新教科版物理选修3-3同步讲义：热力学第一定律
高中物理选修3-3-热力学第一定律+能量守恒定律
热力学第一定律能量守恒定律知识集结知识元热力学第一定律知识讲解1．内容：一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和2．表达式：ΔU＝Q＋W3．ΔU＝Q＋W中正、负号法则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量；（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量；（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5．应用热力学第一定律应注意（1）热力学第一定律反映功、热量与内能改变量之间的定量关系：ΔU＝W＋Q，使用时注意符号法则(简记为：外界对系统取正，系统对外取负)．对理想气体，ΔU仅由温度决定，W仅由体积决定，绝热情况下，Q＝0（2）一般来说系统对外界做功，系统体积膨胀；外界对系统做功，系统体积则被压缩．但在某些特定条件下，例如气体自由膨胀(外界为真空)时，气体就没有克服外力做功．例题精讲热力学第一定律例1.下列说法正确的是（）A．气体温度升高，则每个气体分子的动能都将变大B．分子间距离增大时，分子间的引力和斥力先增大后减小C．一定质量理想气体温度升高，则内能增大D．在绝热过程中，外界对气体做功，气体的内能一定增加例2.关于热力学定律，下列说法正确的是（）A．气体吸热后温度一定升高B．对气体做功可以改变其内能C．理想气体等压膨胀过程一定放热D．热量不可能自发地从低温物体传到高温物体例3.下列说法中正确的是（）A．一定量气体膨胀对外做功200J，同时从外界吸收120J的热量，则它的内能增大80JB．在使两个分子间的距离由很远（r>10-9m）减小到很难再靠近的过程中，分子间作用力先减小后增大，分子势能不断增大C．由于液体表面层分子间距离大于液体内部分子间距离，液体表面存在张力D．空气相对湿度越大时，空气中水蒸气压强越接近同温度水的饱和汽压，水蒸发越慢例4.下列说法正确的是（）A．物体的温度升高，物体内每个分子的动能都会变大B．气体从外界吸收热量，气体的内能可能保持不变C．晶体均有固定的熔点，但未必有规则的形状D．第二类永动机不可能造成的根本原因在于其违反了能量守恒定律E．露珠呈球形是因为液体的表面张力的作用例5.下列说法正确的是（）A．分子间距离减小时，分子势能一定增大B．单晶体和多晶体有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点C．绝热压缩和等温压缩，气体内能均不变D．一定量的理想气体升高相同的温度，等压变化比等容变化吸收的热量多例6.有关分子的热运动和内能，下列说法正确的是（）A．物体的内能改变时温度不一定改变B．外界对物体做功，物体的内能必定增加C．一定质量的理想气体，温度不变，分子的平均动能不变D．内能小的物体也可能将热量传递给内能大的物体E．物体的温度越高，每个分子的热运动都会越剧烈能量守恒定律知识讲解1.内容能量即不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，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。
新人教版高中物理选修3-3 热力学第一定律 能量守恒定律
一、热力学第一定律┄┄┄┄┄┄┄┄①1．改变内能的两种方式：做功和热传递。
2．热力学第一定律(1)内容：一个热力学系统的内能增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。
[说明]1．当做功和热传递同时发生时，物体的内能可能增加，也可能减小，还可能保持不变。
2．物体内能发生变化可能是由做功引起的，也可能是由热传递引起的，还可能是两者共同作用的结果。
①[判一判]1．外界对系统做功，系统的内能一定增加(×)2．系统内能增加一定是因为系统从外界吸收热量(×)3．系统从外界吸收热量5 J，同时对外做功5 J，则内能保持不变(√)二、能量守恒定律┄┄┄┄┄┄┄┄②1．内容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另一种形式，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．意义(1)各种形式的能可以相互转化。
(2)各种物理现象可以用能量守恒定律联系在一起。
3．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)不可制成的原因：违背了能量守恒定律。
[注意]1．能量守恒定律是自然界中普遍适用的规律，不需要任何附加条件。
2．第一类永动机违背了能量守恒定律，故无论采用任何先进的技术都不可能制成。
②[选一选]自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，下列说法正确的是()A．机械能守恒B．能量正在消失C．只有动能和重力势能的相互转化D．减少的机械能转化为内能，但总能量守恒解析：选D自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，说明机械能在减少，A、C错误；减少的机械能通过摩擦转化成了内能，B错误，D正确。
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热传递这两种改变内能的过程是等效的，而且给出了内能的变化量和做功与热传递之间的定量关系。
(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。
物理选修3-3热力学第一定律《能量守恒》
和细胞学说、达尔文的生物进化论一起称为19世纪自然科学的 三大发现。
第3讲 热力学第一定律 能量守恒定律
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第3讲 热力学第一定律 能量守恒定律
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2.第一类永动机是不可能制成的 (1)不消耗能量而能源源不断地对外做功的机器，叫第一 类永动机。因为第一类永动机违背了能量守恒定律，所 以无一例外地归于失败。 (2)永动机给我们的启示： 人类利用和改造自然时，必须遵循自然规律。
系统对外界做功，W<0，即W为负值。 ②热量Q： 系统吸热为正，Q>0；
系统放热为负，Q<0。 ③内能变化：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。
第3讲 热力学第一定律 能量守恒定律
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(2)判断是否做功的方法: 一般情况下外界对系统做功与否，需看系统的体积是否 变化： ① 若系统体积增大，表明系统对外界做功，W<0； ② 若系统体积变小，表明外界对系统做功，W>0。
类永动机。
2.第一类永动机由于违背了
所以不可能制成。
能量守恒定律
第3讲 热力学第一定律 能量守恒定律
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课堂讲义
