2025高考物理步步高同步练习选修3第三章　热力学定律第1节　功、热和内能的改变含答案

2025高考物理步步高同步练习选修3第三章热力学定律第1节功、热和内能的改变学习目标要求核心素养和关键能力1.了解焦耳的两个实验的原理。2.知道做功和传热是改变内能的两种方式及做功、传热与内能改变的关系。3.明确内能、功、热量和温度四个物理量的区别和联系。1.科学思维用等效思维理解做功和热传递在改变物体内能上的等效性。2.科学探究体会焦耳实验的科学探究过程。一、焦耳的实验1.绝热过程：系统不从外界吸热，也不向外界放热的过程。2.代表实验(1)重物下落带动叶片搅拌容器中的水，引起水温上升。(2)通过电流的热效应给水加热。3.实验结论：在各种不同的绝热过程中，系统状态变化相同，则外力所做的功相同，与做功的方式无关。二、功和内能的改变1.内能：依赖于一个热力学系统自身状态的物理量，是热力学系统的一种能量。2.功和内能：在绝热过程中，外界对系统做的功等于系统内能的变化量，即ΔU＝W。(1)ΔU＝W适用条件是绝热过程。(2)在绝热过程中：外界对系统做功，系统的内能增加；系统对外界做功，系统的内能减少。【判一判】(1)从微观角度说，内能是所有分子的动能和势能之和。(√)(2)从宏观角度说，内能是只依赖于热力学系统自身状态的物理量。(√)(3)功是状态量，内能是过程量。(×)(4)外界对物体做功多，就意味着物体的内能大。(×)三、热与内能的改变1.传热(1)条件：物体的温度不同。(2)过程：温度不同的物体发生传热，温度高的物体要降温，温度低的物体要升温，热量从高温物体传到低温物体。(3)传热的三种方式：热传导、热对流、热辐射。2.热和内能(1)单纯地对系统传热也能改变系统的热力学状态，即传热能改变物体的内能。(2)热量：在单纯的传热过程中系统内能变化的量度。(3)单纯的传热过程中内能的变化。①公式：ΔU＝Q。②物体吸热，Q为正；物体放热，Q为负。【判一判】(1)若A、B两物体接触但没有传热，则两物体所包含的热量相等。(×)(2)做功和传热的共同点是都能使系统内能改变。(√)(3)一物体先后经过几个不同的物理过程，其温度均从t1升高到t2，则在这些过程中物体一定从外界吸收相同的热量。(×)(4)高温物体内能多，低温物体内能少。(×)探究1做功和内能的改变■情境导入如图所示，大口玻璃瓶内有一些水，水的上方有水蒸气，向瓶内打气，当瓶塞跳出时，观察瓶内的变化。观察瓶塞跳出时瓶内的变化我们研究的是瓶塞跳出的过程，而研究的对象即“系统”是什么？在瓶塞跳出的过程中，是外界在对系统做功还是系统在对外界做功？这个过程中系统的内能有什么变化？你从什么现象推断出它的内能发生了变化？答案当瓶塞跳出时，我们会发现瓶内的瓶口处有“白雾”产生。我们所选的研究对象是瓶内水面上方的水蒸气，在瓶塞跳出的过程中，是系统膨胀对外界做功，在这个过程中系统的内能减少，瓶内的瓶口处的“白雾”实际上是瓶内的水蒸气液化形成的无数小液滴，水蒸气液化过程中内能减少。■归纳拓展1.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)与内能相互转化的过程。(2)在绝热过程中，外界对物体做功，则W＞0，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；物体对外界做功，则W＜0。物体对外界做多少功，就有多少内能转化为其他形式的能，物体的内能就减少多少。2.功与内能的区别(1)功是过程量，内能是状态量。(2)物体的内能大，并不意味着做功多。在绝热过程中，只有内能变化越大时，相应地做功才越多。特别提醒(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，做功一定能引起内能的变化。在绝热过程中，系统内能的变化量等于外界对系统所做的功。【例1】如图为焦耳实验装置图，用绝热性能良好的材料将容器包好，重物下落带动叶片搅拌容器里的水，引起水温升高。关于这个实验，下列说法正确的是()A．这个装置可测定热功当量B．做功增加了水的热量C．做功增加了水的动能D．