第二节 能量的转化与守恒（导学案）物理沪科版选择性必修第三册

该高中物理导学案聚焦“能量的转化与守恒”，核心涵盖热力学第一定律、第一类永动机不可制成及能量守恒定律。通过焦耳“热与功”实验导入，先阐述绝热过程中内能变化与做功的关系，结合热传递总结热力学第一定律，再借永动机和焦耳实验引出能量守恒，知识回顾、思考讨论等环节搭建学习支架，衔接旧知。 资料以核心素养为特色，物理观念上深化能量观念与守恒思想，科学思维上渗透控制变量法和科学推理，科学态度上体现焦耳实事求是、勇于探索的精神。习题结合生活实例（如温泉放热、氧气瓶内能变化），分层设计单选与填空，助力学生自主学习，提升应用能力，便于教师教学评估。

第2节 能量的转化与守恒 导学案 1．通过对焦耳“热与功”实验的阐述，得出在绝热过程中系统内能的变化与外界对系统做功的等量关系，并强调控制变量是实验探究的重要方法；再根据热传递与物体内能变化的定量关系，总结归纳出热力学第一定律。通过焦耳的另一个实验和第一类永动机的不可制成的介绍，总结归纳得出能量守恒定律。在热力学研究中进一步提升能量观念和守恒思想。 1．在学习过程中，要了解焦耳在实验中运用了控制变量的思想方法，即绝热条件下有 ΔU = W，不做功条件下有 ΔU = Q。学生通过学习过程，体会科学家在科学探究过程中实事求是、坚持真理的科学态度，以及不畏艰辛、勇于探索的科学精神。 【知识回顾】 一、热力学第一定律 1．热量Q：不能（能/不能）说物体具有多少热量，只能说物体吸收，放出了多少热量。 绝热过程：既不从外界吸收热量，也不向外界放出热量的过程，即Q=0。 2．热力学第一定律：在系统与外界同时发生做功，热传递的过程中，系统内能的变化量ΔU等于外界对系统所做的功W与系统从外界吸收的热量Q的代数和。即 ΔU =W + Q 外界对系统做功时，W>0；系统对外界做功时，W<_0；（拓展阅读：气体收缩→外界对气体做功；气体膨胀→气体对外界做功） 系统从外界吸收热量时，Q>0；系统向外界放出热量时，Q<0。 系统内能增加时，ΔU>0；系统内能减少时，ΔU<0。 二、第一类永动机是不能制成的 （1）第一类永动机：不消耗任何能量，却能源源不断地对外做功。它违背了能量守恒 定律。热力学第一定律也可以表述为第一类永动机是不能制成的”。 三、能量守恒定律 （1）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其他形式，或者从一个物体转移到其他物体，从物体的一部分转移到其他部分，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变 。 （2）热力学第一定律是能量守恒定律在热现象中的具体体现。 （3）意义：任何机器或装置只能使能量从一种形式转化成其他形式，而不能无中生有地创造能量。 【自主预习】 热力学第一定律 1．内容：物体内能的增量（）等于外界对物体做的功（）和物体吸收的热量（）的总和． 2．表达式： 3．符号法则： 物理量 外界对物体做功 物体对外界做功 物体吸收热量 物体放出热量 内能增加 内能减少 【技巧点拨】 ①热力学第一定律的理解 Ⅰ、内能的变化都要用热力学第一定律进行综合分析． Ⅱ、做功情况看气体的体积：体积增大，气体对外做功，为负；体积缩小，外界对气体做功，为正． Ⅲ、与外界绝热，则不发生热传递，此时． Ⅳ、如果研究对象是理想气体，因理想气体忽略分子势能，所以当它的内能变化时，体现在分子动能的变化上，从宏观上看就是温度发生了变化． ②三种特殊情况 Ⅰ、若过程是绝热的，则，，外界对物体做的功等于物体内能的增加； Ⅱ、若过程中不做功，即，则，物体吸收的热量等于物体内能的增加； Ⅲ、若过程的初、末状态物体的内能不变，即，则或，外界对物体做的功等于物体放出的热量． 思考与讨论： 热力学第一定律 在焦耳的大量实验中，最著名的一个实验装置如图 12 – 5 所示。