一、热力学第一定律
理解·深化·探究
1.内容: 一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量
与外界对它所做的功的和。
2.公式：
ΔU＝W＋Q
(1)对ΔU、Q、W符号的规定: ①功W： 外界对系统做功，W>0，即W为正值；
第3讲 热力学第能量守恒定律解题的方法： ①首先分析有哪几种形式的能在参与转化，分别 列出增加的能量与减少能量的表达式。
②利用ΔE增＝ΔE减列式求解。
选修3-3(高中物理旧教材同步讲义)第10章 3 热力学第一定律 能量守恒定律同步讲义
3热力学第一定律能量守恒定律[学科素养与目标要求]物理观念：1.理解热力学第一定律和能量守恒定律.2.知道什么是第一类永动机及其不可能制成的原因．科学思维：1.能利用热力学第一定律进行有关计算.2.会用能量守恒的观点分析、解决有关问题．一、热力学第一定律1．改变内能的两种方式：做功与热传递．两者在改变系统内能方面是等价的．2．热力学第一定律：一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和．3．热力学第一定律的表达式：ΔU＝Q＋W.二、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另一种形式，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．能量守恒定律的意义(1)各种形式的能可以相互转化．(2)各种物理现象可以用能量守恒定律联系在一起．3．永动机不可能制成(1)第一类永动机：人们把设想的不消耗能量的机器称为第一类永动机．(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．1．判断下列说法的正误．(1)外界对系统做功，系统的内能一定增加．(×)(2)系统内能增加，一定是系统从外界吸收了热量．(×)(3)系统内能减少，一定是系统对外界做了功．(×)(4)违背能量守恒定律的过程是不可能发生的．(√)2．一定质量的气体从外界吸收了50 J的热量，同时对外做功100 J，则物体的内能________(“增加”或“减少”)________ J.答案减少50一、热力学第一定律(1)如图所示，快速推动活塞对汽缸内气体做功10 J，气体内能改变了多少？若保持气体体积不变，外界对汽缸传递10 J的热量，气体内能改变了多少？(2)一根金属丝经过某一物理过程，温度升高了，除非事先知道，否则根本无法判定是通过做功的方法，还是使用了传热的方法使它的内能增加．因为单纯地对系统做功和单纯地对系统传热都能改变系统的内能．既然它们在改变系统内能方面是等价的，那么当外界对系统做功为W，又对系统传热为Q时，系统内能的增量ΔU应该是多少？答案(1)都增加了10 J．(2)Q＋W.1．对公式ΔU＝Q＋W符号的规定符号W QΔU＋体积减小，外界对热力学系统做功热力学系统吸收热量内能增加－体积增大，热力学系统对外界做功热力学系统放出热量内能减少2.几种特殊情况(1)绝热过程：Q＝0，则ΔU＝W，物体内能的增加量等于外界对物体做的功．(2)等容过程：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)等温过程：始末状态物体的内能不变，即ΔU＝0，则W＝－Q(或Q＝－W)，外界对物体做的功等于物体放出的热量(或物体吸收的热量等于物体对外界做的功)．3．判断是否做功的方法一般情况下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.特别提醒热力学第一定律是将单纯的绝热过程和单纯的传热过程中内能改变的定量表达推广到一般情况，既有做功又有传热的过程，其中ΔU表示内能改变的数量，W表示做功的数量，Q表示外界与物体间传递的热量．例1一定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1.2×105 J，则下列各式中正确的是()A．W＝8×104 J，ΔU＝1.2×105 J，Q＝4×104 JB．W＝8×104 J，ΔU＝－1.2×105 J，Q＝－2×105 JC．W＝－8×104 J，ΔU＝1.2×105 J，Q＝2×104 JD．W＝－8×104 J，ΔU＝－1.2×105 J，Q＝－4×104 J答案B解析因为外界对气体做功，W取正值，即W＝8×104J；内能减少，ΔU取负值，即ΔU＝－1.2×105J；根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可知Q＝ΔU－W＝－1.2×105J－8×104J ＝－2×105 J，B选项正确．应用热力学第一定律解题的一般步骤1．根据符号法则写出各已知量(W、Q、ΔU)的正负；2．根据方程ΔU＝W＋Q求出未知量；3．再根据未知量结果的正负来确定吸、放热情况、做功情况或内能变化情况．二、能量守恒定律的理解和应用(1)在能量发生转化或转移时，能量的总量会减少吗？(2)图为一种所谓“全自动”的机械手表，既不需要上发条，也不用任何电源，却能不停地走下去．这是不是一种永动机？如果不是，维持表针走动的能量是从哪儿来的？答案(1)能量的总量不会减少．(2)这不是永动机．手表戴在手腕上，通过手臂的运动，机械手表获得能量，供手表指针走动．若将此手表长时间放置不动，它就会停下来．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＝W＋Q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2(2018·咸阳实验中学月考)如图1所示，一演示用的“永动机”转轮由5根轻杆和转轴构成，轻杆的末端装有用形状记忆合金制成的叶片．轻推转轮后，进入热水的叶片因伸展而“划水”，推动转轮转动．离开热水后，叶片形状迅速恢复，转轮因此能转动较长时间，下列说法正确的是()图1A．转轮依靠自身惯性转动，不需要消耗外界能量B．转轮转动所需能量来自形状记忆合金自身C．转动的叶片不断搅动热水，水温升高D．叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量答案D解析形状记忆合金进入水中后受热，形状发生改变而搅动热水，由能量守恒知，能量来源于热水，热水温度会降低，故A、B、C错误；由能量守恒知，叶片吸收的能量一部分转化成叶片的动能，一部分释放于空气中，故D正确．三、气体实验定律和热力学第一定律的综合应用如图所示，一定质量的理想气体由a状态变化到b状态，请在图象基础上思考以下问题：(1)在变化过程中是气体对外界做功，还是外界对气体做功？(2)在变化过程中气体吸热，还是向外放热？气体内能如何变化．答案(1)由a状态变化到b状态，气体体积变大，因此气体对外界做功，即W<0.(2)由p－V图象知从a状态变化到b状态，温度升高，故ΔU>0.由ΔU＝W＋Q得Q>0，即气体吸热，内能增加．热力学第一定律与理想气体状态方程结合问题的分析思路：(1)利用体积的变化分析做功问题．气体体积增大，气体对外界做功；气体体积减小，外界对气体做功．(2)利用温度的变化分析理想气体内能的变化．一定质量的理想气体的内能仅与温度有关，温度升高，内能增加；温度降低，内能减小．(3)利用热力学第一定律判断是吸热还是放热．由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，则Q＝ΔU－W，若已知气体的做功情况和内能的变化情况，即可判断气体状态变化是吸热过程还是放热过程．