功和热量是完全等价的，无区别答案A解析该实验测定做功和内能变化的关系，可以测定热功当量，A正确；做功增加了水的内能，做功表示能量的转化，而热量表示传热中内能的转移，二者有区别，B、C、D错误。【例2】如图所示，一定质量的理想气体密封在绝热(即与外界不发生热交换)容器中，容器内装有一可以活动的绝热活塞。今对活塞施加一竖直向下的压力F，使活塞缓慢向下移动一段距离后，气体的体积减小。若忽略活塞与容器壁间的摩擦力，则被密封的气体()A.温度升高，压强增大，内能减少B.温度降低，压强增大，内能减少C.温度升高，压强增大，内能增加D.温度降低，压强减小，内能增加答案C解析向下压活塞，活塞对气体做功，气体的内能增加，温度升高，气体的体积减小，由eq\f(pV,T)＝C可得出气体的压强增大，故选项C正确。【针对训练1】如图所示的容器中，A、B中各有一个可自由移动的活塞，活塞下面是水，上面是大气，大气压恒定，A、B的底部由带阀门K的管道相连，整个装置与外界绝热。打开阀门前，A中水面比B中水面高，打开阀门后，A中的水逐渐向B中流，最后达到同一高度，在这个过程中()A.大气压力对水做功，水的内能增加B.水克服大气压力做功，水的内能减少C.大气压力对水不做功，水的内能不变D.大气压力对水不做功，水的内能增加答案D解析打开阀门K稳定后，容器A、B中的水面相平，相当于图中画斜线部分的水从A移到B，这部分水的重力势能减少了，即重力对水做了功，同时大气压力对A容器中的水做正功为p0SAhA，对B容器中的水做负功为p0SBhB，因为两部分水的体积相等，所以大气压力对水做的总功为零。由于容器绝热，系统与外界之间没有热交换，而重力对系统做正功，故水的内能增加，选项D正确。探究2热和内能的改变■情境导入(1)用铁锤反复敲击铁棒，铁棒的温度会升高，把铁棒放在炭火上烧，铁棒的温度也会升高，这说明了什么问题？(2)如图所示是传热的三种方式——传导、对流和辐射。①这三种方式在传递能量时有什么共同点？②传热和做功都可以改变物体的内能，这两种方式在改变物体内能时本质上又有什么不同？答案(1)说明做功和传热都能改变物体的内能。(2)①三种方式都是热量从一个物体传递到另一个物体。②传热是内能在物体间(或一个物体的不同部分之间)转移，做功是其他形式的能和内能之间的转化。■归纳拓展1.内能与温度：从宏观上看，温度表示的是物体的冷热程度；从微观上看，温度反映了分子热运动的剧烈程度，是分子平均动能的标志。物体的内能由温度、体积及物质的量(物体的质量)决定。2.热量和内能(1)内能是由系统的状态决定的，状态确定，系统的内能也随之确定。要使系统的内能发生变化，可以通过传热和做功两种方式来完成。(2)热量是传热过程中的特征物理量，热量只是反映物体在状态变化过程中所转移的能量，是用来衡量物体内能变化的，有过程，才有变化，离开过程，毫无意义。(3)对某一状态而言，只有“内能”，根本不存在“热量”和“功”。不能说一个系统中含有多少热量。3.热量与温度：热量是系统内能变化的量度，而温度是系统内大量分子做无规则运动剧烈程度的标志。传热的前提条件是两个系统之间要有温度差，传递的是热量而不是温度。4.热量与功：热量和功都是系统内能变化的量度，都是过程量，一定量的热量与一定量的功相当，但它们之间有着本质的区别。5.改变内能的两种方式的比较比较项目做功传热内能变化外界对物体做功，物体的内能增加；物体对外界做功，物体的内能减少物体吸收热量，内能增加；物体放出热量，内能减少物理实质其他形式的能与内能之间的转化不同物体间或同一物体不同部分之间内能的转移相互联系做一定量的功或传递一定量的热量在改变内能的效果上是相同的【例3】关于物体的内能和热量，下列说法中正确的有()A.热水的内能比冷水的内能多B.温度高的物体其热量必定多，内能必定大C.在传热过程中，内能大的物体其内能将减小，内能小的物体其内能将增大，直到两物体的内能相等D.在传热过程中，热量从高温物体传递到低温物体，直到两物体的温度相同为止答案D解析物体的内能由温度、体积及物体的质量(物质的量)决定，不是只由温度决定，故A、B错误；在传热过程中，热量由高温物体传给低温物体，而与物体的内能大小无关，所以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。