在与外界隔热良好的量热器里装有水。重物 P 与 P′ 下落时，带动量热器中的叶片转动，由于摩擦而使水的温度升高。测出重物 P 与 P′ 的质量以及它们下落的距离，可以计算出重力所做的功。另一方面，由水和量热器的质量、比热容、升高的温度可计算出增加的内能。 图 12 – 5 焦耳的实验装置 绝热材料 重物P 重物Pʹ 固定在量热器 内壁上的叶片 装水的量热器 固定在轴 上的叶片 焦耳通过多次实验证明，重力对 P 与 P′ 所做的功总等于水和容器组成的系统增加的内能。 在上述过程中，水和容器组成的系统只是通过外界做功与外界交换能量，它既不从外界吸热，也不向外界放热，这种过程叫做绝热过程。 以 U1、U2 分别表示系统的初、末状态的内能，∆ U = U2 − U1 表示系统内能的变化量，在绝热过程中系统内能的变化量 ∆ U 就等于外界对系统所做的功 W，即 ∆U = W 一般而言，我们把研究对象称为系统，当系统与外界仅有热传递时，热量是系统内能变化的量度。当某系统从内能为 U1 的初状态通过热传递到达内能为 U2 的末状态，系统内能的变化量 ∆U 就等于外界向系统传递的热量 Q，即 ∆U = Q 热量的概念只在涉及能量传递时才有意义。所以不能说物体具有多少热量，只能说物体吸收或放出了多少热量。 在国际单位制中，热量与功、能量的单位相同，都是焦耳（J）。不过，人们经常用“卡（cal）”作为热量的单位。焦耳用图 12–5 所示的实验装置测定 1 cal = 4.18 J，物理学中将 J = 4.18 J/cal 称为热功当量。事实上，测量热功当量正是当年焦耳实验研究的本意。 拓 展 视 野 于是，在系统与外界同时发生做功和热传递的过程中，系统内能的变化量 ∆U 等于外界对系统所做的功 W 与系统从外界吸收的热量 Q 的代数和。这就是热力学第一定律（first law of thermodynamics），用公式表示为 ∆U = W + Q 通常，外界对系统做功时取 W ＞ 0，系统对外界做功时取 W ＜ 0；系统从外界吸收热量时取 Q ＞ 0，系统向外界放出热量时取 Q ＜ 0。 外界对系统做了 2.8×105 J 的功，系统的内能增加 1.6×105 J，试分析系统吸放热的情况。 自 主 活 动 从微观角度而言，分子平均动能越大，物体的温度就越高。对于理想气体，分子间相互作用力忽略不计，分子势能为零。因此一定质量理想气体的内能仅取决于它的温度，温度升高，内能增加。由此可知，等温变化中，一定质量理想气体的内能保持不变。 根据热力学第一定律，在一定质量的气体等温膨胀过程中，气体对外界做功，同时从外界吸热；在气体的等温压缩过程中，外界对气体做功，同时气体向外界放热。 拓 展 视 野 第一类永动机是不能制成的 17、18 世纪，人们曾期望设计一种永动机，这种机器不消耗任何能量，却能源源不断地对外做功，这类永动机称为第一类永动机。 在物理学中，若系统经历任意过程回到初始状态，即 ∆U = 0，称系统经历一个循环过程。根据热力学第一定律，若系统（机器）不断地对外做功，则必须从外界吸收热量。所 以，既不消耗内能又不借助外界能量而不断对外做功是不可能的，即第一类永动机是不能实现的。因此，热力学第一定律也可以表述为“第一类永动机是不能制成的”。 图 12 – 6 所示是一个典型的第一类永动机设计方案。轮子中央有一个固定转轴，轮子边缘安装着 12 个可活动的短杆，每个短杆的外端装有铁球。方案设计者认为，在转动过程中右边球的重力与力臂的乘积要比左边球的重力与力臂的乘积大。这样，轮子就会永无休止地沿顺时针方向转动下去，并且带动机器转动。事实上，该永动机是不能制成的。图 12 – 6 第一类永动机典型设计 仔细分析会发现，虽然右边每个球的重力与力臂的乘积大，但是球的个数少；左边每个球的重力与力臂的乘积虽然小，但是球的个数多。所以，轮子不会持续转动下去而对外做功，只能摆动几下便会停止。 