例3(多选)(2018·全国卷Ⅲ)如图2，一定量的理想气体从状态a变化到状态b，其过程如p －V图中从a到b的直线所示．在此过程中()图2A．气体温度一直降低B．气体内能一直增加C．气体一直对外做功D．气体一直从外界吸热E．气体吸收的热量一直全部用于对外做功答案BCD解析在p－V图中理想气体的等温线是双曲线的一支，而且离坐标轴越远温度越高，故从a 到b温度升高，A错；一定质量的理想气体的内能由温度决定，温度越高，内能越大，B对；气体体积膨胀，对外做功，C对；根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W，得Q＝ΔU－W，由于ΔU>0、W<0，故Q>0，气体吸热，D对；由Q＝ΔU－W可知，气体吸收的热量一部分用来对外做功，一部分用来增加气体的内能，E错．例4如图3所示，倒悬的导热汽缸中封闭着一定质量的理想气体，轻质活塞可无摩擦地上下移动，活塞的横截面积为S，活塞的下面吊着一个重为G的物体，大气压强恒为p0，起初环境的热力学温度为T0时，活塞到汽缸底面的距离为L.当环境温度逐渐升高，导致活塞缓慢下降，该过程中活塞下降了0.1L，汽缸中的气体吸收的热量为Q.求：图3(1)汽缸内部气体内能的增量ΔU ；(2)最终的环境温度T .答案 (1)Q －0.1p 0SL ＋0.1LG (2)1.1T 0解析 (1)密封气体的压强p ＝p 0－G S密封气体对外做功大小W ＝pS ×0.1L由热力学第一定律得ΔU ＝Q －0.1p 0SL ＋0.1LG(2)该过程是等压变化，由盖—吕萨克定律有LS T 0＝(L ＋0.1L )S T解得T ＝1.1T 0.1．(热力学第一定律的理解和应用)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 ＝W ＋Q ，物体内能的变化与做功及热传递两个因素均有关，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；物体对外做功，还有可能吸收热量，内能可能不变或增大，B 错，C 正确；物体放出热量，同时对外做功，内能一定减少，D 错误．2.(能量守恒定律的理解和应用)如图4所示，上端开口、粗细均匀的U 形管的底部中间有一阀门，开始阀门关闭，两管中的水面高度差为h .现将阀门打开，最终两管水面相平，则这一过程中( )图4A ．大气压做正功，重力做负功，水的内能不变B．大气压不做功，重力做正功，水的内能增大C．大气压不做功，重力做负功，水的内能增大D．大气压做负功，重力做正功，水的内能不变答案B解析由于两管粗细相同，作用在液体上的大气压力的合力为零，故大气压力不做功；水流动过程中重心下降，重力做正功，水的重力势能减少，减少的重力势能最终转化为内能，故水的内能增大，选项B对，A、C、D错．3.(热力学第一定律的理解和应用)(多选)一定质量的理想气体从状态A经过状态B变化到状态C，其V－T图象如图5所示．下列说法正确的有()图5A．A→B的过程中，气体对外界做功B．A→B的过程中，气体放出热量C．B→C的过程中，气体压强不变D．A→B→C的过程中，气体内能增加答案BC解析由V－T图象知，从A到B的过程中，气体被等温压缩，外界对气体做正功，气体的内能不变．由热力学第一定律知，气体放出热量，A错误，B正确；从B到C的过程中气体做等压变化，温度降低，气体内能减少，故C正确，D错误．4．(气体实验定律和热力学第一定律的综合应用)(2019·沙市中学高二下期中)在寒冷的冬天里泡一泡温泉，不仅可以消除疲劳，还可扩张血管，促进血液循环，加速人体新陈代谢．假设水温恒定，则温泉中正在缓慢上升的气泡()A．压强增大，体积减小，吸收热量B．压强增大，体积减小，放出热量C．压强减小，体积增大，吸收热量D．压强减小，体积增大，放出热量答案C解析温泉中正在缓慢上升的气泡，压强减小，由理想气体状态方程公式pVT＝C，知温度不变，压强减小时体积增大；一定量的理想气体的内能仅与温度有关，故内能不变，体积增大时，气体对外做功，由热力学第一定律可知，气体应吸收热量，故C正确，A、B、D错误．5．(气体实验定律和热力学第一定律的综合应用)(2018·衡水中学模拟)如图6所示，内壁光滑、足够高的圆柱形汽缸竖直放置，内有一质量为m 的活塞封闭一定质量的理想气体．已知活塞横截面积为S ，外界大气压强为p 0，缸内气体温度为T 1.现对汽缸内气体缓慢加热，使气体体积由V 1增大到V 2，该过程中气体吸收的热量为Q 1，停止加热并保持体积V 2不变，使其降温到T 1，已知重力加速度为g ，求：图6(1)停止加热时缸内气体的温度；(2)降温过程中气体放出的热量．答案 (1)V 2V 1T 1 (2)Q 1－(p 0＋mg S)(V 2－V 1) 解析 (1)加热过程中气体等压膨胀，由V 1T 1＝V 2T 2， 得：T 2＝V 2V 1T 1. (2)设加热过程中，封闭气体内能增加ΔU ，因气体体积增大，故此过程中气体对外做功，W <0. 由热力学第一定律知：ΔU ＝Q 1＋W其中W ＝－p ΔV ＝－(p 0＋mg S)(V 2－V 1) 由于理想气体内能只与温度有关，故再次降到原温度时气体放出的热量满足Q 2＝ΔU整理可得：Q 2＝Q 1－(p 0＋mg S)(V 2－V 1)一、选择题考点一 热力学第一定律的理解和应用1．(多选)二氧化碳是导致“温室效应”的主要原因之一，目前专家们正在研究二氧化碳的深海处理技术．在某次实验中，将一定质量的二氧化碳气体封闭在一个可自由压缩的导热容器中，将容器缓慢移到海水某深处，气体体积减为原来的一半，不计温度的变化，二氧化碳可视为理想气体，则此过程中( )A ．封闭气体对外界做正功B ．封闭气体向外界传递热量C ．封闭气体分子的平均动能不变D．封闭气体从外界吸收热量答案BC解析因为不计气体的温度变化，气体分子的平均动能不变，即ΔU＝0，选项C正确；因为气体体积减半，故外界对气体做功，即W>0，选项A错误；根据热力学第一定律：ΔU＝W ＋Q，可知Q<0，即气体向外界传递热量，选项B正确，D错误．2.如图1所示是密闭的汽缸，外力推动活塞P压缩一定质量的理想气体，对缸内气体做功800 J，同时气体向外界放热200 J，缸内气体的()图1A．温度升高，内能增加600 JB．温度升高，内能减少200 JC．温度降低，内能增加600 JD．温度降低，内能减少200 J答案A解析对一定质量的气体，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，ΔU＝800 J＋(－200 J)＝600 J，ΔU为正表示内能增加了600 J．内能增加，气体分子的平均动能增加，温度升高，选项A正确．3．(多选)下列过程可能发生的是()A．物体吸收热量，对外做功，同时内能增加B．物体吸收热量，对外做功，同时内能减少C．外界对物体做功，同时物体吸热，内能减少D．外界对物体做功，同时物体放热，内能增加答案ABD解析当物体吸收的热量多于物体对外做的功时，物体的内能就增加，A正确；当物体吸收的热量少于物体对外做的功时，物体的内能就减少，B正确；外界对物体做功，同时物体吸热，则物体的内能必增加，C错误；当物体放出的热量少于外界对物体做的功时，物体的内能增加，D正确．4．一定质量的气体在保持压强恒等于1.0×105 Pa的状况下，体积从20 L膨胀到30 L，这一过程中气体从外界吸热4×103 J，则气体内能的变化为()A．