【例4】关于热量、功和内能的下列说法中正确的是()A．热量、功、内能三者的物理意义等同B．热量、功都可以作为物体内能的量度C．热量、功都可以作为物体内能变化的量度D．热量和温度的单位相同，功和内能的单位相同答案C解析物体的内能是指物体内所有分子动能和分子势能的总和，而要改变物体的内能可以通过做功和传热两种途径，这三者的物理意义不同，A错误；热量是表示在传热过程中物体内能变化的多少，而功也是用做功的方式量度物体内能变化的多少，B错误，C正确；热量、功、内能三者的单位都是焦耳，与温度的单位不同，D错误。【针对训练2】一个气泡从恒温水槽的底部缓慢向上浮起(若不计气泡内空气分子势能的变化)，则()A.气泡对外做功，内能不变，同时放热B.气泡对外做功，内能不变，同时吸热C.气泡内能减少，同时放热D.气泡内能不变，不吸热也不放热答案B解析在气泡缓慢上升的过程中，气泡外部的压强逐渐减小，气泡膨胀，对外做功，故气泡中空气分子的内能减少，温度降低。但由于外部恒温，且气泡缓慢上升，故可以认为上升过程中气泡内空气的温度始终等于外界温度，内能不变，故需从外界吸收热量，且吸收的热量等于对外界所做的功。故选项B正确。1.(做功与内能变化)景颇族的祖先发明的点火器如图所示，用牛角做套筒，木制推杆前端粘着艾绒，猛推推杆，艾绒即可点燃。对筒内封闭的气体，在此压缩过程中()A.气体温度升高，压强不变B.气体温度升高，压强变大C.气体对外界做正功，气体内能增加D.外界对气体做正功，气体内能减少答案B解析在压缩过程中推杆对气体做正功，气体的内能增加，温度升高，根据理想气体状态方程eq\f(pV,T)＝C可知，气体的压强变大，故B正确。2.(做功与内能变化)如图所示，活塞将汽缸分成甲、乙两气室，汽缸、活塞(连同拉杆)是绝热的，且不漏气，以E甲、E乙分别表示甲、乙两气室中气体的内能，则在将拉杆缓慢向外拉的过程中()A.E甲不变，E乙减小 B.E甲不变，E乙增大C.E甲增大，E乙不变 D.E甲增大，E乙减小答案D解析本题解题的关键是明确甲、乙两气室气体都经历绝热过程，内能的改变取决于做功的情况。对甲室内的气体，在拉杆缓慢向外拉的过程中，活塞左移，压缩气体，外界对甲室气体做功，其内能增大；对乙室内的气体，活塞左移，气体膨胀，气体对外界做功，内能减小，故选项D正确。3．(传热与内能变化)关于传热，下列说法正确的是()A．传热中，热量一定从含热量多的物体传向含热量少的物体B．两个物体间发生传热的条件是它们之间有温度差C．在传热中热量一定从内能多的物体传向内能少的物体D．内能相等的两个物体相互接触时，不可能发生传热答案B解析热量的概念只有在涉及能量传递时才有意义，所以不能说物体含有多少热量，A错误；物体间发生传热的条件是物体间存在温度差，B正确；在传热中，热量一定从温度高的物体传向温度低的物体，温度高的物体内能不一定多，内能相等的两个物体相互接触时，也可能发生热传递，故C、D错误。4.(改变物体内能的两种方式)如图所示是古人锻造铁器的过程，关于改变物体内能的方式，下列说法正确的是()A.加热和锻打属于传热，淬火属于做功B.加热属于传热，锻打和淬火属于做功C.加热和淬火属于传热，锻打属于做功D.加热和淬火属于做功，锻打属于传热答案C解析用铁锤锻打铁器，铁器会发热，属于做功改变物体内能；用火对铁器加热，铁器从火中吸收热量，把铁器放在水中淬火，铁器向水中放热，所以加热和淬火属于传热改变物体内能，故选项C正确。课时定时训练(限时20分钟)1.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.物体从外界吸收热量，其内能不一定增加D.物体对外界做功，其内能一定减少答案C解析物体的内能由温度、体积及物质的量(物体的质量)决定，不是只由温度决定，故A、B错误；物体从外界吸收热量，有可能同时对外做功，其内能不一定增加，同时，物体对外做功，有可能同时从外界吸收热量，其内能不一定减少，故C正确，D错误。