大量事实证明，任何制造永动机的设想无论看上去多么巧妙，最终都是无法实现的。虽然制造永动机的梦想最终破灭，但是人们从研制永动机所经历的无数次失败和挫折中吸取了教训，从而进一步研究各种不同形式的能量的转化规律。 能量守恒定律 19 世纪中叶，焦耳利用图 12 – 5 所示的实验装置证明，消耗一定量的机械能，总会得到等量的内能，从而首先揭示了在机械能和内能转化的过程中，总能量是守恒的。不仅如此，焦耳还通过给电阻丝通电使隔热容器中水的温度升高的实验（图 12 – 7），进一步证明在电能和内能的转化过程中，总能量也是守恒的。图 12 – 7 电流通过电阻使液体升温 温度计 大量事实证明：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其他物体，从物体的一部分转移到其他部分，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。这就是能量守恒定律（law of conservation of energy）。热力学第一定律是能量守恒定律在热现象中的具体体现。 能量守恒定律的发现使人们认识到，任何机器或装置只能使能量从一种形式转化成其他形式，而不能无中生有地创造能量。这为人们开发和利用能源指明了方向。为了有效地利用能量，重要的是发现能量转化的新途径，提高能量的转化效率。 化学能 核能 内能 电能 机械能 图 12 – 8 能量之间的转化 大家谈 根据图 12 – 8 中箭头标出的各种能量之间的转化，列举相应的实例。 能量守恒定律是人类经过长期探索而确立的、普遍适用的基本规律。恩格斯曾经把这一定律称为“伟大的运动定律”，并认为它的发现是 19 世纪自然科学的三大发现之一。能量守恒定律把不同的自然科学技术领域联系了起来，成为人们认识自然、利用自然的有力武器。 一、单选题 1．下列叙述中正确的说法是（    ） A．每个分子的内能等于它的势能和动能的总和 B．物体的内能变化时，它的温度可以不变 C．同种物质，温度较高时的内能肯定比温度较低时的内能大 D．纯电阻电路中电流的电能也不可能全部变成内能 【答案】B 【详解】A．内能是统计概念，对单个分子讲没有意义，故A错误； B．物体的内能变化时，其温度可以不变，比如同质量的冰熔化成同质量同温度的水时，内能增大，而温度不变，故B正确； C．物体的内能不光受温度的影响，还与物体所处的状态有关，比如零摄氏度的冰吸热变为零摄氏度的水，内能增加，温度不变，故C错误； D．由电流热效应中的焦耳定律可知，电流的能可以全部转化为内能，故D错误； 故选B。 2．关于固体、液体、气体和物态变化，下列说法中正确的是（　　） A．晶体一定具有各向异性的特征 B．毛细现象就是浸润液体在细管中的上升和不浸润液体在细管中的下降 C．的铁和的铜，它们的分子平均速率相同 D．一定质量的某种理想气体状态改变时，内能一定改变 【答案】B 【详解】A．多晶体具有各向同性的特征，故A错误； B．毛细现象就是浸润液体在细管中的上升和不浸润液体在细管中的下降，故B正确； C．温度是平均动能的标志，温度相同的铁和铜，分子平均动能相同，但分子质量不同，则平均速率不同，故C错误； D．一定质量的某种理想气体的内能由温度决定，状态改变时，温度不一定变化，如：压强增大而体积减小，故D错误。 故选B。 3．关于物体的内能，下列说法正确的是（　　） A．水的内能比冰的内能大 B．物体所处的位置越高，分子势能越大 C．一定质量的0 ℃的水结成0 ℃冰，内能一定减少 D．相同质量的两个同种物体，运动物体的内能一定大于静止物体的内能 【答案】C 【详解】A．物体的内能由温度、体积和分子数目共同决定，由于水与冰的分子数目关系不确定，可知水与冰的内能大小关系也不能够确定，故A错误； B．物体所处的位置越高，重力势能越大，分子势能是物体内能的一部分，与物体的高度大小无关，故B错误； C．