一、什么是内能
内能是物体内所有分子做无规则运动所具有的动能和分子间因作用力所具有的势能的总和.
平均动能的宏观表现是温度，动能由分子数和温度决定；势能的宏观表现是体积；因此内能是由温度、体积、分子数决定。
U=Ek Ep ①
内能变化表达式：
△U=△Ek △Ep ②
☞内能不是机械能，也不是核能。
二、改变内能的方式
改变内能的方式有两种：做功和热传递。
△U=W Q ③
1.做功
做功能改变物体的内能.外界对物体做功，物体的内能会增加，物体对外界做功，自身的内能会减少.
做功是能量的转化过程，通过做功能量实现了转化，如：物体自由下落，重力对物体做功，将重力势能转化为动能.重力做功越多，物体增加的动能就越多.再如电水壶烧水，是电流在对用电器做功，将电能转化为内能.
所以，对物体做功越多，物体的内能增加得越多；反之，物体对外界做功越多，物体的内能减少得越多.
利用做功的方法改变物体的内能，实质上是两种不同形式的能量通过做功而实现的相互转化，即机械能或其他形式的能转化为内能.
做功和热传递在改变物体的内能上是等效的，即改变物体的内能，既可以通过做功，也可以通过热传递的方式.常见的对物体做功的四种方法：压缩体积、摩擦生热、打击物体、拧弯物体。
2.热传递
热传递的三种方式：
（1）热传导：热传导是介质内的一种传热现象，其在固体、液体和气体中均可发生，但严格而言，只有在固体中才是纯粹的热传导.而流体（气体和液体）即使处于静止状态，其中也会由于温度梯度所造成的密度差而产生自然对流.因此，在流体中对流与热传导同时发生.
（2）热对流：物体之间以流体为介质，利用流体的热胀冷缩和可以流动的特性，传递内能.热对流是靠液体或气体的流动，使内能从温度较高部分传至较低部分的过程.对流是液体或气体热传递的主要方式，由于一般气体热胀冷缩现象较液体明显，气体的对流比液体明显.对流可分自然对流和强迫对流两种.自然对流往往自然发生，是由于温度不均匀而引起的.强迫对流是由于外界对流体搅拌而形成的.
（3）热辐射：物体之间利用放射和吸收彼此的电磁波，而不必有任何介质，就可以达成温度平衡热辐射是物体不依靠介质，直接将能量发射出来，传给其他物体的过程.热辐射是远距离传递能量的主要方式，如太阳能就是以热辐射的形式，经过宇宙空间传给地球的.物体温度较低时，主要以不可见的红外光进行辐射，在500℃以至更高的温度时，则顺次发射可见光以至紫外辐射.如太阳能热水器、太阳灶、微波炉等都是热辐射.
热传递是通过热传导、热对流和热辐射三种方式来实现的.在实际的热传递过程中，这三种方式往往不是单独进行的.
三、气态方程
若是研究理想气体，气态变化还满足气态方程：
pv=nRT ④
四、典例剖析
理想气体不计分子力，无分子势能，理想气体内能就是动能；绝热过程Q=0；向真空膨胀W=0。
U=Ek Ep ①
△U=△Ek △Ep ②
△U=W Q ③
pv=nRT ④
应用以上四式，可以对气体内能变化进行判断。
例1：如图所示，
在汽缸内活塞的左边封闭着一定质量的理想气体（汽缸与活塞均绝热），压强和大气压相同.把汽缸和活塞固定，使汽缸内气体升高一定的温度，气体吸收的热量为Q₁，内能的增加量为△U₁；如果活塞可以自由滑动（活塞与汽缸间无摩擦，不漏气），也使汽缸内气体温度升高相同温度，其吸收的热量为Q₂，内能的增加量为△U₂，则（B）
A.Q₁＞Q₂
B.Q₁＜Q₂
C.△U₁＞△U₂
D.△U₁＜△U₂
【解析】
上升相同的温度，平均动能变化相等，不漏气，分子数不变，动能变化相等；理想气体，无分子势能，势能变化为零0。
△Ep=0
△U=△Ek △Ep=△Ek
平均动能看温度，分子数一样，动能温度，温度一样，动能变化一样。△Ek₁=△Ek，△U₁=△U₂。
第一种情景：
△U₁=W₁ Q₁，气体等容变化W₁=0，△U₁=Q₁。
第二种情景：
△U₂=W₂ Q₂，气体膨胀，体积增大，W₂＜0，△U₂=W₂ Q₂，
△U₁=△U₂，Q₁＜Q₂。
例2：导热气缸开口向下，内有理想气体，缸内活塞可自由滑动且不漏气，活塞下挂一个沙桶，沙桶装满沙子时，活塞恰好静止，现在把沙桶底部钻一个小洞，细沙慢慢漏出，并缓慢降低气缸外部环境温度，则（B）
A.气体压强增大，内能可能不变