2.关于传热，下列说法正确的是()A.传热是高温物体的温度传给低温物体B.不接触的物体之间不会发生传热C.比热容相同的物体之间不会发生传热D.温度相同的物体之间不会发生传热答案D解析传热的实质是内能从高温物体转移到低温物体，传递的不是温度，选项A错误；不接触的物体之间可以通过热辐射的方式进行传热，选项B错误；热量总是从温度高的物体传递给温度低的物体，和物体的比热容没有关系，选项C错误；传热的条件是两物体的温度不同，温度相同的物体之间不存在温度差，不会发生传热，选项D正确。3.关于内能，以下说法正确的是()A.做功和传热在改变物体内能的效果上是等效的B.只要物体的温度不变，它的内能就不变C.每个分子的内能等于这个分子的势能和动能的总和D.焦耳通过大量实验提出了热和能的当量关系答案A解析做功和传热在改变物体内能的实质不同，但效果上是等效的，故A正确；内能是物体内所有分子的动能和分子势能的总和，宏观上取决于温度、体积和物质的量(物体的质量)，物体温度不变，但体积变化导致分子势能发生变化，那么物体的内能就要变化，故B错误；内能是一个宏观量，是物体内所有分子的动能和分子势能的总和，故C错误；焦耳通过大量实验提出了热和功的当量关系，故D错误。4.如图所示是焦耳在研究热与功之间关系的两个典型实验，那么从焦耳的这两个实验中可得出的结论是()A.热量可由高温物体传给低温物体B.机械能守恒C.在各种不同的绝热过程中，系统状态的改变与做功的方式无关，仅与做功数量有关D.在各种不同的绝热过程中，系统状态的改变不仅与做功方式有关，还与做功数量有关答案C解析焦耳通过多次实验，最后得到的结论是，在各种不同的绝热过程中，系统状态的改变与做功方式无关，仅与做功数量有关，故选项C正确，其余选项均不是焦耳实验的结论。5.如图所示，太阳能热水器是一种能够将太阳的光能转化为内能的装置。这种装置可以使装置内的水温度升高，这种改变水的内能的方式是()A.做功 B.传热C.既有做功也有传热 D.电流的热效应答案B解析太阳能热水器是通过传热的方式将水加热，故选项B正确。6．用手不断地在同一地方反复弯折细铁丝，铁丝被折断时，断口很烫手，这说明()A．铁丝从外界吸收热量，温度升高B．对物体做功，也能使物体内能增加C．做功和传热是等效的D．机械功可以转化成热量，铁丝吸收了热量，温度升高答案B解析反复弯折细铁丝的过程就是一个外力对铁丝做功的过程，这将使铁丝的内能增加，内能增加的宏观表现就是铁丝的温度升高，这里并没有涉及传热的过程，故B正确，A、C错误；做功转化的是能，在这里转化的是内能，而不是一个作为过程量的热量，故D错误。7．金属制成的汽缸中放入浸了少许乙醚的脱脂棉，有可能使其达到燃点而燃烧的过程是()A．迅速向里推活塞 B．迅速向外拉活塞C．缓慢向里推活塞 D．缓慢向外拉活塞答案A解析浸了乙醚的脱脂棉较容易燃烧，但在常温或稍高于常温的情况下也不会自燃，因此，想使其达到燃点而燃烧必须使其温度升到足够高，即使其内能增加。若向外拉活塞，无论是缓慢拉还是迅速拉，都会因为气体膨胀对外做功而导致汽缸内气体内能减少(温度降低)；当缓慢向里推活塞时，尽管外界对缸内气体做功而使气体温度升高，但由于气体同时要向外散热，此过程气体温度升高不多，不能达到乙醚燃点；而当迅速向里推活塞时，外界对气体做功的功率很大，由于气体来不及向外散热，因此，气温急剧上升，这样就可以使缸内气体温度达到乙醚燃点而使之燃烧，故A正确。8．在外界不做功的情况下，物体的内能增加了50J，下列说法正确的是()A．一定是物体放出了50J的热量B．一定是物体吸收了50J的热量C．一定是物体分子动能增加了50JD．物体的温度一定升高答案B解析在外界不做功的情况下，内能的改变量等于传递的热量，内能增加50J，一定是吸收了50J的热量，故A错误，B正确；物体内能包括所有分子的动能和势能，内能由分子数、分子平均动能、分子势能共同决定，所以内能增加了50J并不一定是分子动能增加了50J，物体分子的平均动能有可能不变，即温度也可能不变，这时吸收的50J热量全部用来增加分子势能，故C、D错误。9．