一定质量的0 ℃的水结成0 ℃冰，必需向外释放能量，可知内能一定减少，故C正确； D．物体的内能由温度、体积和分子数目共同决定，与物体的运动状态无关，可知相同质量的两个同种物体，运动物体的内能与静止物体的内能大小关系不确定，故D错误。 故选C。 4．物体的内能包括（　　） A．分子势能 B．重力势能 C．核能 D．化学能 【答案】A 【详解】物体的内能为物体里所有的分子动能和势能的总和。 故选A。 5．一定质量0℃的冰，熔解成0℃水的过程中 A．分子的总动能变大 B．分子的总动能变小 C．分子间的势能变大 D．分子间的势能变小 【答案】C 【详解】一定质量0℃的冰，熔解成0℃水的过程中温度不变，则分子平均动能不变，分子总动能不变，由于吸收热量，内能增加，则分子间的势能变大。 故选C。 6．对一定质量的理想气体，下列说法正确的是（　　） A．气体的体积是所有气体分子的体积之和 B．气体温度升高，气体每一个分子的热运动速度都增大 C．气体对容器的压强是由大量气体分子对容器不断碰撞而产生的 D．当气体膨胀时，气体分子势能减小，因而气体的内能一定减少 【答案】C 【详解】A．气体的体积是所有气体分子运动占据的空间的体积之和，A错误； B．气体温度升高，气体分子热运动的平均速率变大，但是单个气体分子的运动具有随机性、偶然性，速率不一定增大，B错误； C．气体对容器的压强是由大量气体分子对容器不断碰撞而产生的，C正确； D．理想气体不考虑分子势能，只需考虑分子平均动能，该选项不清楚温度变化情况，故无法判断内能如何变化，D错误。 故选C。 7．1g的水结成冰，则一定不变的是（　　） A．分子质量 B．分子体积 C．分子平均动能 D．分子势能 【答案】A 【详解】A．质量是物体本身的一种属性，与物体的状态无关，故A正确； B．由于冰的密度比水的密度小，1g的水结成冰体积会增大，故B错误； C．温度是分子平均动能的标志，1g的水结成冰，由于水的温度不低于0℃，因此当冰的温度低于0℃时，分子平均动能减小，故C错误； D．若是质量为1g的0℃的水凝固成0℃的冰，会放出热量，内能减少，内能包括分子动能和分子势能，由于温度不变，分子平均动能不变，因此放出的能量是由分子势能减小而释放的，故D错误。 故选A。 二、填空题 8．内能是物体内部具有的能量，它包括物体内所有分子的 ，它与物体的 、状态都有关系。 【答案】 动能和势能 温度和体积 【详解】[1]内能是物体内所有分子的分子动能和分子势能之和； [2]物体的内能与物体的温度、体积、状态都有关。 9．长沙市宁乡的灰汤温泉是我国三大著名的高温复合温泉之一，温泉出水处温度高达92℃。假设温泉每天开采热水量为2×104 kg，而水温要降低到52℃才能使用，那么这些热水在使用前要放出 J的热量，其内能减少 J。水的比热容c=4.2×103 J/（kg·℃）。 【答案】 【详解】[1][2]由题意可知，水的质量为m=2×104 kg，由比热容公式可得热水需要放出的热量为 Q放=cm△t=4.2×103 J/（kg·℃）×2×104 kg×（92℃−52℃）=3.36×109 J 由题意可得，内能减少量与热水放出的热量相同。 10．疫情期间，医院将氧气瓶由寒冷的室外搬到温暖的室内并放置一段时间。不计氧气瓶体积的变化，与室外相比，该瓶内氧气的内能 （选填“变大”、“变小”或“不变”），氧气分子在单位时间内对瓶壁单位面积的撞击次数 （选填“增多”、“减少”或“不变”）。 【答案】 变大 增多 【详解】[1]由于氧气体积不变，所以分子势能不变，而氧气温度升高，所以分子平均动能增大，则氧气的内能变大。 [2]氧气的分子数密度不变，而分子平均速率增大，所以氧气分子在单位时间内对瓶壁单位面积的撞击次数增多。 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ / 学科网（北京）股份有限公司 $ 第2节 能量的转化与守恒 导学案 1．