增加了5×103 J B．减少了5×103 JC．增加了3×103 J D．减少了3×103 J答案C解析气体等压膨胀过程对外做功W＝pΔV＝1.0×105 Pa×(30－20)×10－3 m3＝1.0×103 J．这一过程气体从外界吸热Q＝4×103J．由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，由于气体对外做功，W 应取负值，则可得ΔU＝－1.0×103 J＋4.0×103 J＝3.0×103 J，即气体内能增加了3×103 J．故选项C正确．5．(多选)如图2所示为简易测温装置，玻璃管中一小段水银封闭了烧瓶内一定质量的气体，当温度升高时()图2A．瓶内气体的密度增大B．瓶内气体分子的平均动能增加C．外界对瓶内气体做正功D．热传递使瓶内气体的内能增加答案BD解析由题图可知，当温度升高时容器内气体的变化为等压膨胀，故瓶内气体的密度减小，气体分子的平均动能增加，瓶内气体对外做正功，选项B正确，A、C错误；由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，瓶内气体内能增加是由于气体从外界吸收了热量，故选项D正确．6．(多选)(2019·深圳市调研)恒温环境中，在导热良好的注射器内，用活塞封闭了一定质量的理想气体．用力缓慢向外拉活塞，此过程中()A．封闭气体分子间的平均距离增大B．封闭气体分子的平均速率减小C．活塞对封闭气体做正功D．封闭气体的内能不变E．封闭气体从外界吸热答案ADE解析对于一定质量的理想气体，气体的内能和分子平均速率只取决于温度，由题意可知，温度不变，则封闭气体的内能不变，封闭气体分子的平均速率也不变，故B错误，D正确；用力向外缓慢拉动活塞的过程中，气体体积增大，则分子间的平均距离增大，气体对活塞做正功，则活塞对气体做负功，故A正确，C错误；根据ΔU＝W＋Q可知，温度不变，则内能U不变，即ΔU＝0，用力向外缓慢拉动活塞，则W<0，故Q>0，即气体从外界吸收热量，故E正确．考点二能量守恒定律的理解和应用7.(多选)细绳一端固定在天花板上，另一端拴一质量为m的小球，如图3所示．使小球在竖直平面内摆动，经过一段时间后，小球停止摆动．下列说法中正确的是()图3A．小球机械能不守恒B．小球能量正在消失C．小球摆动过程中，只有动能和重力势能在相互转化D．总能量守恒，但小球的机械能减少答案AD解析小球在竖直平面内摆动，经过一段时间后，小球停止摆动，说明机械能通过克服阻力做功不断地转化为内能，即机械能不守恒，故A正确；小球的机械能转化为内能，能量的种类变了，但能量不会消失，故B错误；小球长时间摆动过程中，重力势能和动能相互转化的同时，机械能不断地转化为内能，故摆动的幅度越来越小，但总能量守恒，故C错误，D正确．8．(多选)下列关于第一类永动机的说法正确的是()A．第一类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．第一类永动机不能制成的原因是违背了热力学第一定律C．第一类永动机不能制成的原因是技术问题D．第一类永动机不能制成的原因是违背了能量守恒定律答案AD解析第一类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．选项A、D正确，B、C错误．9.如图4所示，A、B是两个完全相同的铁球，A放在绝热板上，B用绝热绳悬挂．现只让它们吸收热量，当它们升高相同的温度时，它们所吸收的热量分别为Q A、Q B，则()图4A．Q A＝Q B B．Q A<Q BC．Q A>Q B D．无法确定答案C解析A、B升高相同的温度，根据Q＝cmΔt可知，升温需要的能量是相同的．由于受热膨胀，A 的重心升高，重力势能增加，吸收的热量Q A 一部分用于升温，剩余部分用于增加重力势能ΔE p A ，即Q A ＝Q ＋ΔE p A ；B 受热膨胀重心降低，重力势能减小，吸收的热量Q B 和减少的重力势能ΔE p B 共同用于升温，即Q ＝Q B ＋ΔE p B ，显然Q A >Q B .考点三 气体实验定律与热力学第一定律的综合应用10.(多选)用密封性好、充满气体的塑料袋包裹易碎品，如图5所示，充气袋四周被挤压时，假设袋内气体与外界无热交换，则袋内气体( )图5A ．体积减小，内能增大B ．体积减小，压强减小C ．对外界做负功，内能增大D ．对外界做正功，压强减小答案 AC解析 实际气体在温度不太低、压强不太大时可看做理想气体．充气袋被挤压，气体体积减小，外界对气体做正功，则W >0，即气体对外界做负功，由于袋内气体与外界无热交换，即Q ＝0，根据热力学第一定律ΔU ＝W ＋Q 知，内能增大，选项A 、C 正确；根据理想气体状态方程pV T＝C 可判断压强一定增大，选项B 、D 错误． 11.(多选)(2019·皖西高中教育联盟期末)如图6所示，在p －T 图象中，一定质量的理想气体经历了从状态A 到状态B 再到状态C ，最后回到状态A 的过程，在该过程中，下列说法正确的是( )图6A ．从A 到B 过程中，气体对外做功B ．从B 到C 过程中，气体放出热量C ．从C 到A 过程中，气体分子密度减小D ．从A 到B 过程和从C 到A 过程，气体做功的绝对值相等E ．从A 到B 再到C 过程中，气体内能先增加后减少答案 ABE解析 根据pV T＝C 可知，从A 到B 过程中，体积增大，因此气体对外做功，A 正确；从B 到C 过程中，直线通过原点，故体积不变，而温度降低，气体内能减少，根据热力学第一定律可知气体放出热量，B 正确；从C 到A 过程中，气体温度不变，压强增大，根据理想气体状态方程可知，气体体积减小，气体分子密度增大，C 错误；从A 到B 过程和从C 到A 过程，气体体积变化相等，但两个过程气体压强的平均值不同，因此两个过程气体做功绝对值不同，D 错误；由于从A 到B 再到C 过程，气体温度先升高后降低，因此气体内能先增加后减少，E 正确．二、非选择题12.(2019·黄冈市高二下期末)如图7所示，一定质量的理想气体从状态A 经绝热过程到达状态B ，再经等容过程到达状态C ，此过程的p －V 图象如图所示，图中虚线为等温线．在B →C 的过程中，气体吸收热量为12 J ．则：图7(1)试比较气体在A 和B 状态的内能E A 、E B 的大小；(2)气体从A →B 过程中气体对外界做的功．答案 (1)E A >E B (2)12 J解析 (1)A →B 过程绝热，Q ＝0，体积V 增大，对外做功，内能减小，E A ＞E B(2)A →B →C 过程中有：ΔU ＝W AB ＋W BC ＋Q AB ＋Q BCA 、C 温度相等，内能不变ΔU ＝0A 、B 绝热过程Q AB ＝0B 、C 等容变化不做功W BC ＝0在B →C 的过程中，气体吸收热量为12 J ，即Q BC ＝12 J故W AB ＝－12 J即从A →B 过程中气体对外做功12 J.13．如图8所示，导热材料制成的横截面积相等、长度均为45 cm 的汽缸A 、B 通过带有阀门的管道连接．初始时阀门关闭，厚度不计的光滑活塞C 位于B 内左侧，在A 内充满压强p A ＝2.8×105 Pa 的理想气体，B 内充满压强p B ＝1.4×105 Pa 的理想气体，忽略连接汽缸的管道体积，室温不变，现打开阀门，求：图8(1)平衡后活塞向右移动的距离和B 中气体的压强；(2)自打开阀门到平衡，B 内气体是吸热还是放热(简要说明理由)．