夏季，长春市的天气温差比较大，充足气的车胎经过正午阳光的暴晒容易爆胎。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。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，车胎内气体压强不变B．爆胎前随着气温的升高，车胎内气体吸收热量，内能增大C．爆胎过程中，车胎内气体对外做功，内能增大D．爆胎过程中，车胎内气体分子平均动能不变答案B解析爆胎前气体体积不变，温度升高时，压强增大，内能增大，A错误，B正确；爆胎过程时间极短，气体来不及与外界热交换，其体积膨胀对外做功，则气体内能减小，温度降低，气体分子平均动能减小，故C、D错误。第2节热力学第一定律第3节能量守恒定律一、热力学第一定律1.改变内能的两种方法：做功与传热。两者在改变系统内能方面是等价的。2.热力学第一定律(1)内容：一个热力学系统的内能变化量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和。(2)数学表达式：ΔU＝Q＋W。【判一判】(1)系统从外界吸收热量5J，内能可能增加5J。(√)(2)物体吸收热量，内能一定增大。(×)(3)物体对外做功，内能一定减少。(×)二、热力学第一定律的应用1.由ΔU＝U2－U1知，当系统内能增加时，ΔU取正值，内能减少时，ΔU取负值。2.外界对系统做功时，W取正值；而系统对外界做功时，W取负值。3.外界向系统传递的热量Q取正值；而系统向外界传递的热量Q就取负值。【判一判】(1)体积膨胀的物体，其内能一定减少。(×)(2)物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变。(√)(3)物体放出热量，同时对外做功，内能可能不变。(×)三、能量守恒定律1.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，能量的总量保持不变。2.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)第一类永动机由于违背了能量守恒定律，所以不可能制成。探究1热力学第一定律的理解和应用1.对热力学第一定律的理解(1)热力学第一定律不仅反映了做功和传热这两种改变内能的过程是等价的，而且给出了内能的变化量和做功与传热之间的定量关系。(2)定律的表达式ΔU＝Q＋W是标量式。(3)应用时各量的单位应统一为国际单位焦耳。2.公式ΔU＝Q＋W中符号的规定符号WQΔU＋外界对系统做功系统吸收热量内能增加－系统对外界做功系统放出热量内能减少3.判断是否做功的方法一般情况下外界对物体做功与否，需看物体的体积是否变化。(1)若物体体积增大，表明物体对外界做功，W＜0。(2)若物体体积减小，表明外界对物体做功，W＞0。4.几种特殊情况(1)若过程是绝热的，则Q＝0，W＝ΔU，外界对物体做的功等于物体内能的增加。(2)若过程中不做功，即W＝0，则Q＝ΔU，物体吸收的热量等于物体内能的增加。(3)若过程的始末状态物体的内能不变，即ΔU＝0，则W＋Q＝0或W＝－Q，外界对物体做的功等于物体放出的热量。【例1】一定量的气体从外界吸收了2.6×105J的热量，内能增加了4.2×105J。(1)是气体对外界做了功，还是外界对气体做了功？做了多少焦耳的功？(2)如果气体吸收的热量仍为2.6×105J不变，但是内能增加了1.6×105J，计算结果W＝－1.0×105J，是负值，怎样解释这个结果？(3)在热力学第一定律ΔU＝Q＋W中，W、Q和ΔU的正值、负值各代表什么物理意义？答案(1)外界对气体做了1.6×105J的功。(2)说明气体对外界做功。(3)在公式ΔU＝Q＋W中，ΔU＞0，气体内能增加；ΔU＜0，气体内能减少。Q＞0，气体吸热；Q＜0，气体放热。W＞0，外界对气体做功；W＜0，气体对外界做功。解析(1)由热力学第一定律：如果气体跟外界同时发生做功和传热的过程，那么，外界对气体所做功W加上气体从外界吸收的热量Q等于气体内能的增加ΔU，即ΔU＝W＋Q将Q＝2.6×105J，ΔU＝4.2×105J代入上式得：W＝ΔU－Q＝4.2×105J－2.6×105J＝1.6×105JW＞0，说明外界对气体做了1.6×105J的功。