第七章 内能 能量守恒定律
A 物体的内能
1. 物体的内能
复习回归——分子动理论
1、物体是由大量分子组成的
2、分子永不停息地做无规则热运动
3、分子之间存在着相互作用力
1. 物体的内能
分子永不停息地做无规则热运动
分子具有动能
研究热现象时，关心的是物体内所有分子动能的平均值，称为分子平均动能。
温度是分子平均动能的标志
1. 物体的内能
分子之间存在着相互作用力
分子具有与分子间距离有关的势能，叫做分子势能。
分子间距离宏观上与物体的体积和状态有关。
２.内能变化的两个途径
其他形式的能转换为内能
神舟飞船返回大气层
划火柴
刹车片发热
做功
２.内能变化的两个途径
传导
对流
辐射
热传递
物体间内能的转移
内能
改变内能的途径
分子动能
分子势能
做功
热传递
体积、状态
温度
内能间的转移
其他形式能转换为内能
1．当气体温度升高时，下面说法中正确的是（ ）。
（A）每个气体分子的速率都增大
（B）每个气体分子的动能都增大
（C）气体分子的平均动能增大
（D）每个气体分子都具有相同的动能
C
2．对静止在桌面上的木块，下列说法正确的是（ ）。
（A）木块无动能，但有分子平均动能
（B）木块无动能，也无分子平均动能
（C）木块有动能，但无分子平均动能
（D）木块有动能，也有分子平均动能
A
3．下列关于温度与内能的说法正确的是（ ）。
（A）物体的内能等于物体的势能和动能的总和
（B）温度是分子热运动剧烈程度的反映，当温度升高时物体内部分子的动能都增加
（C）一个分子的运动速度越大，它的温度就越高
（D）物体的内能变化时，它的温度可以不变
D
4．擦火柴，火柴就燃烧；把火柴放在太阳下，通过凸透镜聚焦使火柴燃烧。这两种方式有什么不同？为什么都能使火柴燃烧？
前者是通过摩擦做功，增加内能；后者是通过热传递改变内能。
它们的效果相同，都是改变了物体的内能。
5．指出下列例子中，各是通过什么方式改变物体内能的？
（1）火炉将水壶中的水煮开。
（2）汽车紧急刹车时轮胎发热。
（3）压缩气体放气后温度降低。
（4）太阳光把衣服晒暖和。
热传递
做功
做功
热传递
气体膨胀
气体对外界做功
气体内能减少
6．简要回答下列问题：
（1）温度相同的物体内能一定相同吗？
（2）物体的温度越高，是不是物体中每个分子的动能就越大？
（1）温度相同的物体内能不一定相同，但是它们的分子平均动能大小相等。
（2）组成物体的分子做无规则热运动，每个分子动能并不相同。温度越高，分子平均动能越大。
6．简要回答下列问题：
（3）分子的动能和势能的大小各与什么因素有关？
（4）怎样解释物体的内能与物体的温度和体积有关？
（3）分子的动能及其平均值与物体温度即分子运动的激烈程度有关。分子势能与物体的状态和体积有关。
（4）内能由分子动能和分子势能组成，而分子动能与温度有关，分子势能与体积有关，因此内能与物体的温度和体积有关。
7．划着一根火柴这一过程中包含的能的转化过程是（ ）。
（A）势能转化为动能 （B）原子核能转化为光能
（C）化学能转化为内能 （D）机械能转化为化学能
C
划火柴：机械能转化为内能
火柴燃烧：化学能转化为内能
8．如图所示，用光滑的活塞密闭一定质量的气体，整个装置与外界没有热交换。现在活塞上方放一重物M，当重物M与活塞接触后，气体的内能将（ ）。
（A）变大 （B）变小
（C）不变 （D）先变小再变大
A
压缩气体
外界对气体做功
气体内能增加
9．下列情况中通过热传递改变物体内能的是（ ）。
（A）在火炉上烧开一壶水 （B）柴油机的压缩冲程
（C）用锯子锯木头，锯子会发热 （D）用砂轮磨刀，刀具会变热
A
10．子弹在射入放在光滑水平面上的木块的过程中，下列说法中正确的是（ ）。
（A）子弹损失的动能全部转化为木块的动能
（B）子弹损失的动能全部转化为木块的内能
（C）子弹损失的动能全部转化为子弹和木块的内能
（D）子弹损失的动能全部转化为木块的动能和子弹与木块的内能
D
且发热
v
11．暖瓶中盛有0.25 kg、25℃的水，一个学生想用上下摇晃的方法使冷水变为沸水，设每摇晃一次水的落差为15 cm，每分摇晃30次，不计所有热散失，他约需多少时间可以把冷水“摇”成开水？[c水＝4.2×103J/（kg·℃），g取10 m/s2。]
思路 做功→改变内能 或 其他形式的能→内能
公式
W=Q
\Delta E_p=Q