答案 (1)15 cm 2.1×105 Pa (2)放热，理由见解析解析 (1)设平衡后活塞向右移动的距离为x ，活塞向右移动达到稳定后，对A 气体，有p A LS ＝p (L ＋x )S对B 气体，有p B LS ＝p (L －x )S得x ＝15 cmp ＝2.1×105 Pa(2)活塞C 向右移动，对B 中气体做功，而气体做等温变化，内能不变，由热力学第一定律可知B 内气体放热．14.(2019·宜宾市诊断)如图9所示在绝热汽缸内，有一绝热活塞封闭一定质量的气体，开始时缸内气体温度为27 ℃，封闭气柱长为9 cm ，活塞横截面积S ＝50 cm 2.现通过汽缸底部电阻丝给气体加热一段时间，此过程中气体吸热22 J ，稳定后气体温度变为127 ℃.已知大气压强等于105 Pa ，活塞与汽缸间无摩擦，不计活塞重力．求：图9(1)加热后活塞到汽缸底部的距离；(2)此过程中气体内能改变了多少．答案 (1)12 cm (2)7 J解析 (1)取封闭的气体为研究对象，开始时气体的体积为L 1S温度为：T 1＝(273＋27) K ＝300 K末状态的体积为L 2S ，温度为：T 2＝(273＋127) K ＝400 K气体做等压变化，则L 1S T 1＝L 2S T 2解得：L 2＝12 cm(2)在该过程中，气体对外做功W ＝p 0S (L 2－L 1)由热力学第一定律有ΔU ＝Q －W解得ΔU ＝7 J.。
新课标鲁科版3-3选修三5.1《热力学第一定律》课件
引擎效率取决于燃料燃烧产生的总能量与转化为有用功的能量之比。提高引擎效率的方法包括优化燃 烧过程、减少摩擦损失等。
空调制冷原理剖析
制冷循环原理
空调制冷遵循逆卡诺循环，通过压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器等部件实现制冷剂循 环，将室内热量转移至室外。热力学第一定律体现在制冷剂循环过程中能量的守恒与转
02 热力学基本概念
温度、热量和内能
01
02
03
温度
表示物体冷热程度的物理 量，是分子热运动平均动 能的标志。
热量
在热传递过程中，物体间 内能的转移量，用符号Q 表示。
内能
物体内部所有分子热运动 的动能和分子势能的总和， 用符号U表示。
热力学系统与过程
热力学系统
研究对象内所有物质的集合，与 外界环境有明确的界限。
在热力学过程中，热量传递和做功往往是同时存在的，它们之间相互影 响、相互制约。因此，在研究热力学问题时，需要综合考虑热量传递和 做功的作用。
06 生活中热力学第一定律应 用实例
汽车引擎工作原理剖析
内燃机工作原理
四冲程内燃机通过吸气、压缩、做功和排气四个过程实现热能转化为机械能，其中热力学第一定律体 现在燃料燃烧释放的热能部分转化为有用功，部分以废热形式散失。
19世纪，德国物理学家迈尔和英国物理学家焦耳、开尔文等人分别从不同角度独立 提出了能量守恒定律，为热力学第一定律的确立做出了重要贡献。
本节课内容与目标
本节课将详细介绍热力学第一定律的定义、历史背景及科 学家贡献，并通过实例分析帮助学生深入理解该定律的物 理意义和实际应用。
通过本节课的学习，学生应该能够掌握热力学第一定律的 基本概念和内涵，理解能量守恒定律在热力学中的具体应 用，并能够运用所学知识分析和解决简单的实际问题。同 时，培养学生的物理思维能力和科学探究精神。
教科版选修3-3 第4章 第2节 热力学第一定律
第2节热力学第一定律一、改变物体内能的两种方式1．改变内能的两种方式：做功和热传递。
2．做功：外力对物体做功，可以使物体的内能增加。
3．热传递：没有做功而使物体内能改变的物理过程。
4．做功和热传递对物体内能的改变是等效的，但本质不同。
二、热力学第一定律1．定义：功、热量跟内能改变之间的定量关系。
2．数学表达式：ΔU＝Q＋W。
1．判断：(1)物体吸收热量，内能一定增大。
( )(2)物体对外做功，内能一定减小。
( )(3)物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变。
( )(4)物体放出热量，同时对外做功，内能可能不变。
( )答案：(1)×(2)×(3)√(4)×2．思考：运用所学物理知识分析古代人“钻木取火”的原理是什么？提示：“钻木取火”即人对木头做功，使木头的内能增大，温度升高，当温度达到木头的着火点时，木头便开始燃烧，即利用做功的方式改变木头的内能。
1.2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，可以通过热传递或做功两种方式来完成。
热量是热传递过程中的特征物理量，和功一样，热量只是反映物体在状态变化过程中所迁移的能量，是用来衡量物体内能变化的。
有过程，才有变化，离开过程则毫无意义。
就某一状态而言，只有“内能”，不能谈到“热量”或“功”。
(1)内能是状态量，热量、功是过程量。
(2)热量、功、内能本质是不同的。
1．物体的内能增加了20 J，下列说法中正确的是( )A．一定是外界对物体做了20 J的功B．一定是物体吸收了20 J的热量C．一定是物体分子动能增加了20 JD．物体分子的平均动能可能不变解析：选D 做功和热传递都可以改变物体内能，物体内能改变20 J，其方式是不确定的，因此A、B 错误；物体内能包括所有分子的平均动能和分子势能，内能由分子数、分子平均动能、分子势能三者决定，故C错误。
1.(1)对ΔU＝Q＋W的理解：热力学第一定律将单纯的绝热过程和单纯的热传递过程中内能改变的定量表述推广到一般情况，既有做功又有热传递的过程，其中ΔU表示内能改变的数量，W表示做功的数量，Q 表示外界与物体间传递的热量。
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不消耗任何能量，却可以源源不断 地对外做功，这种机器叫永动机.人们把 这种不消耗能量的永动机叫第一类永动 机.（不吃草的马）
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结论：
根据能量守恒定律，任何一部机器， 只能使能量从一种形式转化为另一 种形式，而不能无中生有地制造能 量，因此第一类永动机是不可能制 成的.
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二、能量守恒定律
观察柴油机的工作过程 用热力学第一定律解释柴油机正常工作时压燃的原理
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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另一种形式，或 者从一个物体转移到别的物体；在转化和 转移过程中其总量不变，这就是能量守恒 定律.
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三、永动机不可能制成 永动机：
（A ）
A．Q1—Q2=W2—W1
B．Q1=Q2
C．W1=W2
D．Q1>Q2
整个过程的内能不变， ΔE = 0
由热力学第一定律 ΔE=W总+Q总=0
Q总= - W总
∴ Q1—Q2=W2—W1Fra bibliotek优选文档
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Q 物体吸收的热量
ΔU = W + Q 该式表示的是内能的变化量跟功、热 量的定量关系，在物理学中叫做热力学 第一定律.
