，F做正功，分子動能增加，勢能減小
B.在rC.在r=r0時，分子勢能最小，動能最大
D.在r=r0時，分子勢能為零
3.關于物體的內能，下列說法中正確的是 (　　)
A.機械能可以為零，但內能永遠不為零
B.溫度相同、質量相同的物體具有相同的內能
C.溫度越高，物體的內能越大
D.0 ℃的冰的內能與等質量的0 ℃的水的內能相等
考點二　改變內能的兩種方式
4.如圖為某種椅子與其升降部分的結構示意圖。M、N兩筒間密閉了一定質量的氣體，M可沿N的內壁上下滑動，設筒內氣體不與外界發生熱交換，在M向下滑動的過程中 (　　)
A.外界對氣體做功，氣體內能增大
B.外界對氣體做功，氣體內能減小
C.氣體對外界做功，氣體內能增大
D.氣體對外界做功，氣體內能減小
5.下列說法正確的是 (　　)
A.物體的溫度升高，物體所含的熱量就增多
B.物體的溫度不變，內能一定不變
C.熱量和功的單位與內能的單位相同，所以熱量和功都可以作為物體內能的量度
D.做功和熱傳遞對于改變物體的內能來說是等效的
考點三　熱力學第一定律
6.如圖所示，封閉的氣缸內部封有一定質量的理想氣體。外力推動活塞P壓縮氣體，對缸內氣體做功800 J，同時氣體向外界放熱200 J，則缸內氣體的 (　　)
A.溫度升高，內能增加600 J
B.溫度升高，內能減少200 J
C.溫度降低，內能增加600 J
D.溫度降低，內能減少200 J
7.(多選)(2024·惠州市高二模擬)為了減少污染，根據相關規定，加油站必須進行“油氣回收”，操作如下：油槍從封閉油罐中吸取體積為V的汽油加到汽車油箱，同時抽取油槍周圍體積為1.2V的油氣(可視為理想氣體)，壓入封閉油罐(壓至體積為V)。假設油罐及加油槍導熱良好且環境溫度不變，則將油氣壓入油罐的過程中，油氣 (　　)
A.壓強增大 B.對外做正功
C.向環境放熱 D.從環境吸熱
8~11題每題6分，共24分
8.(多選)(2023·廣州市高二期末)將一只踩扁的乒乓球放到熱水中，乒乓球會恢復原形，則在乒乓球恢復原形的過程中，球內氣體 (　　)
A.吸收的熱量等于其增加的內能
B.分子平均動能變大
C.吸收的熱量大于其增加的內能
D.對外做的功大于其吸收的熱量
9.(2023·佛山市高二模擬)如圖，小明把空的玻璃瓶開口向下緩慢壓入恒溫水中，瓶內空氣無泄漏，在下降過程中 (　　)
A.氣體從外界吸熱
B.單位面積單位時間氣體分子撞擊瓶壁次數增多
C.氣體內能增大
D.氣體對外做功
10.甲分子固定在坐標原點O，乙分子沿x軸運動，甲、乙兩分子間的分子勢能Ep與甲、乙兩分子間距離x的關系如圖中曲線所示，圖中分子勢能的最小值為-E0。若乙分子所具有的分子動能和分子勢能之和為0，則下列說法正確的是 (　　)
A.乙分子在P點(x=x2)時，加速度最大，分子力最大
B.乙分子在P點(x=x2)時，分子動能最大，且其動能為E0
C.乙分子在Q點(x=x1)時，處于平衡狀態，其分子力為零
D.乙分子在Q點(x=x1)時，分子力表現為引力
11.(2023·廣州市高二期末)用隔板將一絕熱氣缸分成兩部分，隔板左側充有一定質量的理想氣體，右側與絕熱活塞之間是真空的?，F將隔板抽開，氣體會自發擴散至整個氣缸，待氣體達到穩定狀態后，緩慢推壓活塞，將氣體壓縮回到原來的體積。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
12.(8分)如圖，內壁光滑的氣缸豎直放置在水平桌面上，氣缸內封閉一定質量的理想氣體。氣體從狀態A(活塞在A處)變為狀態B(活塞在B處)時，氣體吸收熱量280 J，并對外做功120 J。
(1)(2分)氣體的內能改變了多少？是增加還是減少？
(2)(6分)某人接著提了后一個問題，說：“若使氣體從上一問的B狀態再回到A狀態，即回到原來A時的體積和溫度，氣體放出的熱量是150 J，那么返回過程中氣體對外做的功又是多少？”請你對后一個問題進行評價。
答案精析
1.C?。鄯肿娱g距離大于r0時，分子間表現為引力，分子從無限遠靠近到距離r0處過程中，引力做正功，分子勢能減小，在r0處分子勢能最小，分子間距離繼續減小，分子間表現為斥力，分子力做負功，分子勢能增大，C正確。］
2.AC?。踨大于r0時，分子間的作用力表現為引力，相互靠近時F做正功，分子動能增加，勢能減小，A正確； 當r小于r0時，分子間的作用力表現為斥力，F做負功，分子動能減小，勢能增加，B錯誤； 由以上分析可知，當r等于r0時，分子勢能最小，動能最大，C正確；因為兩分子相距無窮遠處時分子勢能為零，所以r等于r0時，分子勢能為負值，D錯誤。］