通过对焦耳“热与功”实验的阐述，得出在绝热过程中系统内能的变化与外界对系统做功的等量关系，并强调控制变量是实验探究的重要方法；再根据热传递与物体内能变化的定量关系，总结归纳出热力学第一定律。通过焦耳的另一个实验和第一类永动机的不可制成的介绍，总结归纳得出能量守恒定律。在热力学研究中进一步提升能量观念和守恒思想。 1．在学习过程中，要了解焦耳在实验中运用了控制变量的思想方法，即绝热条件下有 ΔU = W，不做功条件下有 ΔU = Q。学生通过学习过程，体会科学家在科学探究过程中实事求是、坚持真理的科学态度，以及不畏艰辛、勇于探索的科学精神。 【知识回顾】 一、热力学第一定律 1．热量Q：________（能/不能）说物体具有多少热量，只能说物体_________或______了多少热量。 绝热过程：既不从外界吸收热量，也不向外界放出热量的过程，即Q ____0。 2．热力学第一定律：在系统与外界同时发生__________和_________的过程中，系统内能的变化量ΔU等于外界对系统所做的功W与系统从外界吸收的热量Q的代数和。即 ΔU = _____________。 · 外界对系统做功时，W______0；系统对外界做功时，W______0；（拓展阅读：气体收缩→外界对气体做功；气体膨胀→气体对外界做功） · 系统从外界吸收热量时，Q_______0；系统向外界放出热量时，Q_______0。 · 系统内能增加时，ΔU_____0；系统内能减少时，ΔU______0。 二、第一类永动机是不能制成的 （1）第一类永动机：_____________任何能量，却能源源不断地对外___________。它违背了_____________定律。热力学第一定律也可以表述为“_________永动机是不能制成的”。 三、能量守恒定律 （1）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____________为其他形式，或者从一个物体_____________到其他物体，从物体的一部分_____________到其他部分，在转化或转移的过程中，能量的总量_____________。 （2）热力学第一定律是能量守恒定律在热现象中的具体体现。 （3）意义：任何机器或装置只能使能量从一种形式_______成其他形式，而不能无中生有地创造能量。 典型例题 【自主预习】 热力学第一定律 1．内容：物体内能的增量（）等于外界对物体做的功（）和物体吸收的热量（）的总和． 2．表达式： 3．符号法则： 物理量 外界对物体做功 物体对外界做功 物体吸收热量 物体放出热量 内能增加 内能减少 【技巧点拨】 ①热力学第一定律的理解 Ⅰ、内能的变化都要用热力学第一定律进行综合分析． Ⅱ、做功情况看气体的体积：体积增大，气体对外做功，为负；体积缩小，外界对气体做功，为正． Ⅲ、与外界绝热，则不发生热传递，此时． Ⅳ、如果研究对象是理想气体，因理想气体忽略分子势能，所以当它的内能变化时，体现在分子动能的变化上，从宏观上看就是温度发生了变化． ②三种特殊情况 Ⅰ、若过程是绝热的，则，，外界对物体做的功等于物体内能的增加； Ⅱ、若过程中不做功，即，则，物体吸收的热量等于物体内能的增加； Ⅲ、若过程的初、末状态物体的内能不变，即，则或，外界对物体做的功等于物体放出的热量． 思考与讨论： 热力学第一定律 在焦耳的大量实验中，最著名的一个实验装置如图 12 – 5 所示。在与外界隔热良好的量热器里装有水。重物 P 与 P′ 下落时，带动量热器中的叶片转动，由于摩擦而使水的温度升高。测出重物 P 与 P′ 的质量以及它们下落的距离，可以计算出重力所做的功。另一方面，由水和量热器的质量、比热容、升高的温度可计算出增加的内能。 