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总结
热力学 第一定律：
一个热力学系统的内能增量等于外 界向它传递的热量与外界对它所做 的共的和。
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应用：
例题：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。 问：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？
10.3 热力学第一定律 能量守恒定律同步备课课件 新人教版选修3-3课件
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(1)一定数量的功与确定数量的热相对应．(√) (2)一定量的气体，膨胀过程中一定是外界对气体 做功．(×) (3)物体向外放热 85 J，其内能一定减少 85 J．(×)
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3．探究交流 外界对物体做功 10 J(绝热过程)，物体内能改变了 多少？若外界对物体传递 10 J 的热量(单纯热传递过
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程)， 物体内能改变了多少？能否说明 10 J 的功等于 10 J 的热量？
【提示】 无论外界对物体做功 10 J， 还是外界给 物体传递 10 J 的热量，物体内能都增加了 10 J，说明
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做功和热传递在改变物体内能上是等效的， 不能说 10 J 的功等于 10 J 的热量，因为功与热量具有本质区别.
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一般情况下外界对物体特别是气体做功与否， 需看
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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．若物体体积变小，表明外界对物体做功，W>0.
新课标人教版3-3选修三10.3《热力学第一定律》教学
i i2 R
例 p pc pa
O
Vb pc
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MT已b 3知.42200kKg O 2 cb a
Vp3ba.2i0VcV1p5cb02kgV2185maVOpblaV1)
等求体a等bc 压全对过 外例程作系功题统及吸内收能量变热化、
解法提要：
TpaVAabTbbccTc等m等bM1T体p压p.abR7(T5VV,ccpbVpb1aE0VQVbb5V2)pc6bm(M2JEC.2)m5TM1VT外b(0aKRA界((TK)TT对,,T)ccbC系AV统aTb作b2)i功0R AEabEc1c.009EaA1b0m5cMCV(J(1T).c75内T能1b0)减5少 (J)
F dl
S dl
d
dl
气体膨胀 d 0 系统对外做正功 d 0
V A 气体被压缩 d 0 系统对外做负功 d 0
V A p 体积从 变到 系统所做的功
V V a
b
a
d
A dA
沿 a c b 过程的功
V pb d V a V沿 a d b 过程的功
A
系统通过体积变化实现作功。
c
热力学中的功是与系统始末状
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高中物理全套讲义选修3-3 第4讲 热力学第一定律(拔高版) 学生版讲义
热力学第一定律一、热力学第一定律1．内能改变的两种方式⑴ 功和内能变化的关系从19世纪30年代起，人们逐渐认识到，为了使系统的热学状态发生变化，既可以向它传热，也可以对它做功。
从1840年起，英国物理学家焦耳进行了多种多样的实验，以求精确测定外界对系统做功和传热对于系统状态的影响，以及功与热量的相互关系。
① 绝热过程：系统变化过程中，只由于做功而与外界交换能量，它不从外界吸热，也不向外界放热，这样的过程叫做绝热过程。
② 焦耳的实验表明，要使系统状态通过绝热过程发生变化，做功的数量只由始末两个状态决定，而与功的方式无关。
③ 当系统从某一状态经过绝热过程达到另一状态时，内能的增加量U ∆就等于外界对系统所做的功W ，用式子表示为21U U U W ∆=-=。
⑵ 热量和内能变化的关系不仅对系统做功可以改变系统的热力学状态，单纯的对系统传热也能改变系统的热力学状态。
所以，热量是在单纯的传热过程中系统内能变化的量度。
当系统从状态1经过单纯的传热到达状态2，内能的增加量21U U U ∆=-就等于外界向系统传递的热量Q ，即U Q ∆=。
⑶ 改变物体内能的两种方式的比较典例精讲【例1.1】．下列说法中正确的是（ ）A ．高温的物体具有热量多，低温的物体具有热量少B ．将物体举高或者使其加速，都会使物体内能增大C ．冬天手感到冷时，搓搓手就会感到暖和些。
这是利用做功来改变物体内能D ．做功和热传递是两种不同的物理过程，但在改变物体内能上是等效的【例1.2】（2019•宝山区二模）用力搓手感觉手会发热、冬天在阳光下觉得暖和等物理现象表明： 和 在改变物体内能上可以起到相同的效果。
2．热力学第一定律⑴ 内容：一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它做功之和 ⑵ 表达式：U W Q ∆=+⑶ 符号规定：① 外界对系统做功，0W >；系统对外界做功0W <② 系统从外界吸收热量，0Q > ；系统向外界放出热量0Q <③ 系统内能增加，0U ∆>，系统内能减少，0U ∆<典例精讲【例2.1】（2019•靖远县二模）关于热现象和内能，下列说法正确的是（ ）A ．做功和热传递都能改变物体的内能B ．外界对气体做了功，则气体的温度一定升高C．一定质量的气体，体积不变时，温度越高，内能越大D．温度升高，物体内分子的平均动能一定增加E．气体能够充满容器的整个空间，是由于气体分子间呈现出斥力的作用【例2.2】（2019•榆林二模）下列说法中正确的是（）A．所有的晶体都有固定的熔点和规则的几何形状B．液体表面张力与浸润现象都是分子力作用的表现C．干湿泡温度计的示数差越大，表示空气中水蒸气离饱和状态越远D．悬浮在水中花粉颗粒的布朗运动反映了花粉分子做无规则的热运动E．在绝热过程中，一个热力学系统的内能增量等于外界对它所做的功【例2.3】（2019•金州区校级模拟）下列说法正确的是（）A．一定质量的气体膨胀对外做功100J，同时从外界吸收120J的热量，则它的内能增大20JB．在使两个分子间的距离由很远（r＞10﹣9m）减小到很难再靠近的过程中，分子间作用力先减小后增大，分子势能不断增大C．由于液体表面层分子间距离大于液体内部分子间距离，液体表面存在张力D．已知某物质的摩尔质量为M，密度为ρ，阿伏伽德罗常数为N A，则这种物体的分子体积为V0=MρN AE．空气相对湿度越大时，空气中水蒸气压强越接近同温度水的饱和汽压，水蒸发越慢3．能量守恒定律能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，在转化和转移的过程中，其总量保持不变。
