1、第七章 内能 能量守恒定律系统回顾知识点梳理（一）、分子的动能、温度：分子由于运动而具有的能量。每个分子的动能各不相同，大量分子的动能才有意义，物体内所有分子的动能的平均值称为分子热运动的平均动能，温度是物体分子热运动的平均动能的标志。（二）、分子势能：分子间具有由它们的相对位置所决定的能。如果 rr0 分子势能随 r 增大而增大；如果 rr0 分子势能随 r 减小而增大；分子势能跟物体的体积有关。（三）、物体的内能：物体中所有分子做热运动的动能和分子势能的总和。物体内能的多少跟物质的量及物体的温度和体积有关。理想气体的内能由物质的量和温度决定，与体积无关。物体的内能和物体的机械能是不同的，要
2、加以区别。（四） 做功和内能1. 绝热过程：物质系统与外界没有热量交换的情况下进行的物理过程。即系统不从外界吸收热量，也不向外界放出热量。2. 功与系统内能改变的关系。做功可以改变系统的内能。外界对系统做功，系统的内能增加。在绝热过程中，内能的增量就等于外界对系统做的功。即 U=U 2U 1=W系统对外界做功，系统的内能减少。在绝热过程中，系统对外界做多少功，内能就减少多少。即 W=U3. 功是系统内能转化的量度。4. 在国际单位制中，内能和功的单位都是焦耳（J） 。（五）热传递和内能1. 热传递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，叫做热传递。热传递的三种方式：热传
3、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. 传递的热量与内能改变的关系在单纯热传递中，系统从外界吸收多少热量，系统的内能就增加多少。即 U= Q 吸在单纯热传递中，系统向外界放出多少热量，系统的内能就减少多少。即 Q 放 = U4. 热传递具有方向性，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，不会自发的从低温物体传递到高温物体或从物体的低温部分传递到高温部分。5. 改变系统内能的两种方式：做功和热传递。做功和热传递都能改变系统的内能，这两种方式是等效的，都能引起系统内能的改变，但是它们还是有重
4、要区别的。做功是系统内能与其它形式的能之间发生转化，而热传递只是不同物体（或物体不同部分）之间内能的转移。（六）热力学第一定律、能量守恒定律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：U=W+Q（2）与热力学第一定律相匹配的符号法则做功 W 热量 Q 内能的改变 U取正值“+” 外界对系统做功 系统从外界吸收热量 系统的内能增加取负值“” 系统对外界做功 系统向外界放出热量 系统的内能减少（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
5、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：根据符号法则写出各已知量（W、Q、U）的正、负；根据方程 U=W+Q 求出未知量；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（1）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。（2）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。（3）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
6、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，不能满足一般地理解其内容，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，
7、即第一类永动机是不可能制造出来的。（四）热力学第二定律1. 可逆与不可逆过程（1）热传导的方向性热传导的过程可以自发地由高温物体向低温物体进行，但相反方向却不能自发地进行，即热传导具有方向性，是一个不可逆过程。（2）说明：“自发地”过程就是在不受外来干扰的条件下进行的自然过程。热量可以自发地从高温物体传向低温物体，热量却不能自发地从低温物体传向高温物体。要将热量从低温物体传向高温物体，必须有“外界的影响或帮助”，就是要由外界对其做功才能完成。电冰箱、空调就是例子。2. 热力学第二定律的两种表述克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传递到高温物体。开尔文表述：不可能从单一热库吸收热量，使之完全变