(2)如果吸收的热量Q＝2.6×105J，内能ΔU增加了1.6×105J，计算结果为W＝－1.0×105J，说明气体对外界做功。(3)在公式ΔU＝Q＋W中，ΔU＞0，气体内能增加；ΔU＜0，气体内能减少。Q＞0，气体吸热；Q＜0，气体放热。W＞0，外界对气体做功；W＜0，气体对外界做功。【例2】如图，内壁光滑的汽缸竖直放置在水平桌面上，汽缸内封闭一定质量的气体。气体从状态A(活塞在A处)变为状态B(活塞在B处)时，气体吸收热量280J，并对外做功120J。(1)气体的内能改变了多少？是增加还是减少？(2)某人在上一问的基础上又接着提了后一个问题，说：“有人使气体从上一问的B状态再回到A状态，即回到原来A时的体积和温度，气体放出的热量是150J，那么返回过程中气体对外做的功又是多少？”请你对后一个问题进行评价。答案(1)160J，增加(2)见解析解析(1)根据热力学第一定律可知，汽缸内封闭气体的内能变化量为ΔU＝Q＋W＝[280＋(－120)]J＝160J即内能增加了160J。(2)若气体从B状态又返回A状态，则气体的内能变化量为ΔU′＝ΔU＝－160J根据热力学第一定律可知，气体由B状态返回A状态的过程中有ΔU′＝Q′＋W′则W′＝ΔU′－Q′＝(－160＋150)J＝－10J即气体从B状态返回A状态过程中，对外做功为10J但从B状态到A状态，气体体积减少，应该对气体做功，显然与实际情况不符，故该问题题设有误，该过程不能发生。探究2能量守恒定律的理解和应用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.第一类永动机不可能制成的原因分析如果没有外界供给热量而对外做功，由ΔU＝Q＋W知，系统内能将减小。若想源源不断地做功，在无外界能量供给的情况下是不可能的。【例3】下列关于能量转化现象的说法中，正确的是()A．用太阳灶烧水是太阳能转化为内能B．电灯发光是电能转化为热能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答案A解析用太阳灶烧水是太阳能转化为内能，A正确；电灯发光是消耗电能，转化为光能，B错误；核电站发电是核能转化为电能，C错误；生石灰放入凉水中，水温升高是化学能转化为内能，D错误。【例4】(2021·安徽亳州二中高二期末)“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.它违背了能的转化和守恒定律C.它做功产生的热不符合热功当量D.暂时找不到合理的设计方案和理想材料答案B解析第一类永动机不可能制成的原因是违背了能的转化和守恒定律，故B正确，A、C、D错误。【针对训练】大约在1670年，英国赛斯特城的主教约翰·维尔金斯设计了一种磁力“永动机”。如图所示，在斜坡顶上放一块强有力的磁铁，斜坡上端有一个小孔，斜面下有一个连接小孔直至底端的弯曲轨道，维尔金斯认为：如果在斜坡底端放一个小铁球，那么由于磁铁的吸引，小铁球就会向上运动，当小球运动到小孔P处时，它就要掉下，再沿着斜面下的弯曲轨道返回斜坡底端Q，由于有速度而可以对外做功，然后又被磁铁吸引回到上端，到小孔P处又掉下。在以后的二百多年里，维尔金斯的永动机居然改头换面地出现过多次，其中一次是在1878年，即在能量转化和守恒定律确定20年后，竟在德国取得了专利权。关于维尔金斯“永动机”，正确的认识应该是()A.符合理论规律，一定可以实现，只是实现时间早晚的问题B.如果忽略斜面的摩擦，维尔金斯“永动机”一定可以实现C.如果忽略斜面的摩擦，铁球质量较小，磁铁磁性又较强，则维尔金斯“永动机”可以实现D.违背能量转化和守恒定律，不可能实现答案D解析如果忽略摩擦，那么铁球返回斜坡底端Q时速度为零，无法对外做功，如果在返回的过程中对外做功了，将无法返回到底端Q。所以该“永动机”不可以实现。D正确。1.(热力学第一定律的理解和应用)如图是封闭的汽缸，内部封闭有一定质量的理想气体。