3.A?。蹤C械能是宏觀能量，可以為零，而物體內的分子在永不停息地做無規則運動，且存在相互作用力，所以物體的內能永不為零，A正確；物體的內能與物質的量、溫度和體積及物態有關，B、C、D錯誤。］
4.A?。弁矁葰怏w不與外界發生熱交換，當M向下滑動時，筒內氣體體積變小，外界對氣體做功，使氣體的內能增大，故選A。］
5.D　［熱量是一個過程量，不能說物體含有多少熱量，故A錯誤；物體的溫度不變，內能不一定不變，例如0 ℃的冰變為0 ℃的水內能增加，B錯誤；功與熱量都是能量轉化的量度，熱量和功都可以作為物體內能變化的量度，而不是內能的量度，C錯誤；做功和熱傳遞是改變物體內能的兩種方式，二者對于改變物體的內能來說是等效的，D正確。］
6.A?。塾蔁崃W第一定律ΔU=Q+W得，ΔU=800 J+(-200 J)=600 J，一定質量的理想氣體的內能大小只與溫度有關，ΔU=600 J>0，故溫度升高，選項A正確。］
7.AC　［油氣壓入油罐的過程中，體積減小，外界對氣體做功，由于油罐及加油槍導熱良好且環境溫度不變，則氣體的內能不變，根據熱力學第一定律可知油氣向環境放熱，C正確，B、D錯誤；氣體壓入油罐的過程中，體積減小，溫度不變，根據理想氣體狀態方程可知壓強增大，A正確。］
8.BC　［將踩扁的乒乓球放到熱水中，球內氣體溫度升高，分子平均動能變大，內能增大，ΔU>0，球內氣體體積增大，外界對氣體做負功，W<0，根據熱力學第一定律ΔU=ΔQ+W，可知ΔQ>0，氣體吸收熱量，且有ΔQ>ΔU，|W|<ΔQ，故選B、C。］
9.B?。巯聣哼^程中，氣體壓強變大，溫度不變，則氣體體積減小，外界對氣體做功，氣體內能不變，氣體向外放熱，選項A、C、D錯誤；氣體壓強變大，溫度不變，則氣體分子平均動能不變，氣體體積減小，則氣體的分子密集程度變大，則單位面積單位時間氣體分子撞擊瓶壁次數增多，選項B正確。］
10.B　［由題圖可知，乙分子在P點(x=x2)時，分子勢能最小，則x2處為平衡位置，分子引力與分子斥力大小相等，合力為零，乙分子處于平衡狀態，分子力和加速度均為零，故A錯誤；乙分子在P點(x=x2)時的分子勢能最小，為-E0，由題知乙分子所具有的分子動能和分子勢能之和為0，可知乙分子在P點的分子動能最大，為E0，故B正確；乙分子在Q點(x=x1)時，分子間距離小于平衡距離，分子力表現為斥力，乙分子處于非平衡狀態，故C、D錯誤。］
11.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，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，對于一定質量的理想氣體，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，氣體內能增大，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。］
12.(1)160 J　增加　(2)10 J　見解析
解析　(1)根據熱力學第一定律可知，氣缸內封閉氣體的內能變化量為
ΔU=Q+W=280 J+(-120) J=160 J
即內能增加了160 J。
(2)若氣體從B狀態又返回A狀態，則氣體的內能變化量為ΔU'=ΔU=-160 J
根據熱力學第一定律可知，氣體由B狀態返回A狀態的過程中有ΔU'=Q'+W'
則W'=ΔU'-Q'=(-160+150) J=-10 J
即氣體從B狀態返回A狀態過程中，
對外做功為10 J。
后一個問題的題設條件有誤，該過程不能發生，因為氣體從B狀態返回A狀態，體積減小，顯然應該是外界對氣體做功才合理。第一節　熱力學第一定律
［學習目標］　1.掌握內能的概念，知道分子動能和分子勢能的影響因素(重點)。2.知道做功和熱傳遞是改變物體內能的兩種方式，明確兩種方式的區別。3.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(重點)。
一、物體的內能
1.分子勢能
(1)概念：由于分子間存在相互作用力，分子間具有由它們的　　　　　　　　決定的勢能。
(2)兩分子間的勢能與分子間距離的關系如圖所示(取無窮遠處分子間勢能為零)。
①當r>r0時，分子力表現為　　　　，若r增大，需克服引力做功，分子勢能　　　　。
②當r③當r=r0時，即分子間距離等于平衡距離時，分子間的作用力為零，分子勢能　　　　。
2.分子動能：物體內部的分子由于做　　　　而具有分子動能。
3.內能：物體中所有分子的　　　　和　　　　　　　　的總和，叫作物體的內能。