8、成功，而不产生其他影响。3. 热机：把内能转化为机械能的装置。其原理是热机从热源吸收热量 Q1，推动活塞做功 W，然后向冷凝器释放热量 Q2。4. 第二类永动机设想：只从单一热源吸收热量，使之完全变为有用的功而不引起其他变化的热机。第二类永动机不可能制成，表示尽管机械能可以全部转化为内能，但内能却不能全部转化成机械能而不引起其他变化；机械能和内能的转化过程具有方向性。（七）能源和可持续发展1. 能量耗散：系统的内能流散到周围环境中，没有办法把这些内能收集起来加以利用，这种现象叫做能量耗散。2. 品质降低：能量从高度有用的形式降级为不大可用的形式叫品质降低。能量在利用过程中，总是由高品质的能量最
9、终转化为低品质的内能。3. 能源：能源是指能够提供可利用能量的物质，它是现代社会生活的重要物质基础。常规能源：指已被广泛应用的能源，如煤、石油、天然气、水力等。4. 能源危机与环境污染（1）近一百年，地球人口由 16 亿增加到目前的 50 亿，净增了 2 倍多，而能源消耗据统计却增加了 16 倍。按目前的消耗量，专家预测石油、天然气最多只能维持半个世纪，煤炭尚可维持一二百年。（2）能源利用的过程也直接污染着地球环境温室效应：化石燃料燃烧放出的大量二氧化碳，使大气中二氧化碳的含量大量增高，导致“温室效应”，造成地面温度上升，两极的冰雪融化，海平面上升，淹没沿海地区等不良影响。酸雨污染：排放到大气
10、中的大量二氧化硫和氮氧化物等在降水过程中溶入雨水，使其形成酸雨，酸雨进入地表、江河，破坏土壤，影响农作物生长，使生物死亡，破坏生态平衡。同时腐蚀建筑结构、工业装备、动力和通讯设备等，还直接危害人类健康。臭氧层的破坏：臭氧层的存在对吸收紫外线方面起着举足轻重的作用，一旦臭氧层遭到破坏，对生物有害的紫外线会毫无遮拦地照射到地面上，会提高皮肤癌和白内障的发病率，也会影响我们的免疫系统。同时对不同生态系统中生物的生长、发育、繁殖、分布和生物地球化学循环都会造成一系列危害。5. 新能源的开发（1）新能源：指目前尚未被人类大规模利用而有待进一步研究、开发和利用的能源，如核能、太阳能、风能、地热能、海洋能、
11、氢能等。（2）无穷无尽的太阳能：太阳以其巨大的、无穷无尽的辐射能形式提供地球最清洁的能源。数量巨大：太阳辐射功率为 3.91026 瓦。能到达地球表面的太阳能每年约为1.31010 吨标准煤，是目前全世界所消耗的各种能量总和的 1104 倍。时间长久：根据天文学的研究结果，可知太阳系已存在大约 5109 年左右，估计尚可继续维持大约 1010 年之久。清洁安全：太阳能素有“干净能源”和“安全能源”之称，它不仅毫无污染，也毫无危险。6. 永葆青春的风能：风能是由于太阳辐射造成地球各部分受热不均匀，而引起的空气流动所产生的能量。整个地球接受到的太阳能辐射能约有 0.2%被转换成风能，全球的风能总量
12、估计有 1.61022J。这是一个巨大的潜在的能源宝库，如果 1%被利用，即可满足人类对能量的全部需求。7. 丰富干净的海洋能：包括潮汐能、波浪能、海流能、温差能等，它们不仅可以再生，还具有不污染环境的优点。据科学家估计，世界海洋能源总量为 40 多万亿千瓦，这些能量超过目前世界能源消费的一万倍，如果开发出其中一小部分，即可满足人类对能源的全部需求。8. 深藏不露的地热能：地球本身是一个巨大的天然储热库。地热能指地球内部可释放出来的热量。据估计，从地球内部每年传到地球表面的热量，相当于 370 亿吨标准煤燃烧时所放出的热量。9. 未来能源的希望核能：在当前开发和利用的新能源中，核能尤其重要。核
13、能包括裂变能和聚变能，其中受控热核聚变的原料氘和氚可取自海洋，足够人类使用几十亿年，是取之不尽的能源。第一节 物体的内能1.温度：描述热现象的一个基本物理量（1）宏观上，表示物体的 ；（2）微观上，反映了 的剧烈程度，温度是 的标志。温度是大量分子热运动的集体表现，是含有统计学意义的，对于单个分子来说，温度是 （“有” 、 “没有” ）意义的。同一温度下，不同物质的分子的平均动能 （“相同” 、 “不相同” ） ，平均速率 （“相同” 、 “不相同” ） 。2.分子动能 分子由于 所具有的能量（1）物体分子的动能会不会为零？求单个分子的动能有无可能？有无必要？（2）一个物体所含分子的总动能由哪