外力推动活塞P压缩气体，对汽缸内气体做功800J，同时气体向外界放热200J，则汽缸内气体的()A.温度升高，内能增加600JB.温度升高，内能减少200JC.温度降低，内能增加600JD.温度降低，内能减少200J答案A解析由热力学第一定律：ΔU＝Q＋W得ΔU＝－200J＋800J＝600J，一定质量的理想气体的内能大小只与温度有关，ΔU＝600J＞0，故温度一定升高，选项A正确。2.(热力学第一定律的理解和应用)北京春秋两季的昼夜温差较大，细心的司机发现从早晨到中午，车胎的体积和胎内气体的压强都会变大。若这段时间胎内气体质量不变，且可将其视为理想气体，那么从早晨到中午这段时间内，车胎内的气体()A.对外界做功，内能减小B.对外界做功，内能不变C.吸收热量，内能不变D.吸收的热量大于对外所做的功答案D解析车胎的体积和胎内气体的压强都会变大。根据eq\f(pV,T)＝C，温度升高，则气体内能增大，且对外做功，根据热力学第一定律可知，气体吸热大于对外所做的功，故选项D正确。3.(能量守恒定律的理解和应用)下列关于能的转化和能量守恒定律的认识不正确的是()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——永动机不可能制成D.石子从空中落下，最后停止在地面上，说明机械能消失了答案D解析根据能量守恒定律得知，某种形式的能减少，其他形式的能一定增加，故A正确；某个物体的能量减少，根据能量守恒定律得知，必然有其他物体的能量增加，故B正确；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，故C正确；石子在运动和碰撞中机械能转化为了物体及周围物体的内能，并没有消失，故D错误。4.(能量守恒定律的理解和应用)如图所示，小朋友坐在滑梯上匀速下滑，在这个过程中()A.小朋友的机械能逐渐转化为系统的内能，总能量减少B.因为能量是守恒的，小朋友的机械能大小不变C.系统内能是通过传热方式改变的D.由于摩擦，小朋友滑过的滑梯温度升高，分子的平均动能增大，但不是其中每一个分子的动能都增大答案D解析小朋友沿滑梯匀速下滑的过程中，动能不变，重力势能减小，故机械能减小，减小的重力势能逐渐转化为系统的内能，总能量不变，选项A、B错误；系统内能是通过做功方式改变的，选项C错误；温度是分子平均动能的标志，温度越高，分子的平均动能越大，但不是每一个分子的动能都增大，选项D正确。课时定时训练(限时25分钟)题组一热力学第一定律的理解和应用1.在热力学第一定律的表达式ΔU＝Q＋W中关于ΔU、Q、W各个物理量的正、负，下列说法中正确的是()A.外界对物体做功时W为正，吸热时Q为负，内能增加时ΔU为正B.物体对外界做功时W为负，吸热时Q为正，内能增加时ΔU为负C.物体对外界做功时W为负，吸热时Q为正，内能增加时ΔU为正D.外界对物体做功时W为负，吸热时Q为负，内能增加时ΔU为负答案C解析外界对物体做功时W为正，反之为负；吸热时Q为正，反之为负；内能增加时ΔU为正，反之为负，故C正确。2.一定质量的气体在某一过程中，外界对气体做了8×104J的功，气体的内能减少了1.2×105J，则下列各式正确的是()A.W＝8×104J，ΔU＝1.2×105J，Q＝4×104JB.W＝8×104J，ΔU＝－1.2×105J，Q＝－2×105JC.W＝－8×104J，ΔU＝1.2×105J，Q＝2×104JD.W＝－8×104J，ΔU＝－1.2×105J，Q＝－4×104J答案B解析因为外界对气体做功，W取正值，即W＝8×104J；气体内能减少，ΔU取负值，即ΔU＝－1.2×105J；根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W，可知Q＝ΔU－W＝－1.2×105J－8×104J＝－2×105J，选项B正确。3.