(1)宏觀上，物體的內能由物體的物質的量、溫度和體積共同決定，同時受物態變化的影響。
(2)微觀上，物體的內能由物體所含的分子總數、分子的平均動能和分子勢能決定。
例1　(多選)關于物體的內能，下列說法正確的是 (　　)
A.相同質量的兩種不同物質，升高相同的溫度，內能的增量一定相同
B.物體的內能改變時溫度不一定改變
C.內能與物體的溫度有關，所以0 ℃的物體內能為零
D.分子數和溫度相同的物體不一定具有相同的內能
1.分子動能
(1)組成物體的每個分子都在不停地做無規則運動，因此分子具有動能。由于分子運動的無規則性，研究單個分子的動能沒有意義。
(2)平均動能指物體內所有分子做熱運動動能的平均值。溫度升高時，分子的平均動能增大，溫度是分子熱運動的平均動能的標志。
2.比較物體內能的大小和判斷內能改變的方法
(1)當物體質量m一定時(相同物質的摩爾質量M相等)，物體所含分子數n就一定。
(2)當物體溫度一定時，物體內部分子的平均動能就一定。
(3)當物體的體積不變時，物體內部分子間的相對位置就不變，分子勢能也不變。
(4)當物體發生物態變化時，要吸收或放出熱量，使物體的溫度或體積發生改變，物體的內能也隨之變化。
二、改變物體內能的兩種方式
在空氣壓縮引火儀底部放置少量的硝化棉，迅速壓下筒中的活塞，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.做功與內能變化的關系
如果物體和外界不發生熱傳遞，外界對物體做功，物體的內能　　　　，物體對外界做功，物體的內能　　　　。
2.熱傳遞與內能變化的關系
(1)熱傳遞過程中物體　　　　變化的量稱為熱量。
(2)在單純熱傳遞的過程中，物體從外界吸收熱量，物體的內能　　　　，物體向外界放熱，物體的內能　　　　。
3.做功和熱傳遞改變物體內能上的異同
(1)　　　　和　　　　　　　　是改變物體內能的兩種方式，二者對于改變物體的內能來說是　　　　的。
(2)做功的實質是內能與其他形式的能之間的　　　　，而熱傳遞則是不同物體(或同一物體不同部分)之間內能的　　　　。
例2　下列說法正確的是 (　　)
A.熱量和功是由過程決定的，而內能是由物體狀態決定的
B.外界對物體做功，物體的內能一定增大
C.物體吸收熱量，溫度一定升高
D.熱量總是由內能大的物體傳向內能小的物體
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.熱量、溫度與內能的區別
(1)熱量是系統內能變化的量度，而溫度是系統內大量分子做無規則運動劇烈程度的標志，熱傳遞的前提是兩個系統之間要有溫度差，傳遞的是熱量而不是溫度。
(2)內能是狀態量，熱量是過程量。熱量只有在涉及能量的轉移時才有意義。不能說物體具有多少熱量，只能說某一過程中物體吸收或放出了多少熱量。
(3)物體的內能大，并不意味著熱傳遞多。只有在僅熱傳遞過程中，內能變化越大時，相應的熱傳遞才越多。
三、熱力學第一定律及其應用
1.內容：如果外界同時對物體做功和進行熱傳遞，物體內能的增量ΔU等于物體吸收的　　　　和外界對物體做的功W之和。
2.表達式：ΔU=　　　　。
一定質量的氣體，膨脹過程中是外界對氣體做功還是氣體對外界做功？如果膨脹時氣體對外做的功是135 J，同時向外放熱85 J，氣體內能的變化量是多少？內能是增加了還是減少了？
1.ΔU的正負：當系統內能增加時，ΔU取　　　值，內能減少時，ΔU取　　　　值。
2.W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。
3.Q的正負：外界對系統傳遞熱量時，Q取　　　　值；系統向外界傳遞熱量時，Q取　　　　值。
例3　(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4　(多選)(2024·湛江市期末)航天服是保障航天員的生命活動和正常工作的個人密閉裝備，可防護空間的真空、高低溫、太陽輻射和微流星等環境因素對人體的危害。航天員穿著航天服，從地面到達太空時內部氣體將急劇膨脹，若航天服內氣體的溫度不變，視為理想氣體并將航天服視為封閉系統。則關于航天服內的氣體，下列說法正確的是 (　　)
A.體積增大，內能減小
B.壓強減小，內能不變
C.對外界做功，吸收熱量
D.壓強減小，分子平均動能增大
1.判斷氣體內能變化：由于理想氣體分子間距離較大，忽略其分子勢能，只考慮其分子動能，故溫度升高，分子動能增大，內能增大；反之內能減小。
2.判斷是否做功及做功正負的方法
一般情況下外界對氣體做功與否，需看氣體的體積是否變化。