nmg \Delta h=mc \Delta t
n \times 10\times 0.15=4200 \times 75
n =210000 次
解：
t =210000/30 \rm{min}=7000 \rm{min}
B 能的转化和能量守恒定律
1．能的形式
-
每一种形式的能对应于一种运动形式
机械能
机械运动
内能
核能
分子运动
电荷运动
热运动
电能、磁能
化学能
核子运动
1．能的形式
-
各种形式的能是可以相互转化的
机械能
内能
核能
电能
化学能
1．能的形式
-
各种形式的能是可以相互转化的
机械能
内能
核能
电能
化学能
电动机
发电机
内燃机
火力发电
电炉
摩擦生热
燃烧
核电站
电池
2．能量守恒定律
能量既不能创生，也不能消失，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，在转化或转移的过程中，其总量不变。这就是能量守恒定律。
19世纪自然科学三大发现
-
细胞学说
-
能量守恒定律
-
进化论
2．能量守恒定律
不存在“永动机”
2．能量守恒定律
不存在“永动机”
2．能量守恒定律
不存在“永动机”
1．汽车关闭发动机后恰能沿斜坡匀速滑下，在这过程中正确的说法是（ C ）。
（A）汽车的机械能守恒
（B）汽车的动能和势能相互转化
（C）机械能转化为内能，总能量守恒
（D）机械能和内能之间没有转化
匀速下滑
2．下列说法不正确的是（ D ）。
（A）做功和热传递在改变内能的效果上是等效的
（B）功是物体能量转化的量度
（C）自然界中每种物质的运动形式都有其相应的能所对应
（D）能的转化和能量守恒定律是可以制造出“永动机”的理论依据
3．木块沿斜面匀速下滑的过程中（ D ）。
（A）木块的机械能守恒
（B）木块的内能保持不变
（C）木块减小的重力势能全部转化为增加的动能
（D）木块减小的机械能转化为内能
4．写出下列物理现象中能量的转化情况：
（1）两小球相互碰撞后粘合在一起不动，是机械能转化为内能。
（2）燃料在气缸内燃烧，气缸内气体推动活塞运动，是化学能转化为机械能。
（3）给盛水的容器内的电阻丝通电，水温升高，是电能转化为内能。
（4）用酒精灯加热水，是化学能转化为内能。
5．在与外界无热传递的封闭房间里，夏天有人想用同时使电冰箱和电风扇运转并打开冰箱门的办法使室内降温，试问他能否达到目的？两电器工作较长时间后，房间的气温将会怎样变化？说明原因。
不能。室内温度升高，因为消耗了电能，最终转化为封闭房间中的内能。
6．人的体温是由下丘脑中特殊神经细胞监察和控制的，它们对人体血液的温度很敏感。当下丘脑温度高于37℃时，人体的散热机制（如血管舒张，出汗）就活跃起来。已知37℃时蒸发18 g汗水所能散发的能量E＝4300 J。现有一个中年人慢步行走时，机体新陈代谢功率为35 W，而此时人体通过热传导和热辐射等方式（不包括出汗）产生的散热功率只有33 W，因此人体要通过出汗来保持散热和代谢的平衡，即保持体温为37℃。那么，此人行走1 h出汗约多少克？
W=\Delta Pt=(35-33) \times 3600 \rm J=7200\rm J
m=\frac{W}{E}\times18 \rm g=\frac{7200}{4300}\times 18 \rm g=30.14 g
C 能的转化的方向性 能源开发
生活中的不可逆过程
君不见，黄河之水天上来，奔流到海不复回。
君不见，高堂明镜悲白发，朝如青丝暮成雪。
凡是能量守恒的过程就一定会发生吗？
匀速下滑
摩擦
热
摩擦
热
？
1．自然过程的方向性
大量事实表明，自然界中的一切实际变化过程都具有方向性，朝某个方向的变化是可以自发发生的，相反方向的变化却是受到限制的。这时如果要使变化了的事物重新恢复到原来的状态，一定会对外界产生无法消除的影响，这就是自然过程的不可逆性。
1．自然过程的方向性
物理学中所讨论的三类典型的单向性过程或不可逆过程
热传递
摩擦生热
气体自由膨胀
高温
低温
2．能量的耗散与退化
在自然界发生的种种变化中，能量的总值虽然保持不变（守恒），但是能量可被利用的价值越来越小，或者说能量的品质在逐步降级。
内能是一种低品质的能
化学能100%
机械能15%
内能85%
3．能源（energy sources）
太阳能
太阳能
核能
煤
沼气
潮汐能
风能
水能
