如何判断气体内能的变化？

如何判断气体内能的变化？

在气体性质这一章中，判断气体内能的变化是一种常见的题型。这类问题并不是一个思维复杂的问题。但却是学生经常出错的问题。究其根源，学生往往错在这类问题的思维观点和思维程序上，本文将帮助大家解决这个问题。

1．气体体积变化与做功的关系

这是一个极其简单的问题，但这也是我们在判断气体内能时必须弄清的问题，先看下面两例有何区别：

例1．用隔板把一绝热容器隔成A、B两部分，A中盛有一定质量的理想气体，B为真空。现将隔板抽去，A中气体会膨胀到充满整个容器，对此过程下列说法正确的有（）

A．膨胀过程中，气体分子只作定向运动

B．膨胀前后，气体温度不变

C．膨胀前后，气体压强不变

D．只要时间足够长，B中气体会全部自动退回到A部分

例2．绝热的气缸正中间用固定栓将可无摩擦移动的导热隔板固定，隔板质量不计，左右两室分别充有一定质量的氢气和氧气（视为理想气体）。初始时两室气体的温度相等，氢气的压强大于氧气的压强，松开固定栓直至系统达到重新平衡，下列说法正确的有

A．因氧气分子的质量较大，所以初始时氧气分子平均动能比氢气分子平均动能大

B．系统达到重新平衡时，氢气的内能比初始时要小

C．松开固定栓直至系统达到重新平衡的过程中，

有热量从氧气传到氢气

D．松开固定栓直至系统达到重新平衡的过程中，

氧气的内能先增大后减小

解析：例1的正确答案选择B，例2的正确答案选择CD，区别何在？对于气体做功这个问题，我们需要看两点：一是看是否存在做功的对象，二是气体体积是变大还是变小，从而确定是谁对谁做功。在例1中由于B中是真空，A中气体膨胀时，不存在做功的对象，故气体内能不变，温度不变，A中气体发生的是自由膨胀。在例2中由于开始时氢气的压强大于氧气的压强，松开固定栓后，隔板会向右移动，氢气通过隔板对氧气做功，同时由于隔板导热、气缸绝热，重新平衡时的温度应该相等，回到了开始时的温度，故氢气会吸热，氢气的内能回到开始值。

2．气体内能与分子势能的关系

这个问题也是学生在判断气体的内能时遇到的一个纠缠不清的问题，我们先看下面两例：例3．若某种实际气体分子之间的作用力表现为引力。则一定质量的该气体内能的大小与气体体积和温度的关系是

A．如果保持其体积不变，温度升高，内能不变

B．如果保持其体积不变，温度升高，内能减少

C．如果保持其温度不变，体积增大，内能增大

D

．如果保持其温度不变，体积增大，内能减小

a 例4．在下图中，用固定的气缸封闭有一定质量的气体，活塞和气缸都导热良好，活塞可无

摩擦地自由移动，现采用下图两种方式在活塞上施加一力F ，甲图中使气体压缩，乙图中使

气体膨胀，下列说法中正确的有

A ．

B ．增加

C ．若是理想气体，甲图中气体内能增加

D ．若是理想气体，乙图中气体吸热

解析：例3的正确答案选择C ，例4的正确答案选择BD 。我们遇到的气体总来说分为两类：

一类是理想气体（物理模型），认为分子间除碰撞外没有相互作用力，因此没有分子势能，

其内能仅由分子平均动能和分子数目决定。一般气体在温度不太低，压强不太大的情况下都

可以看作理想气体。另一类是实际气体，如氢气、氧气等，由于分子间距离较大，气体分子

间表现为吸引力，当分子间平均距离减小时，分子平均势能减小；分子间平均距离增大时，

分子平均势能增大。也就是说对于实际气体，温度联系着分子平均动能，温度高，分子总动

能大；对于理想气体，温度直接联系着物体内能，温度高，物体内能大。一般说即使当气体

的体积发生较大的变化时,气体总分子势能也只是发生少许变化。故在题目中没有特别强调

是实际气体的情况下，一般都是不考虑分子势能的。

3．怎样判断气体内能的变化

弄清了上面的两点后，为什么有的同学对判断气体内能变化的问题还是不能正确解答

呢？这是因为这些同学错在这类问题的思维观点和思维程序上。请看下面两例：

例5. 在温度恒定的水池中，有一气泡缓慢地向上浮起，如将泡内气体看作理想气体，则在

气泡上浮的过程中 （ ） A ．外界对气泡内气体做功，放出热量，内能不变

B ．外界对气泡内气体做功，不吸热也不放热，内能增加

C ．气泡内气体对外界做功，吸收热量，内能不变

D ．气泡内气体对外界做功，不吸热也不放热，内能减少

例6.如图所示，将一绝热气缸放在静止的电梯中，缸内用绝热的活塞封闭了一定质量的气体，

活塞与气缸的摩擦不计且不漏气，活塞的重力不能忽略，现开动电梯匀加速上升一段时间，

在此过程中，缸内气体会达到重新平衡，则缸内气体 （ ）

A ． 压强减小，内能增加

B ． 体积减小了，内能没有变化

C ． 压强和内能都增大了

D ． 体积增大了，内能减小了

解析：例5的正确答案选择C ，例6的正确答案选择C ，判定气体内能变化有两种基本方法，

一是运用内能的定义判断，内能是物体内所有分子动能和分子势能的总和，如果能确定分子

总动能的变化，分子势能的变化，从而能进一步确定出物体内能的变化。二是运用热力学第

一定律△U ＝W ＋Q 来判断，运用此方法确定气体内能的变化，既要分析做功又要分析传热，

一般可根据气体体积膨胀还是压缩来确定气体对外界做功还是外界对气体做功，而体积变化

往往要根据状态参量之间的关系PV ＝nRT 来确定。吸热、放热则不能简单地根据温度的变

化来确定。对于理想气体，可以直接根据温度的变化来确定内能的变化。当吸、放热不能直

接确定时，则要放在最后用热力学第一定律来确定，这样我们就不难确定上面两题的正确答案。

总而言之，对于气体内能的判断，首先我们必须要弄清基本的原理与规律，同时还要纠正一个错误的认识，即：“温度联系着热量，两者同方向变化。即升温必吸热，降温必放热；吸热必升温，放热必降温。”这种思想在判断气体内能的变化时是要不得的。