(1)若氣體體積增大，表明氣體對外界做功，W<0。
(2)若氣體體積減小，表明外界對氣體做功，W>0。
3.判斷吸熱還是放熱
氣體在變化過程是吸熱還是放熱要結合內能變化和氣體做功情況，由熱力學第一定律ΔU=W+Q綜合判斷。
例5　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，功用公式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=Fx可得W=pSx=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。
答案精析
一、
1.（1）相對位置?。?）①引力　增大?、诔饬Α≡龃?br/>③最小
2.熱運動
3.動能　分子勢能
例1　BD?。巯嗤|量的兩種不同物質的物質的量可能不同，進而可知分子數可能不同，故升高相同的溫度時(分子平均動能的變化量相同)，其分子總動能的變化量不一定相同，且不知道分子勢能如何變化，故其內能的增量可能不相同，選項A錯誤；物體內能改變時，可能是分子勢能改變，因此溫度不一定改變，選項B正確；分子永不停息地做無規則運動，故物體的內能不可能為零，選項C錯誤；物體的內能與分子數、溫度和體積有關，分子數和溫度相同，體積不同的物體，內能可能不同，選項D正確。］
二、
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.增加　減少
2.（1）內能?。?）增加　減少　
3.（1）做功　熱傳遞　等效　（2）轉化　轉移
例2　A?。蹮崃亢凸κ沁^程量，內能是狀態量，故A選項正確；引起物體內能的變化有做功和熱傳遞兩種方式，單就一個方面不足以斷定其內能的變化，故B選項錯誤；在晶體熔化和液體沸騰過程中，物體要不斷地吸收熱量，但物體的溫度不變，這時內能的增加主要表現在內部分子勢能的增加，故C選項錯誤；兩物體之間熱量的傳遞方向只與它們的溫度有關，與它們內能的大小無關，故D選項錯誤。］
三、
1.熱量Q　
2.Q+W
討論與交流
膨脹過程中氣體對外界做功，W=-135 J，氣體向外放熱：Q=-85 J，根據熱力學第一定律：ΔU=W+Q，代入得：ΔU=-135 J+（-85） J=-220 J，所以氣體內能減少了220 J。
提煉·總結
1.正　負
2.正　負
3.正　負
例3　(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4　BC?。塾捎诤教旆葰怏w視為理想氣體，溫度決定內能，溫度不變，內能不變，溫度是分子熱運動平均動能的標志，故分子平均動能也不變。由于航天服內氣體體積增大，氣體對外界做功，溫度不變，由熱力學第一定律ΔU=Q+W，可知由于W<0，ΔU=0，則Q>0，所以航天服內氣體將吸收熱量，又由等溫變化有p1V1=p2V2可知體積變大，則壓強減小。綜上所述，故B、C正確，A、D錯誤。］
例5　B?。塾深}意可知，氣體先等壓變化，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功，做功為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。］(共59張PPT)
DISANZHANG
第三章
第一節　熱力學第一定律
1.掌握內能的概念，知道分子動能和分子勢能的影響因素(重點)。
2.知道做功和熱傳遞是改變物體內能的兩種方式，明確兩種方式的區別。
3.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(重點)。
學習目標
一、物體的內能
二、改變物體內能的兩種方式
課時對點練
內容索引
三、熱力學第一定律及其應用
物體的內能
一
1.分子勢能
(1)概念：由于分子間存在相互作用力，分子間具有由它們的__________
決定的勢能。
(2)兩分子間的勢能與分子間距離的關系如圖所示(取無
窮遠處分子間勢能為零)。
①當r>r0時，分子力表現為 ，若r增大，需克服引力
做功，分子勢能 。
相對位置
引力
增大
②當r③當r=r0時，即分子間距離等于平衡距離時，分子間的作用力為零，分子勢能 。
斥力
增大
最小
2.分子動能：物體內部的分子由于做 而具有分子動能。
3.內能：物體中所有分子的 和 的總和，叫作物體的內能。
(1)宏觀上，物體的內能由物體的物質的量、溫度和體積共同決定，同時受物態變化的影響。
(2)微觀上，物體的內能由物體所含的分子總數、分子的平均動能和分子勢能決定。
熱運動
動能
分子勢能