3．能源（energy sources）
能源的分类
类别
一次能源
二次能源
新能源
常规能源
1．下列说法中正确的是（ B ）
（A）凡是能量守恒的过程就一定会发生
（B）摩擦生热的过程是不可逆过程
（C）空调机既能致热又能致冷，说明热传递不存在方向性
（D）由于能的转化过程符合能量守恒定律，所以不会发生能源危机
2．下列说法中正确的是（ D ）
（A）直接来自自然界的能源就是二次能源
（B）新能源是技术上比较成熟的能源
（C）二次能源就是新能源
（D）从自然界的能源转化而来的能源是二次能源
3．下列关于能源的说法中，正确的是（ C ）。
（A）二次能源是指可重复利用的能源
（B）新能源是指新开采的能源
（C）一次能源是直接来自自然界的能源
（D）石油是二次能源
4．太阳能、地热能、风能、潮汐能、煤气、汽油、焦炭中，属于一次能源的是太阳能、地热能、风能、潮汐能。
9．能源的开发利用过程实质上就是能的转化和转移过程。如图所示的流程图反映了各种能通过各种装置发生转化的过程，请在标号处填写名称。
内能
发电机
太阳能热水器
太阳灶
热机
内燃机
水车、水轮机
太阳能电池
11．如图所示是一台风力发电机，风吹在叶片上推动叶片做功将风的动能转化为电能，若每分（钟）作用在叶片上风的动能由30000 J减小为6000 J。该机发电的功率为60 W，则该风力发电机的能量转化效率为多少？
每分钟输入的风能
每分钟产生的电能
30000-6000=24000 \rm J
Pt=60 \times60 \rm J=3600 \rm J
解：效率
\eta =\frac{E_出}{E_总}=\frac{60\times60}{30000-4000} \times100\%=15\%
1．关于太阳能，以下说法中正确的是（ B ）。
（A）太阳能是一种常规能源，它清洁、安全、广泛被人类利用
（B）太阳能是一种新能源，它容量巨大、使用前景广阔，人类仅刚刚开始开采和利用它
（C）太阳能是一种新能源，我国有着十分丰富的太阳能资源，它可以直接被人类利用
（D）太阳能是一种非燃料能源，地球上一切能量都来自于太阳
2．根据能源的利用和转化，在下图中填写空格：
太阳能电池
内能
生物能
6．尽管我们关于太阳能的研究经历了很长的时间，取得了许多成果，但今天对太阳能的利用还是非常有限的，其主要原因是（B）。
（A）太阳能难以转化为其他能
（B）尚未开发出高效经济的收集和储存太阳能的系统
（C）核能仍然更有效
（D）太阳能的利用系统尚不安全
10．太阳能热水器是利用太阳能来加热水的一种装置，某家庭有一台太阳能热水器安装在离地面10 m高的屋顶上。现需要将初温为10℃的100 kg水，加热到60℃，则：
（1）把这些水从地面输送到屋顶的热水器中，需要对水做多少功？（g取10 m/s2）
（2）这些水要从太阳那里吸收多少热量？
W＝Gh＝mgh＝100×10×10 \rm J＝1×10^4 J
Q＝cm（t－t_0）
（1）
（2）
＝4.2×10^3 \rm ×100×（60－10）J＝2.1×10^7 J
D 太阳能的利用
风
煤炭、石油等
太阳能电池
集热器
光合作用
太阳能
内能
化学能
电能
机械能
电能
地球上的风能、水能、海洋温差能、波浪能和生物质能以及部分潮汐能都来源于太阳，地球上的化石燃料（如煤炭、石油、天然气等）从根本上说也是远古以来储存下来的太阳能。
不是来自于太阳的能量
核能：地球本身蕴藏的放射性元素（铀、钚）
地热能：地球内部的熔岩
太阳灶
太阳能热水器
太阳能电池
1．理想气体在容积固定的密闭容器中，当温度升高时，则增大的是（ B ）
A．分子间的距离 B．分子的平均动能
C．分子的势能 D．分子的速率
2．下列关于热学规律的说法中正确的是（ C ）
A．温度低的物体内能小
B．物体吸收热量，其温度一定升高
C．自然界中自发进行的与热现象有关的宏观物理过程都具有方向性
D．悬浮在液体中的固体颗粒越大，周围液体分子撞击的机会越多，布朗运动越明显
3．关于能源，下列说法中正确的是（ B ）
A．一次能源是可再生能源 B．太阳能、核能属于新能源
C．煤炭、石油、天然气属于新能源 D．煤炭、石油、天然气是可再生能源
4．下列说法中正确的是（ D ）
A．温度低的物体内能小
B．温度低的物体分子运动的平均速率小
C．物体做加速运动时速度越来越大，物体内分子的平均动能也越来越大