14、两个因素决定的？3.分子势能（1） 叫分子势能。（2）分子势能跟分子间距有关分子势能的大小随分子间距的变化规律：（平衡位置：r 0） 当 rr 0 时，分子力表现为 力，随着 r 的增加，分子势能 （“增大” 、 “减小” ） 当 rr 0 时，分子力表现为 力，随着 r 的减小，分子势能 （“增大” 、 “减小” ）在 位置时，分子势能最小。4.物体的内能（1）什么是物体的内能？（2）内能的决定因素：例 1 如图所示的容器中，A、 B 各有一个可自由移动的轻活塞，活塞下方是水，上方为空气，大气压恒定A、B 底部由带有阀门 K 的管道相连，整个装置与外界绝热原先 A 中水面比 B 中高，打开阀
15、门，使 A 中的水逐渐向 B 中流，最后达到平衡在这个过程中，下面哪个说法正确 （ ）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5.改变内能的两种方式（1）做功改变物体的内能体现了其它形式的能和内能之间的转化。功是能量转化的量度。在无热交换时，外界对物体做了多少功（指改变物体内能的部分功，不包括改变物体机械能的那部分功） ，物体的内能就改变多少；反之，物体对外做了多少功，物体的内能就减少多少。（2）热传递改变物体的内能是能量的转移。（3）做功和热传递对改变物体的内能是 。6.区别几个概念（1）内能与机械
16、能机械能是 。物体 （“可以” 、 “不可以” ）同时具有机械能和内能。物体的机械能在一定的条件下 （“可以” 、 “不可以” ）为零；物体的内能在一定的条件下 （“可以” 、 “不可以” ）为零。（2）请你谈一谈内能与热量的区别：第二节 能的转化和能量守恒定律1.什么叫“能”？你知道哪几种能？请写出名称：2.能量守恒定律的内容：3.为什么课本上的“永动机”不能持续地转动下去？4.结合生活中的现象谈谈你对能的转化与守恒定律的认识第三节 能的转化的方向性 能源开发1.谈谈你对“自然过程的方向性”的认识，请列举几个自然界中具有“单向性”过程的例子2.既然能量守恒，为什么还会有能源危机？3.什么叫能
17、源？人类利用的主要能源是什么？什么叫新能源，举出几个例子。4.什么叫“一次能源”？什么叫“二次能源”？各举几个例子。5.我国在能源开发和利用中存在哪些问题？6.我们利用能源的技术发展方向是什么？第四节 太阳能1.什么是太阳能？太阳能有什么特点？2.利用太阳能有哪些途径？各有什么优势和不足？3.家庭太阳能热水器的工作原理是什么？第七章过关测试卷一选择题1物体从高处落下，由于空气阻力的影响，则它的 （ ）A机械能减少，内能也减少 B机械能减小，内能增加C机械能增加，内能也增加 D机械能和内能都不变2下列哪个过程是通过热传递来改变物体内能的 （ ）A冬天搓手 B古人钻木取火C用火炉把水烧开 D用气筒
18、给车胎打气，车胎内气体温度升高3如果物体的内能增大，则 （ ）A物体的温度一定升高 B物体的体积一定增大C物体一定从外界吸收了热量 D外界对物体做的功大于物体放出的热量4永动机是不可能制成的，这是因为永动机 （ ）A不符合机械能守恒定律 B违背了能的转化和守恒定律C没有找到合适的材料 D没有精确的设计方案5关于温度的概念，下列说法中正确的是 （ ）A温度是物体分子平均动能的标志，温度高则物体分子的平均动能大B物体的温度升高时，每个分子的动能都增大C某物体的内能增大时，其温度一定升高D甲物体的温度比乙物体的温度高，则甲物体的分子平均速率比乙物体的大6对于 0的水和 100的水蒸气，以下说法中正确
19、的是 （ ）A分子数、分子的平均动能和势能均相同B分子数、分子的平均动能和势能均不相同C分子数、分子平均动能都相同，但分子势能不相同D分子数相同，但分子的平均动能和势能不相同7一个物体以初速度 v 沿粗糙斜面向上滑动到最高位置的过程中 （ ）A物体的初动能全部转化为势能 B物体的初动能全部转化为内能C物体的机械能守恒 D物体机械能减小量等于物体内能的增加量8下列关于热传递的说法中正确的是 （ ）A热量总是从内能大的物体传递到内能小的物体B热量总是从分子平均动能大的物体传递到分子平均动能小的物体C热传递的实质是物体的内能和其它形式能的转化D只有通过热传递的方式，才能时物体的温度发生变化9关于热量
20、、内能、温度的正确的说法是 （ ）A温度较高的物体所含的热量多B物体吸收的热量多，内能的变化一定大，温度也升高的多C热的物体把温度传给冷的物体，最后温度相同D两个内能不同的物体接触时，可能是内能少的物体把内能传给内能多的物体10有一个在摆动中振幅越来越小的单摆，则下列关于能量的说法中正确的是 （ ）A单摆的机械能守恒 B能量正在消失C只有动能和势能相互转化 D减小的机械能转化为内能，总能量不变11下列属于二次能源的是 （ ）A电能 B石油 C煤 D风能12下列说法中正确的是 （ ）A新能源是指新开采的能源 B直接来自自然界的能源就是二次能源C二次能源就是新能源 D一次能源是指直接来自自然界的能