　(多選)關于物體的內能，下列說法正確的是
A.相同質量的兩種不同物質，升高相同的溫度，內能的增量一定相同
B.物體的內能改變時溫度不一定改變
C.內能與物體的溫度有關，所以0 ℃的物體內能為零
D.分子數和溫度相同的物體不一定具有相同的內能
例1
√
√
相同質量的兩種不同物質的物質的量可能不同，進而可知分子數可能不同，故升高相同的溫度時(分子平均動能的變化量相同)，其分子總動能的變化量不一定相同，且不知道分子勢能如何變化，故其內能的增量可能不相同，選項A錯誤；
物體內能改變時，可能是分子勢能改變，因此溫度不一定改變，選項B正確；
分子永不停息地做無規則運動，故物體的內能不可能為零，選項C錯誤；
物體的內能與分子數、溫度和體積有關，分子數和溫度相同，體積不同的物體，內能可能不同，選項D正確。
總結提升
1.分子動能
(1)組成物體的每個分子都在不停地做無規則運動，因此分子具有動能。由于分子運動的無規則性，研究單個分子的動能沒有意義。
(2)平均動能指物體內所有分子做熱運動動能的平均值。溫度升高時，分子的平均動能增大，溫度是分子熱運動的平均動能的標志。
2.比較物體內能的大小和判斷內能改變的方法
(1)當物體質量m一定時(相同物質的摩爾質量M相等)，物體所含分子數n就一定。
(2)當物體溫度一定時，物體內部分子的平均動能就一定。
(3)當物體的體積不變時，物體內部分子間的相對位置就不變，分子勢能也不變。
(4)當物體發生物態變化時，要吸收或放出熱量，使物體的溫度或體積發生改變，物體的內能也隨之變化。
返回
改變物體內能的兩種方式
二
在空氣壓縮引火儀底部放置少量的硝化棉，迅速壓下筒中的活塞，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.做功與內能變化的關系
如果物體和外界不發生熱傳遞，外界對物體做功，物體的內能 ，物體對外界做功，物體的內能 。
2.熱傳遞與內能變化的關系
(1)熱傳遞過程中物體 變化的量稱為熱量。
(2)在單純熱傳遞的過程中，物體從外界吸收熱量，物體的內能 ，物體向外界放熱，物體的內能 。
梳理與總結
增加
減少
內能
增加
減少
3.做功和熱傳遞改變物體內能上的異同
(1) 和 是改變物體內能的兩種方式，二者對于改變物體的內能來說是 的。
(2)做功的實質是內能與其他形式的能之間的 ，而熱傳遞則是不同物體(或同一物體不同部分)之間內能的 。
做功
熱傳遞
等效
轉化
轉移
　下列說法正確的是
A.熱量和功是由過程決定的，而內能是由物體狀態決定的
B.外界對物體做功，物體的內能一定增大
C.物體吸收熱量，溫度一定升高
D.熱量總是由內能大的物體傳向內能小的物體
例2
√
熱量和功是過程量，內能是狀態量，故A選項正確；
引起物體內能的變化有做功和熱傳遞兩種方式，單就一個方面不足以斷定其內能的變化，故B選項錯誤；
在晶體熔化和液體沸騰過程中，物體要不斷地吸收熱量，但物體的溫度不變，這時內能的增加主要表現在內部分子勢能的增加，故C選項錯誤；
兩物體之間熱量的傳遞方向只與它們的溫度有關，與它們內能的大小無關，故D選項錯誤。
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.熱量、溫度與內能的區別
(1)熱量是系統內能變化的量度，而溫度是系統內大量分子做無規則運動劇烈程度的標志，熱傳遞的前提是兩個系統之間要有溫度差，傳遞的是熱量而不是溫度。
(2)內能是狀態量，熱量是過程量。熱量只有在涉及能量的轉移時才有意義。不能說物體具有多少熱量，只能說某一過程中物體吸收或放出了多少熱量。
(3)物體的內能大，并不意味著熱傳遞多。只有在僅熱傳遞過程中，內能變化越大時，相應的熱傳遞才越多。
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熱力學第一定律及其應用
三
1.內容：如果外界同時對物體做功和進行熱傳遞，物體內能的增量ΔU等于物體吸收的 和外界對物體做的功W之和。
2.表達式：ΔU=________。
熱量Q
Q+W
一定質量的氣體，膨脹過程中是外界對氣體做功還是氣體對外界做功？如果膨脹時氣體對外做的功是135 J，同時向外放熱85 J，氣體內能的變化量是多少？內能是增加了還是減少了？
討論與交流
答案　膨脹過程中氣體對外界做功，W=-135 J，氣體向外放熱：Q=-85 J，根據熱力學第一定律：ΔU=W+Q，代入得：ΔU=-135 J+(-85) J=-220 J，所以氣體內能減少了220 J。
1.ΔU的正負：當系統內能增加時，ΔU取_____值，內能減少時，ΔU取_____值。