图 12 – 5 焦耳的实验装置 绝热材料 重物P 重物Pʹ 固定在量热器 内壁上的叶片 装水的量热器 固定在轴 上的叶片 焦耳通过多次实验证明，重力对 P 与 P′ 所做的功总等于水和容器组成的系统增加的内能。 在上述过程中，水和容器组成的系统只是通过外界做功与外界交换能量，它既不从外界吸热，也不向外界放热，这种过程叫做绝热过程。 以 U1、U2 分别表示系统的初、末状态的内能，∆ U = U2 − U1 表示系统内能的变化量，在绝热过程中系统内能的变化量 ∆ U 就等于外界对系统所做的功 W，即 ∆U = W 一般而言，我们把研究对象称为系统，当系统与外界仅有热传递时，热量是系统内能变化的量度。当某系统从内能为 U1 的初状态通过热传递到达内能为 U2 的末状态，系统内能的变化量 ∆U 就等于外界向系统传递的热量 Q，即 ∆U = Q 热量的概念只在涉及能量传递时才有意义。所以不能说物体具有多少热量，只能说物体吸收或放出了多少热量。 在国际单位制中，热量与功、能量的单位相同，都是焦耳（J）。不过，人们经常用“卡（cal）”作为热量的单位。焦耳用图 12–5 所示的实验装置测定 1 cal = 4.18 J，物理学中将 J = 4.18 J/cal 称为热功当量。事实上，测量热功当量正是当年焦耳实验研究的本意。 拓 展 视 野 于是，在系统与外界同时发生做功和热传递的过程中，系统内能的变化量 ∆U 等于外界对系统所做的功 W 与系统从外界吸收的热量 Q 的代数和。这就是热力学第一定律（first law of thermodynamics），用公式表示为 ∆U = W + Q 通常，外界对系统做功时取 W ＞ 0，系统对外界做功时取 W ＜ 0；系统从外界吸收热量时取 Q ＞ 0，系统向外界放出热量时取 Q ＜ 0。 外界对系统做了 2.8×105 J 的功，系统的内能增加 1.6×105 J，试分析系统吸放热的情况。 自 主 活 动 从微观角度而言，分子平均动能越大，物体的温度就越高。对于理想气体，分子间相互作用力忽略不计，分子势能为零。因此一定质量理想气体的内能仅取决于它的温度，温度升高，内能增加。由此可知，等温变化中，一定质量理想气体的内能保持不变。 根据热力学第一定律，在一定质量的气体等温膨胀过程中，气体对外界做功，同时从外界吸热；在气体的等温压缩过程中，外界对气体做功，同时气体向外界放热。 拓 展 视 野 第一类永动机是不能制成的 17、18 世纪，人们曾期望设计一种永动机，这种机器不消耗任何能量，却能源源不断地对外做功，这类永动机称为第一类永动机。 在物理学中，若系统经历任意过程回到初始状态，即 ∆U = 0，称系统经历一个循环过程。根据热力学第一定律，若系统（机器）不断地对外做功，则必须从外界吸收热量。所 以，既不消耗内能又不借助外界能量而不断对外做功是不可能的，即第一类永动机是不能实现的。因此，热力学第一定律也可以表述为“第一类永动机是不能制成的”。 图 12 – 6 所示是一个典型的第一类永动机设计方案。轮子中央有一个固定转轴，轮子边缘安装着 12 个可活动的短杆，每个短杆的外端装有铁球。方案设计者认为，在转动过程中右边球的重力与力臂的乘积要比左边球的重力与力臂的乘积大。这样，轮子就会永无休止地沿顺时针方向转动下去，并且带动机器转动。事实上，该永动机是不能制成的。图 12 – 6 第一类永动机典型设计 仔细分析会发现，虽然右边每个球的重力与力臂的乘积大，但是球的个数少；左边每个球的重力与力臂的乘积虽然小，但是球的个数多。所以，轮子不会持续转动下去而对外做功，只能摆动几下便会停止。 大量事实证明，任何制造永动机的设想无论看上去多么巧妙，最终都是无法实现的。虽然制造永动机的梦想最终破灭，但是人们从研制永动机所经历的无数次失败和挫折中吸取了教训，从而进一步研究各种不同形式的能量的转化规律。 能量守恒定律 19 世纪中叶，焦耳利用图 12 – 5 所示的实验装置证明，消耗一定量的机械能，总会得到等量的内能，从而首先揭示了在机械能和内能转化的过程中，总能量是守恒的。