21、源二填空题1 叫分子势能，分子势能跟物体的 和 有关。2物体内能的大小跟它的 、 和 有关。3一定质量的气体，从外界吸收 500J 的热量，同时对外做了 200J 的功，则此气体的内能变化了 J。4火力发电的过程是燃料燃烧产生的热蒸汽推动热机再带动发电机转动发出电能的过程。从能的转化角度来看，实质上是 能转化为 能，再转化为 能，最后转化为动能。5一个物体沿粗糙的斜面下滑，下滑的过程中物体的机械能将 ，物体内部分子做无规则运动的平均动能将 ，物体的机械能与物体内能的总和将 。6能量既不能 ，也不能 ，只能从 另一种形式，或者从 另一个物体，而能的总量不变。这就是能的转化和守恒定律。7直接来自自
22、然界的能量叫 能源，它又可分为 和 两种。8请列举四种常规能源：请列举四种新能源：9说出人类利用太阳能的三种主要途径10有下列物理过程：（1）子弹射入木块，子弹和木块的温度都升高了（2）冰吸热熔化（3）点亮的灯笼，外壳变热（4）柴油机的压缩过程其中通过做功改变内能的是 ，通过热传递改变内能的是 。11三峡水利发电站利用的是 能；秦山核电站利用的是 能。两电站中 利用的是燃料能源。12下列能源中属于清洁能源的是： （煤炭、天然气、核能、风能、地热能、潮汐能、太阳能、植物燃料）三计算题1用大小为 80N 的水平力沿水平地面推动一只原来静止的物体前进了 10m，阻碍物体运动的阻力为 60N，则：（1
23、）物体的末动能是多少？（2）此过程中有多少机械能转化为内能？2水滴从 5m 高处由静止开始自由下落，落地时有一半的机械能转化为内能，则水滴的温度将升高多少？（水的比热为 c=4200J/kg.)3质量为 2000 吨的列车，以 0.3m/s2的加速度制动后，经过 50s 停止，设制动过程中减少的机械能全部转化为内能，则制动过程中产生的内能是多少？4用一个面积是 500cm2高度为 3cm 的圆柱形的容器，内装 1kg 的水，用来估测射到地面上的太阳能。在日光垂直照射 5 分钟后，水的温度升高了 2.5,试估算在日光直射下地球表面没平方米每秒获得的太阳能.【典型例题】例 1 下列哪个实例说明做功
24、改变了系统的内能A. 用热水袋取暖 B. 用双手摩擦给手取暖C. 把手放在火炉旁取暖 D. 用嘴对手呵气给手取暖解析：双手摩擦做功，使手的内能增加，感到暖和；A、C、D 都是通过热传递来改变系统的内能。选项 B 正确。例 2 如果铁丝的温度升高了，则（ ）A. 铁丝一定吸收了热量 B. 铁丝一定放出了热量C. 外界可能对铁丝做功 D. 外界一定对铁丝做功解析：做功和热传递对改变物体的内能是等效的，温度升高可能是做功，也可能是热传递。故 C 正确。答案：C友情提示：铁丝的温度升高从结果看我们无法判断是哪种方式改变了内能，因为做功和热传递对改变物体的内能是等效的。例 3 下列关于热量的说法，正确的
25、是 （ ）A. 温度高的物体含有的热量多 B. 内能多的物体含有的热量多C. 热量、功和内能的单位相同 D. 热量和功都是过程量，而内能是一个状态量解析：热量和功都是过程量，而内能是一个状态量，所以不能说温度高的物体含有的热量多，内能多的物体含有的热量多；热量、功和内能的单位相同，都是焦耳。选 C、D答案：C、D友情提示：注意区分状态量与过程量的不同特点例 4. 有一个 10m 高的瀑布，水流在瀑布顶端时速度为 2m/s，在瀑布底与岩石的撞击过程中，有 10%的动能转化为水的内能，请问水的温度上升了多少摄氏度？已知水的比热容为 4.2103 J/（kg） ，g 取 10m/s2 .解：根据机械
26、能守恒定律知，当水流到达瀑布底时的动能水吸收热量 与温度变化 满足关系由题意知，有 10%的动能转化为水的内能，所以代入数据得： 友情提示：搞清能量转化的物理情景及转化过程中的数量关系，从而由能量守恒定律来列方程求解。例 5. 一定质量的气体，在压缩过程中外界对气体做功 300J，但这一过程中气体的内能减少了 300J，问气体在此过程中是吸热还是放热？吸收（或放出）多少热量？解析：由题意可知，W=300J，U=300J，根据热力学第一定律可得Q=UW= 300J300J=600JQ 为负值表示气体放热，因此气体放出 600J 的热量。友情提示：注意热力学第一定律关系式中各物理量的符号法则及其物