2.W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。
3.Q的正負：外界對系統傳遞熱量時，Q取_____值；系統向外界傳遞熱量時，Q取____值。
提煉·總結
正
負
正
負
正
負
　(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3
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)(2024·湛江市期末)航天服是保障航天員的生命活動和正常工作的個人密閉裝備，可防護空間的真空、高低溫、太陽輻射和微流星等環境因素對人體的危害。航天員穿著航天服，從地面到達太空時內部氣體將急劇膨脹，若航天服內氣體的溫度不變，視為理想氣體并將航天服視為封閉系統。則關于航天服內的氣體，下列說法正確的是
A.體積增大，內能減小
B.壓強減小，內能不變
C.對外界做功，吸收熱量
D.壓強減小，分子平均動能增大
例4
√
√
由于航天服內氣體視為理想氣體，溫度決定內能，溫度不變，內能不變，溫度是分子熱運動平均動能的標志，故分子平均動能也不變。由于航天服內氣體體積增大，氣體對外界做功，溫度不變，由熱力學第一定律ΔU=Q+W，可知由于W<0，ΔU=0，則Q>0，所以航天服內氣體將吸收熱量，又由等溫變化有p1V1=p2V2可知體積變大，則壓強減小。綜上所述，故B、C正確，A、D錯誤。
總結提升
1.判斷氣體內能變化：由于理想氣體分子間距離較大，忽略其分子勢能，只考慮其分子動能，故溫度升高，分子動能增大，內能增大；反之內能減小。
2.判斷是否做功及做功正負的方法
一般情況下外界對氣體做功與否，需看氣體的體積是否變化。
(1)若氣體體積增大，表明氣體對外界做功，W<0。
(2)若氣體體積減小，表明外界對氣體做功，W>0。
3.判斷吸熱還是放熱
氣體在變化過程是吸熱還是放熱要結合內能變化和氣體做功情況，由熱力學第一定律ΔU=W+Q綜合判斷。
　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?，F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5
√
由題意可知，氣體先等壓變化，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功，做功為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，功用公式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=Fx可得W=pSx=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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課時對點練
四
考點一　物體的內能
1.(2023·海南卷)下列關于分子力和分子勢能的說法正確的是
A.分子間距離大于r0時，分子間表現為斥力
B.分子從無限遠靠近到距離r0處過程中分子
勢能變大
C.分子勢能在r0處最小
D.分子間距離在小于r0且減小時，分子勢能在減小
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基礎對點練
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分子間距離大于r0時，分子間表現為引力，分子從無限遠靠近到距離r0處過程中，引力做正功，分子勢能減小，在r0處分子勢能最小，分子間距離繼續減小，分子間表現為斥力，分子力做負功，分子勢能增大，C正確。
2.(多選)兩分子間的斥力和引力的合力F與分子間距離r的關系如圖中曲線所示，曲線與r軸交點的橫坐標為r0。相距很遠的兩分子在分子力作用下，由靜止開始相互接近，若兩分子相距無窮遠時分子勢能為零，下列說法正確的是
A.在r>r0階段，F做正功，分子動能增加，勢能減小
B.在rC.在r=r0時，分子勢能最小，動能最大
D.在r=r0時，分子勢能為零
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r大于r0時，分子間的作用力表現為引力，相互
靠近時F做正功，分子動能增加，勢能減小，
A正確；
當r小于r0時，分子間的作用力表現為斥力，F
做負功，分子動能減小，勢能增加，B錯誤；
由以上分析可知，當r等于r0時，分子勢能最小，動能最大，C正確；