D．物体体积改变，内能可能不变
5．下列说法中正确的是（ C ）
A．做功和热传递在改变内能的效果上是等效的，因此做功与热传递是没有区别的
B．虽然做功和热传递在改变内能的效果上是等效的，但我们还是可以通过分析改变前后的物体的内能，来区别是做功还是热传递改变内能的
C．做功和热传递在改变内能的效果上是等效的，表明要使物体的内能发生变化，既可以通过做功来实现，也可以通过热传递来实现
D．做功和热传递在改变内能的效果上是等效的，说明人在出汗散热时，还可以通过对外做功来代替出汗改变内能
8．下说法不正确的是（ C ）
A．电冰箱内的食品温度比室内温度低，说明在一定条件下热量也可以由低温物体传到高温物体
B．内能可以转化为机械能
C．能量的耗散否定了能量守恒定律
D．能量的耗散说明自然界的宏观过程有方向性
12．一定质量的理想气体在升温过程中（ C ）
A．分子平均势能减小
B．每个分子速率都增大
C．分子平均动能增大
D．分子间作用力先增大后减小
14．关于物体间的热传递，下列说法正确的是（ B ）
A．热传递的实质是温度的传递
B．物体间存在着温度差，才能发生热传递
C．热传递可以在任何情况下进行
D．物体内能发生改变，一定是吸收或放出了热量
15．下列哪个实例说明做功改变了系统的内能（ B ）
A．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
17．出租车常以天然气作为燃料，加气站储气罐中天然气的温度随气温升高的过程中，若储气罐内气体体积及质量均不变，则罐内气体（可视为理想气体）（ B ）
A．压强增大，内能减小
B．吸收热量，内能增大
C．压强减小，分子平均动能增大
D．对外做功，分子平均动能减小
18．如图所示为用DIS研究摩擦与热的实验装置，铜管内插入温度传感器，用手拉住绳子两端迅速往复拉动，发现温度传感器的示数增大，则下列说法正确的是（ C ）
A．外界对铜管内气体做功
B．该过程只有做功过程没有热传递的过程
C．外界对铜管做功
D．铜管内气体内能不变
19．下列对能量的转化和守恒定律的认识不正确的是（ D ）
A．某种形式的能量减少，一定存在其他形式能量的增加
B．某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加
C．不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——永动机是不可能制成的
D．石子从空中落下，最后停止在地面上，说明机械能消失了
20．至今为止，第一类永动机从来没有成功过，其原因是（ D ）
A．机械制造的技术没有过关
B．违反了牛顿运动定律
C．违反了电荷守恒定律
D．违反了能量守恒定律
21．如图所示为冲击摆实验装置，一飞行子弹射入沙箱后与沙箱合为一体，共同摆起一定的高度，则下面有关能量的转化的说法中正确的是（ D ）
A．子弹的动能转变成沙箱和子弹的内能
B．子弹的动能转变成了沙箱和子弹的热能
C．子弹的动能转变成了沙箱和子弹的动能
D．子弹的动能一部分转变成沙箱和子弹的内能，另一部分转变成沙箱和子弹的机械能
22．下列关于能量耗散的说法，不正确的是（ A ）
A．能量耗散使能的总量减少，违背了能量守恒定律
B．能量耗散是指散失在环境中的内能再也不能收集起来被人类利用
C．其他形式的能在一定的条件下可以全部转化为内能}
D．能量耗散导致能量品质降低
23．如图所示，打开容器中间的隔板后，原来储存在容器左边的气体就会向右边的真空区域自由膨胀，最终均匀地分布于整个容器，但我们从未观察到气体自行行压缩到容器的一边，原因是（ B ）
A．能量守恒定律
B．自然过程的方向性
C．观察时间不够，时间足够长是可以发生的
D．气体也有可能自行压缩到容器一边，只是我们用眼看不到
26．气体内能是所有气体分子热运动的动能和分子势能的总和，其大小与气体的状态有关，分子热运动的平均动能与分子间势能分别取决于气体的（ A ）
A．温度和体积 B．体积和压强
C．温度和压强 D．压强和温度
32．关于内能和机械能的下列说法中，正确的是（ D ）
A．内能和机械能各自包含动能和势能，因此，它们在本质上是一样的
B．运动物体的内能和机械能均不可以为零
C．一个物体的机械能可以为零，它的内能也可以为零
D．物体的机械能变化时，它的内能可以保持不变