27、理意义。例 6. 一定质量的气体从外界吸收了 4.2105J 的热量，同时气体对外做了 6105J 的功，问：（1）物体的内能是增加还是减少？变化量是多少？（2）分子势能是增加还是减少？（3）分子的平均动能是增加还是减少？解析：（1）气体从外界吸热为：Q=4.210 5J气体对外做功：W=610 5J由热力学第一定律：U=W+Q=（610 5）+（4.210 5J）=1.810 5JU 为负，说明气体的内能减少了。所以，气体内能减少了 1.8105J。（2）因为气体对外做功，所以气体的体积膨胀，分子间的距离增大了，分子力做负功，气体分子势能增加了。（3）因为气体内能减少，同时气体分子势能增加，
28、说明气体分子的平均动能一定减少了。友情提示：本题以热力学第一定律关系式为起点，结合分子动理论中内能的定义，分析得出：气体对外做功，体积膨胀，分子间的距离增大了，分子力做负功，气体分子势能增加了气体内能减少，同时气体分子势能增加，说明气体分子的平均动能一定减少了。【课后练习】1. 下列实例中，属于做功来增加物体内能的是 （ ）A. 铁棒放在炉子里被烧红 B. 锯条锯木头时会发热C. 古时候的猿人钻木取火D. 冬天在阳光下取暖2. 下列现象属于用做功的方法改变系统内能的是 （ ）A. 放在火炉边的物体温度升高了B. 把一杯热水放在冷水中冷却C. 用铁锤锻打工件，工件会发热D. 拉弯的弓把箭射出去3
29、. 下列过程中，由于做功而使系统内能增加的是 （ ）A. 把铁丝反复弯曲，弯曲处温度升高B. 烧开水时，蒸汽将壶盖顶起C. 铁块在火炉中被加热D. 铁球从空中自由下落（不计空气阻力）4. 用下列方法改变物体的内能，属于做功方式的是 （ ）A. 搓搓手会感到手暖和些 B. 汽油机气缸内被压缩的气体C. 车刀切下的炽热的铁屑 D. 物体在阳光下被晒热5. 关于物体内能的变化，以下说法正确的是 （ ）A. 物体吸热，内能一定增大B. 物体对外做功，内能可能增大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6. 自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，下列说法正确
30、的是 （ ）A. 秋千的机械能守恒 B. 秋千的能量正在消失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7. 下列各物体在所经历的过程中，内能增加的有 （ ）A. 在光滑斜面上由静止释放而下滑的物体B. 水平飞行并射穿木块的子弹C. 在绝热的条件下被压缩的气体D. 在光滑水平面上运动的两个小球，碰撞后以共同的速度运动8. 在热力学第一定律的表达式 U=W+Q 中关于 U 、 W、Q 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 U 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
31、 U 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 U 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 U 为负9. 对于在一个大气压下 100的水变成 100的水蒸气的过程中，下列说法正确的是 （ ）A. 水的内能增加，对外界做功，一定是吸热B. 水的内能不变，对外界做功，从外界吸热C. 水的内能减少，对外界不做功，向外界放热D. 水的内能增加，对外界做功，向外界放热10. 为使一个与外界保持良好热交换状态的物体的内能能够明显变化，以下方法可行的是（ ）A. 以较大的功率对物体做功 B. 以较小的功率对物体做功 C. 该物体以较大的功率对外做功 D. 该物体以较小的功率对外做功11. 下图所示是一定质量的理想气体从状态 A 经 B 至 C 的 P 图线，则在此过程中（ ）A. 气体的内能改变 B. 气体的体积增大C. 气体向外界放热 D. 气体对外界做功 12. 从 10m 高空由静止开始下落的水滴，在下落的过程中，水滴重力势能的 40转化为水的内能使水的温度升高，则水滴落下后温度升高多少？水的比热容c=4.2103J/（ kg）13. 一个透热良好的气缸，缸壁浸在盛水的容器中，迅速下压活塞，压缩中对气体做了2000J 的功，稳定后使容器中 2 千克的水温度升高了 0.2，假设盛水容器绝热。问：压缩前后缸内气体的内能变化了多少？