因為兩分子相距無窮遠處時分子勢能為零，所以r等于r0時，分子勢能為負值，D錯誤。
11
12
3.關于物體的內能，下列說法中正確的是
A.機械能可以為零，但內能永遠不為零
B.溫度相同、質量相同的物體具有相同的內能
C.溫度越高，物體的內能越大
D.0 ℃的冰的內能與等質量的0 ℃的水的內能相等
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機械能是宏觀能量，可以為零，而物體內的分子在永不停息地做無規則運動，且存在相互作用力，所以物體的內能永不為零，A正確；
物體的內能與物質的量、溫度和體積及物態有關，B、C、D錯誤。
考點二　改變內能的兩種方式
4.如圖為某種椅子與其升降部分的結構示意圖。M、N兩筒間密閉了一定質量的氣體，M可沿N的內壁上下滑動，設筒內氣體不與外界發生熱交換，在M向下滑動的過程中
A.外界對氣體做功，氣體內能增大
B.外界對氣體做功，氣體內能減小
C.氣體對外界做功，氣體內能增大
D.氣體對外界做功，氣體內能減小
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筒內氣體不與外界發生熱交換，當M向下滑動時，筒內氣體體積變小，外界對氣體做功，使氣體的內能增大，故選A。
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5.下列說法正確的是
A.物體的溫度升高，物體所含的熱量就增多
B.物體的溫度不變，內能一定不變
C.熱量和功的單位與內能的單位相同，所以熱量和功都可以作為物體內
能的量度
D.做功和熱傳遞對于改變物體的內能來說是等效的
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熱量是一個過程量，不能說物體含有多少熱量，故A錯誤；
物體的溫度不變，內能不一定不變，例如0 ℃的冰變為0 ℃的水內能增加，B錯誤；
功與熱量都是能量轉化的量度，熱量和功都可以作為物體內能變化的量度，而不是內能的量度，C錯誤；
做功和熱傳遞是改變物體內能的兩種方式，二者對于改變物體的內能來說是等效的，D正確。
考點三　熱力學第一定律
6.如圖所示，封閉的氣缸內部封有一定質量的理想氣體。外力推動活塞P壓縮氣體，對缸內氣體做功800 J，同時氣體向外界放熱200 J，則缸內氣體的
A.溫度升高，內能增加600 J
B.溫度升高，內能減少200 J
C.溫度降低，內能增加600 J
D.溫度降低，內能減少200 J
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由熱力學第一定律ΔU=Q+W得，ΔU=800 J+
(-200 J)=600 J，一定質量的理想氣體的內能大小只與溫度有關，ΔU=600 J>0，故溫度升高，選項A正確。
7.(多選)(2024·惠州市高二模擬)為了減少污染，根據相關規定，加油站必須進行“油氣回收”，操作如下：油槍從封閉油罐中吸取體積為V的汽油加到汽車油箱，同時抽取油槍周圍體積為1.2V的油氣(可視為理想氣體)，壓入封閉油罐(壓至體積為V)。假設油罐及加油槍導熱良好且環境溫度不變，則將油氣壓入油罐的過程中，油氣
A.壓強增大 B.對外做正功
C.向環境放熱 D.從環境吸熱
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油氣壓入油罐的過程中，體積減小，外界對氣體做功，由于油罐及加油槍導熱良好且環境溫度不變，則氣體的內能不變，根據熱力學第一定律可知油氣向環境放熱，C正確，B、D錯誤；
氣體壓入油罐的過程中，體積減小，溫度不變，根據理想氣體狀態方程可知壓強增大，A正確。
8.(多選)(2023·廣州市高二期末)將一只踩扁的乒乓球放到熱水中，乒乓球會恢復原形，則在乒乓球恢復原形的過程中，球內氣體
A.吸收的熱量等于其增加的內能
B.分子平均動能變大
C.吸收的熱量大于其增加的內能
D.對外做的功大于其吸收的熱量
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能力綜合練
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將踩扁的乒乓球放到熱水中，球內氣體溫度升高，分子平均動能變大，內能增大，ΔU>0，球內氣體體積增大，外界對氣體做負功，W<0，根據熱力學第一定律ΔU=ΔQ+W，可知ΔQ>0，氣體吸收熱量，且有ΔQ>ΔU，|W|<ΔQ，故選B、C。