人教版高中物理选修3-3讲义 19知识讲解 热力学第一定律
热力学第一定律编稿：审稿：【学习目标】1．知道物体的内能是物体内所有分子的动能和势能的总和．2．知道物体内能的变化量可以由做功的数值来量度．3．通过焦耳的实验的观察，分析和思考，培养学生实事求是，严谨的科学态度和想象能力．4．能区别功和内能．做功与内能变化的关系．5．知道热传递及热传递的三种方式以及热传递的实质．6．知道热传递与内能变化的关系，理解热功当量。
7．知道做功和热传递对改变物体内能的等效结果．8．明确温度、热量、功和内能四个物理量的区别和联系．9．掌握热力学第一定律及其表达式，能够从能量转化的观点理解定律；10．会用表达式ΔU=W+Q对问题进行分析和计算；11．掌握能量守恒定律，理解定律的重要意义，会用能量转化和守恒的观点分析物理现象；12．能综合运用学过的知识，用能量守恒定律对有关问题进行计算、分析；13．了解第一类永动机不可能制成的原因．【要点梳理】要点一、功和内能1．热功当量实验——焦耳实验（1）方法：在水中放置叶片，叶片上缠绕两根绳子，每根绳子各跨过一滑轮，且分别悬挂一个重物，盛水的容器用绝热性能良好的材料包好．如图所示，当重物下落时便带动叶片转动，容器中的水受叶片的搅动，水由于摩擦而温度上升．（2）结论：只要重力所做的功相同，容器内水温上升的数值就相同，即系统的状态变化相同．2．利用电流的热效应给水加热的实验（1）方法：如图所示，利用降落的重物使发电机发电．电流通过浸在液体的电阻丝．引起液体温度上升．（2）结论：对同一个系统，在绝热过程中，只要所做的电功相等，系统温度上升的数值就相同，即系统的状态变化相同．3．内能（1）内能是物体内部所有分子做热运动的动能和分子势能的总和．内能类比于重力做功与路径无关，仅由物体初、末位置决定．而热力学系统的绝热过程中，外界对系统所做的功也仅由初、末状态决定，与具体做功的过程和方法无关，我们认识到。
任何一个热力学系统必定存在一个只依赖于系统自身状态的物理量，这个物理量是系统的一种能量，叫内能．（2）内能变化和做功的关系系统由状态1在绝热过程中达到状态2时，内能的增加量21U U U ∆=－，U W ∆=。
选修3-3热力学第一定律教案
第3节热力学第一定律目标导航1．知道热力学第一定律的内容及其表达式2．理解能量守恒定律的内容3．了解第一类永动机不可能制成的原因诱思导学1.热力学第一定律（1）.一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和。
这个关系叫做热力学第一定律。
其数学表达式为：ΔU=W+Q（2）.与热力学第一定律相匹配的符号法则（3）热力学第一定律说明了做功和热传递是系统内能改变的量度，没有做功和热传递就不可能实现能量的转化或转移，同时也进一步揭示了能量守恒定律。
（4）应用热力学第一定律解题的一般步骤：①根据符号法则写出各已知量（W、Q、ΔU）的正、负；②根据方程ΔU=W+Q求出未知量；③再根据未知量结果的正、负来确定吸热、放热情况或做功情况。
2.能量守恒定律⑴.自然界存在着多种不同形式的运动，每种运动对应着一种形式的能量。
如机械运动对应机械能；分子热运动对应内能；电磁运动对应电磁能。
⑵.不同形式的能量之间可以相互转化。
摩擦可以将机械能转化为内能；炽热电灯发光可以将电能转化为光能。
⑶.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另一种形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中其总量不变。
这就是能量守恒定律。
(4).热力学第一定律、机械能守恒定律都是能量守恒定律的具体体现。
(5).能量守恒定律适用于任何物理现象和物理过程。
(6). 能量守恒定律的重要意义第一，能量守恒定律是支配整个自然界运动、发展、变化的普遍规律，学习这个定律，不能满足一般理解其内容，更重要的是，从能量形式的多样化及其相互联系，互相转化的事实出发去认识物质世界的多样性及其普遍联系，并切实树立能量既不会凭空产生，也不会凭空消失的观点，作为以后学习和生产实践中处理一切实际问题的基本指导思想之一。
第二，宣告了第一类永动机的失败。
3.第一类永动机不可能制成任何机器运动时只能将能量从一种形式转化为另一种形式，而不可能无中生有地创造能量，即第一类永动机是不可能制造出来的。
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第2节热力学第一定律一、改变物体内能的两种方式1．改变内能的两种方式：做功和热传递。
2．做功：外力对物体做功，可以使物体的内能增加。
3．热传递：没有做功而使物体内能改变的物理过程。
4．做功和热传递对物体内能的改变是等效的，但本质不同。
二、热力学第一定律1．定义：功、热量跟内能改变之间的定量关系。
2．数学表达式：ΔU＝Q＋W。
1．判断：(1)物体吸收热量，内能一定增大。
()(2)物体对外做功，内能一定减小。
()(3)物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变。
()(4)物体放出热量，同时对外做功，内能可能不变。
()答案：(1)×(2)×(3)√(4)×2．思考：运用所学物理知识分析古代人“钻木取火”的原理是什么？提示：“钻木取火”即人对木头做功，使木头的内能增大，温度升高，当温度达到木头的着火点时，木头便开始燃烧，即利用做功的方式改变木头的内能。
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，可以通过热传递或做功两种方式来完成。
热量是热传递过程中的特征物理量，和功一样，热量只是反映物体在状态变化过程中所迁移的能量，是用来衡量物体内能变化的。
有过程，才有变化，离开过程则毫无意义。
就某一状态而言，只有“内能”，不能谈到“热量”或“功”。
(1)内能是状态量，热量、功是过程量。
(2)热量、功、内能本质是不同的。
1．物体的内能增加了20 J，下列说法中正确的是()A．一定是外界对物体做了20 J的功B．一定是物体吸收了20 J的热量C．一定是物体分子动能增加了20 JD．物体分子的平均动能可能不变解析：选D做功和热传递都可以改变物体内能，物体内能改变20 J，其方式是不确定的，因此A、B错误；物体内能包括所有分子的平均动能和分子势能，内能由分子数、分子平均动能、分子势能三者决定，故C错误。
1.(1)对ΔU＝Q＋W的理解：热力学第一定律将单纯的绝热过程和单纯的热传递过程中内能改变的定量表述推广到一般情况，既有做功又有热传递的过程，其中ΔU表示内能改变的数量，W表示做功的数量，Q表示外界与物体间传递的热量。
(2)与热力学第一定律相对应的符号法则：不可能实现能量的转化或转移，同时也进一步揭示了能量守恒定律。
(4)应用热力学第一定律解题的一般步骤①根据符号法则写出各已知量(W、Q、ΔU)的正、负；②根据方程ΔU＝Q＋W求出未知量；③再根据未知量结果的正、负来确定吸热、放热情况或做功情况。
2．判断是否做功的方法一般情况下外界对气体做功与否，需看气体的体积是否变化。
(1)若气体体积增大，表明气体对外界做功，W<0；(2)若气体体积减小，表明外界对气体做功，W>0。
3．几种常见的气体变化过程(1)绝热过程：过程是绝热的，则Q＝0，W＝ΔU，外界对气体做的功等于气体内能的增加。
(2)等容过程：过程中不做功，即W＝0，则Q＝ΔU，气体吸收的热量等于气体内能的增加。
(3)等温过程：过程的始末状态气体的内能不变，即ΔU＝0，则Q＋W＝0或W＝－Q。