一定质量的理想气体，从某一状态开始经过一系列改变后又回到开始状态，用W1表示外界对气体做功，W2表示气体对外界做功，Q1表示气体吸收的热量，Q2表示气体放出的热量，则整个过程一定有()A.Q1－Q2＝W2－W1 B.Q1＝Q2C.W2＝W1 D.Q1＞Q2答案A解析由题意知，W1为正功，W2为负功Q1为正，Q2为负，故W＝W1－W2，Q＝Q1－Q2由于从某一状态开始，经过一系列变化后又回到开始的状态，所以ΔU＝W＋Q＝0即得Q1－Q2＝W2－W1，故选项A正确。4.关于内能的变化，以下说法正确的是()A.物体吸收热量，内能一定增大B.物体对外做功，内能一定减少C.物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变D.物体放出热量，同时对外做功，内能可能不变答案C解析根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W，物体内能的变化与做功及传热两个因素均有关.物体吸收热量，内能不一定增大，因为物体可能同时对外做功，故内能有可能不变或减少，A错误；物体对外做功，可能同时吸收热量，内能还有可能不变或增大，B错误，C正确；物体放出热量，同时对外做功，内能一定减少，D错误。5.固定不动的水平汽缸内由活塞B封闭着一定质量的理想气体，气体分子之间的相互作用可以忽略。假设汽缸的导热性能很好，环境的温度保持不变。若用外力F将活塞B缓慢地向右拉动，如图所示，则在拉动活塞的过程中，关于汽缸内气体的下列结论，其中正确的是()A.气体对外做功，气体内能减小B.气体对外做功，气体内能不变C.外界对气体做功，气体内能不变D.气体向外界放热，气体内能不变答案B解析用力F缓慢拉动活塞时，气体膨胀，对外做功，但由于汽缸的导热性能很好，环境温度又不变，汽缸会从外界吸收热量而保持与环境温度相同，因而气体的内能不变，故B选项正确。题组二能量守恒定律的理解和应用6.有关能量的转化和守恒定律，下列说法正确的是()A.只适用于机械能与内能的相互转化B.只适用能量转化过程C.“摩擦生热”是创造了热，它不符合能量守恒定律D.根据能量守恒定律，宇宙中的能量总和不变答案D解析能量的转化和守恒定律是自然界普遍遵循的一个规律，适用于一切能量和一切物理过程，故D正确，A、B、C错误。7.一种冷暖两用型空调在制热时，每消耗1J电能，放出约3J的热量。下列说法正确的是()A.空调制热过程产生了新能量B.空调制热时放出的热量全部是由电能转化而来的C.此过程违反了能量守恒定律D.空调制热时放出的热量，一部分是由电能转化而来，另一部分则是从外界吸收答案D解析该空调向室内放出的热量，一部分是通过电流做功，消耗电能转化而来，另一部分则是通过从外界吸收，因此并不违反能量守恒定律，故选项D正确，A、B、C错误。8．下列关于第一类永动机的说法错误的是()A．永动机是不消耗任何能量却能源源不断地对外做功的机器B．永动机不能制成的原因是违背了热力学第一定律C．永动机不能制成的原因是技术问题D．永动机不能制成的原因是违背了能量守恒定律答案C解析永动机是不消耗任何能量却能源源不断对外做功的机器，这是人们的美好愿望，但它违背了能量守恒定律，这也是它不能制成的原因，而不是因为技术问题。故选项A、B、D正确，C错误。9．下列说法正确的是()A．随着科技的发展，永动机是可以制成的B．微观物体的高速运动也服从牛顿运动定律C．“既要马儿跑，又让马儿不吃草”违背了能量转化和守恒定律，因而是不可能的D．有种“全自动”手表，不用上发条，也不用任何形式的电源，却能一直走动，说明能量可以凭空产生答案C解析永动机违反能量守恒定律，即使随着科技的发展，永动机也是不可以制成的，A错误；牛顿运动定律适用于宏观低速的物体运动，B错误；“既要马儿跑，又让马儿不吃草”违背了能量守恒定律，因而是不可能的，C正确；由能量守恒定律可知，能量是不能凭空产生的，D错误。10.(2021·济南市期中)如图所示，内壁光滑的绝热汽缸固定在水平面上，其右端由于有挡板，厚度不计的绝热活塞不能离开汽缸，汽缸内封闭着一定质量的理想气体，活塞距汽缸右端的距离为0.2m。现对封闭气体加热，活塞缓慢移动，一段时间后停止加热，此时封闭气体的压强变为2×105Pa。已知活塞的横截面积为0.04m2，外部大气压强为1×105P