不仅如此，焦耳还通过给电阻丝通电使隔热容器中水的温度升高的实验（图 12 – 7），进一步证明在电能和内能的转化过程中，总能量也是守恒的。图 12 – 7 电流通过电阻使液体升温 温度计 大量事实证明：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其他物体，从物体的一部分转移到其他部分，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。这就是能量守恒定律（law of conservation of energy）。热力学第一定律是能量守恒定律在热现象中的具体体现。 能量守恒定律的发现使人们认识到，任何机器或装置只能使能量从一种形式转化成其他形式，而不能无中生有地创造能量。这为人们开发和利用能源指明了方向。为了有效地利用能量，重要的是发现能量转化的新途径，提高能量的转化效率。 化学能 核能 内能 电能 机械能 图 12 – 8 能量之间的转化 大家谈 根据图 12 – 8 中箭头标出的各种能量之间的转化，列举相应的实例。 能量守恒定律是人类经过长期探索而确立的、普遍适用的基本规律。恩格斯曾经把这一定律称为“伟大的运动定律”，并认为它的发现是 19 世纪自然科学的三大发现之一。能量守恒定律把不同的自然科学技术领域联系了起来，成为人们认识自然、利用自然的有力武器。 一、单选题 1．下列叙述中正确的说法是（    ） A．每个分子的内能等于它的势能和动能的总和 B．物体的内能变化时，它的温度可以不变 C．同种物质，温度较高时的内能肯定比温度较低时的内能大 D．纯电阻电路中电流的电能也不可能全部变成内能 2．关于固体、液体、气体和物态变化，下列说法中正确的是（　　） A．晶体一定具有各向异性的特征 B．毛细现象就是浸润液体在细管中的上升和不浸润液体在细管中的下降 C．的铁和的铜，它们的分子平均速率相同 D．一定质量的某种理想气体状态改变时，内能一定改变 3．关于物体的内能，下列说法正确的是（　　） A．水的内能比冰的内能大 B．物体所处的位置越高，分子势能越大 C．一定质量的0 ℃的水结成0 ℃冰，内能一定减少 D．相同质量的两个同种物体，运动物体的内能一定大于静止物体的内能 4．物体的内能包括（　　） A．分子势能 B．重力势能 C．核能 D．化学能 5．一定质量0℃的冰，熔解成0℃水的过程中 A．分子的总动能变大 B．分子的总动能变小 C．分子间的势能变大 D．分子间的势能变小 6．对一定质量的理想气体，下列说法正确的是（　　） A．气体的体积是所有气体分子的体积之和 B．气体温度升高，气体每一个分子的热运动速度都增大 C．气体对容器的压强是由大量气体分子对容器不断碰撞而产生的 D．当气体膨胀时，气体分子势能减小，因而气体的内能一定减少 7．1g的水结成冰，则一定不变的是（　　） A．分子质量 B．分子体积 C．分子平均动能 D．分子势能 二、填空题 8．内能是物体内部具有的能量，它包括物体内所有分子的 ，它与物体的 、状态都有关系。 9．长沙市宁乡的灰汤温泉是我国三大著名的高温复合温泉之一，温泉出水处温度高达92℃。假设温泉每天开采热水量为2×104 kg，而水温要降低到52℃才能使用，那么这些热水在使用前要放出 J的热量，其内能减少 J。水的比热容c=4.2×103 J/（kg·℃）。 10．疫情期间，医院将氧气瓶由寒冷的室外搬到温暖的室内并放置一段时间。不计氧气瓶体积的变化，与室外相比，该瓶内氧气的内能 （选填“变大”、“变小”或“不变”），氧气分子在单位时间内对瓶壁单位面积的撞击次数 （选填“增多”、“减少”或“不变”）。 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ / 学科网（北京）股份有限公司 $