对于热力学第一定律的应用，要特别注意公式中各量的符号规则，能确定正负号的直接在数值前代入符号计算即可。
对于不能确定符号的，可先采取假设正值的方法来处理。
若计算结果是正值，就是规定正值的情况，若计算结果为负值，就是与假设相反的情况。
2．压缩过程中，两个阀门均关闭。
若此过程中，气室中的气体与外界无热量交换，内能增加了3.4×104J，则该气体的分子平均动能________(选填“增大”、“减小”或“不变”)，活塞对该气体所做的功________(选填“大于”、“小于”或“等于”)3.4×104 J。
解析：气室中的气体与外界无热交换，内能增加，同时外界对气体做功，故密闭气体的温度升高，气体分子的平均动能增大。
根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知，Q＝0，W＝ΔU，所以活塞对该气体所做的功等于3.4×104 J。
答案：增大等于[例1][多选理想气体，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汽缸。
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，外界对气体做功E．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项正确，C项错误；气体在被压缩的过程中，外界对气体做功，D项正确；由于气体与外界没有热交换，气体在被压缩的过程中内能增大，因此气体的温度升高，气体分子的平均动能增大，B项正确，E项错误。
[答案]ABD[借题发挥]一定质量的理想气体的内能只与温度有关，温度升高，内能增加，温度降低，内能减少。
[例2](1)5 J，是气体对外界做了功，还是外界对气体做了功？做了多少功？(2)一定质量的气体，从外界吸收5 J的热量，同时气体对外界做功5 J，则气体的内能怎样变化？[解析](1)根据热力学第一定律表达式中的符号法则，可知Q＝5J，ΔU＝5 J。
由ΔU＝W＋Q，则W＝ΔU－Q＝5 J－5 J＝5 J。
W＞0，说明是外界对气体做了功。
(2)Q＝5 J，W＝－5 J则ΔU＝Q＋W＝5 JΔU为正值，说明气体的内能增加5 J。
[答案]见解析[借题发挥]应用热力学第一定律解题的注意事项(1)首先应明确研究对象是哪个物体或者是哪个热力学系统。
(2)分别列出物体或系统吸收或放出的热量；外界对物体或系统所做的功或物体或系统对外所做的功。
(3)根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W列出方程进行求解。
(4)特别注意的就是物理量的正、负号及其物理意义。
1．密闭有空气的薄塑料瓶因降温而变扁，此过程中瓶内空气(不计分子势能)() A．内能增大，放出热量B．内能减小，吸收热量C．内能增大，对外界做功D．内能减小，外界对其做功解析：选D不计分子势能时瓶内空气的内能只与其温度有关，温度降低时其内能减小。
塑料瓶变扁时瓶内空气体积减小，外界对其做功。
再由热力学第一定律知此过程中瓶内空气要放出热量，故只有D正确。
2．给旱区送水的消防车停于水平地面，在缓慢放水过程中，若车胎不漏气，胎内气体温度不变，不计分子间势能，则胎内气体()A．从外界吸热B．对外界做负功C．分子平均动能减小D．内能增加解析：选A本题意在考查考生理解气体压强的产生，理解并能正确应用理想气体状态方程与热力学第一定律，解答热学问题的能力。
根据p＝p0＋Mg可知，当车的载重减小时，S胎内气体的压强减小，而胎内气体温度不变，由于胎内的气体不计分子间的势能，故可视为理想气体。
由一定质量的理想气体状态方程pV＝恒量可知，胎内气体的体积增大，胎内气T体对外界做正功，B错误；由于胎内气体的温度不变，所以气体的平均分子动能不变，胎内气体的内能不变，C、D错误；由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，气体从外界吸热，A 正确。
3．一定质量的气体，从状态A变化到状态B的过程中，内能增加了160 J，下列是关于内能变化的可能原因的说法，其中不可能的是()A．从A到B的绝热过程中，外界对气体做功160 JB．从A到B的单纯传热过程中，外界对气体传递了160 J的热量C．从A到B的过程中吸热280 J，并对外界做功120 JD．从A到B的过程中放热280 J，外界对气体做功120 J解析：选D由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，A、B、C正确，D错误。
4．[多选](2017·江苏高考)一定质量的理想气体从状态A经过状态B变化到状态C，其V-T图像如图所示。
下列说法正确的有()A．A→B的过程中，气体对外界做功B．A→B的过程中，气体放出热量C．B→C的过程中，气体压强不变D．A→B→C的过程中，气体内能增加解析：选BC由题图可知，从A到B气体的体积减小，外界对气体做功，A项错误；从A到B过程气体的温度不变，内能不变，根据热力学第一定律可知，气体放出热量，B 项正确；从B到C过程中V是一个常数，气体发生的是等压变化，气体的温度降低，内能减T少，C项正确，D项错误。
5．一定质量的气体从外界吸收了4.2×105 J的热量，同时气体对外做了6×105 J的功，问：(1)物体的内能是增加还是减少？变化量是多少？(2)气体分子的平均动能是增加了还是减少了？解析：(1)气体从外界吸热为：Q＝4.2×105 J气体对外做功：W＝－6×105 J由热力学第一定律：ΔU＝Q＋W＝4.2×105 J＋(－6×105 J)＝－1.8×105 JΔU为负，说明气体的内能减少了。
所以，气体内能减少了1.8×105 J。
(2)因为气体内能减少，所以气体分子的平均动能一定减少了。
答案：见解析1．关于物体的内能及其变化，以下说法正确的是()A．物体的温度改变时，其内能必定改变B．物体对外做功，其内能不一定改变，向物体传递热量，其内能也不一定改变C．物体对外做功，其内能必定改变，物体向外传出一定热量，其内能必定改变D．若物体与外界不发生热交换，则物体的内能必定不改变解析：选B温度变化物体的分子动能变化，但内能可能不变，A错；改变内能有两种方式：做功和热传递，由热力学第一定律可知B正确，C、D错。
2．[多选]用下述方法改变物体的内能，属于做功的方式是()A．在阳光的照射下，水的温度升高B．用磨刀石磨刀时，刀发热C．用电热器烧水D．用天然气烧水解析：选BC A项是热传递中的辐射，B中是摩擦力做功，C中是电流做功，D中是燃料燃烧把内能转移给水，故B、C正确。
3.如图所示是密闭的汽缸，外力推动活塞P压缩气体，对缸内气体做功800 J，同时气体向外界放热200 J，缸内气体的()A．温度升高，内能增加600 JB．温度升高，内能减少200 JC．温度降低，内能增加600 JD．温度降低，内能减少200 J解析：选A由W＋Q＝ΔU得ΔU＝800 J＋(－200 J)＝600 J，一定质量的理想气体的内能大小只与温度有关，ΔU>0，故温度升高。
4．[多选](2016·全国卷Ⅲ)关于气体的内能，下列说法正确的是()A．质量和温度都相同的气体，内能一定相同B．气体温度不变，整体运动速度越大，其内能越大C．气体被压缩时，内能可能不变D．一定量的某种理想气体的内能只与温度有关E．一定量的某种理想气体在等压膨胀过程中，内能一定增加解析：选CDE气体的内能由物质的量、温度和体积决定，质量和温度都相同的气体，内能可能不同，A错误。