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9.(2023·佛山市高二模擬)如圖，小明把空的玻璃瓶開口向下緩慢壓入恒溫水中，瓶內空氣無泄漏，在下降過程中
A.氣體從外界吸熱
B.單位面積單位時間氣體分子撞擊瓶壁次數增多
C.氣體內能增大
D.氣體對外做功
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下壓過程中，氣體壓強變大，溫度不變，則氣體體積減小，外界對氣體做功，氣體內能不變，氣體向外放熱，選項A、C、D錯誤；
氣體壓強變大，溫度不變，則氣體分子平均動能不變，氣體體積減小，則氣體的分子密集程度變大，則單位面積單位時間氣體分子撞擊瓶壁次數增多，選項B正確。
10.甲分子固定在坐標原點O，乙分子沿x軸運動，甲、乙兩分子間的分子勢能Ep與甲、乙兩分子間距離x的關系如圖中曲線所示，圖中分子勢能的最小值為-E0。若乙分子所具有的分子動能和分子勢能之和為0，則下列說法正確的是
A.乙分子在P點(x=x2)時，加速度最大，分子力最大
B.乙分子在P點(x=x2)時，分子動能最大，且其動能為E0
C.乙分子在Q點(x=x1)時，處于平衡狀態，其分子力為零
D.乙分子在Q點(x=x1)時，分子力表現為引力
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由題圖可知，乙分子在P點(x=x2)時，分子勢能
最小，則x2處為平衡位置，分子引力與分子斥力
大小相等，合力為零，乙分子處于平衡狀態，分
子力和加速度均為零，故A錯誤；
乙分子在P點(x=x2)時的分子勢能最小，為-E0，由題知乙分子所具有的分子動能和分子勢能之和為0，可知乙分子在P點的分子動能最大，為E0，故B正確；
乙分子在Q點(x=x1)時，分子間距離小于平衡距離，分子力表現為斥力，乙分子處于非平衡狀態，故C、D錯誤。
11.(2023·廣州市高二期末)用隔板將一絕熱氣缸分成兩部分，隔板左側充有一定質量的理想氣體，右側與絕熱活塞之間是真空的?，F將隔板抽開，氣體會自發擴散至整個氣缸，待氣體達到穩定狀態后，緩慢推壓活塞，將氣體壓縮回到原來的體積。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，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，對于一定質量的理想氣體，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，氣體內能增大，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。
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12.如圖，內壁光滑的氣缸豎直放置在水平桌面上，氣缸內封閉一定質量的理想氣體。氣體從狀態A(活塞在A處)變為狀態B(活塞
在B處)時，氣體吸收熱量280 J，并對外做功120 J。
(1)氣體的內能改變了多少？是增加還是減少？
尖子生選練
答案　160 J　增加　
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根據熱力學第一定律可知，氣缸內封閉氣體的內能變化量為
ΔU=Q+W=280 J+(-120) J=160 J
即內能增加了160 J。
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(2)某人接著提了后一個問題，說：“若使氣體從上一問的B狀態再回到A狀態，即回到原來A時的體積和溫度，氣體放出的熱量是150 J，那么返回過程中氣體對外做的功又是多少？”請你對后一個問題進行評價。
答案　10 J　見解析
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若氣體從B狀態又返回A狀態，則氣體的內能變化量為ΔU'=ΔU=-160 J
根據熱力學第一定律可知，氣體由B狀態返回A狀態的過程中有ΔU'=Q'+W'
則W'=ΔU'-Q'=(-160+150) J=-10 J
即氣體從B狀態返回A狀態過程中，對外做功為10 J。
后一個問題的題設條件有誤，該過程不能發生，因為
氣體從B狀態返回A狀態，體積減小，顯然應該是外界
對氣體做功才合理。
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