B.外界对气体做功，气体温度降低
C.气体体积减小，压强增大，内能一定减小
D.外界对气体做功，气体内能一定增加
A.气体压强增大，内能可能不变
B.外界对气体做功，气体温度降低
C.气体体积减小，压强增大，内能一定减小
D.外界对气体做功，气体内能一定增加
例3：如图所示，
活塞将一定质量的气体封闭在直立圆筒形导热的气缸中，活塞上堆放细沙，活塞处于静止，现逐渐取走细沙，使活塞缓慢上升，直到细沙全部取走。若活塞与气缸之间的摩擦可忽略，则在此过程中（C）
A.气体对外做功，气体温度一定降低
B.气体对外做功，内能一定减少
C.气体压强减小，内能可能不变
D.气体从外界吸热，内能一定增加
例4：如图所示，
A、B是两个完全相同的球，分别浸没在水和水银的同一深度内，A、B两球用同一种材料制成，当温度稍微升高时，球的体积会明显变大，如果开始水和水银的温度相同，且两液体温度同时缓慢升高同一值，两球膨胀后，体积相等，则（B）
A.A球吸收的热量较多
B.B球吸收的热量较多
C.两球吸收的热量一样多
D.无法确定
例5：一定质量理想气体经历如图所示的A→B、B→C、C→A三个变化过程，TA＝300K，气体从C→A的过程中做功为100J，同时吸热250J，已知气体的内能与温度成正比。
求：
（1）气体处于C状态时的温度Tc；
（2）气体处于C状态时内能Uc
例6：如图所示，
有一导热性良好的汽缸放在水平面上，活塞与气缸壁间的摩擦不计，汽缸内用一定质量的活塞封闭了一定质量的气体，忽略气体分子间的相互作用（即分子势能视为零），忽略环境温度的变化，现缓慢推倒汽缸，在此过程中（A）
A.气体吸收热量，内能不变
B.汽缸内分子的平均动能增大
C.单位时间内撞击汽缸壁单位面积上的分子数增多
D.汽缸内分子撞击汽缸壁的平均作用力增大
例7：（1）下列说法中正确的是()
A.两个系统相互接触发生热传递，当内能相等时达到热平衡
B.两分子之间距离为r₀分子处于平衡位置时，分子势能最小
C.液面上部的蒸汽达到饱和时，仍有液体分子从液面飞出
D.单晶体中的原子都是按照一定的规则周期性排列的，原子在晶格上静止不动
（2）一定质量的理想气体从状态A经过图示中的B、C、D状态回到状态A，则由A变化到B，气体内能___（填“增加”、“减少”或“不变”）；由D到A的过程中，气体___（填“吸收”或“放出”）热量。
（3）在（2）中若气体状态C的体积VC＝44.8L，状态D的体积VD＝22.4L，状态D的愠度t₀＝0℃。
①求气体在状态C的温度；
②若状态D时的压强为1个标准大气压，则状态D时气体分子间的平均距离多少？（结果保留一位有效数字）
例7：某同学估测室温的装置如图所示，用绝热的活塞封闭一定质量的理想气体，气缸导热性能良好.室温时气体的体积V₁＝66mL，将气缸竖冰水混合物直放置于冰水混合物中，稳定后封闭气体的体积V₂＝60mL.不计活塞重力及活塞与缸壁间的摩擦，室内大气压p₀＝1.0×10⁵Pa，阿伏加德罗常数NA＝6.0×10²³mol⁻¹（取T＝t＋273K）
（1）求室温是多少；
（2）若已知该气体在1.0×10⁵Pa、0℃时的摩尔体积为22.4L/mol，求气缸内气体分子数目N；（计算结果保留两位有效数字）
（3）若已知该气体内能U与温度T满足U＝0.03T（J），则在上述过程中该气体向外释放的热量Q.
例8：如图，
一定质量的理想气体，由状态a经过ab过程到达状态b或者经过ac过程到达状态c.设气体在状态b和状态c的温度分别为Tb和Tc，在过程ab和ac中吸收的热量分别为Qab和Qac.则
A.Tb＞Tc，Qab＞Qac
B.Tb＞Tc，Qab＜Qac
C.Tb＝Tc，Qab＞Qac
D.Tb＝Tc，Qab＜Qac
例9：如图所示，
密闭绝热容器内有一绝热的具有一定质量的活塞，活塞的上部封闭着气体，下部为真空，活塞与器壁间的摩擦忽略不计.置于真空中的轻弹簧一端固定于容器的底部，另一端固定在活塞上，弹簧被压缩到底后用绳扎紧，此时弹簧的弹性势能为Ep（弹簧处在自然长度时的弹性势能为零）.现绳突然断开，弹簧推动活塞向上运动，经过多次往复运动后活塞静止，气体达到平衡状态经过此过程（D）
A.Ep全部转换为气体的内能
B.Ep一部分转换成活塞的重力势能，其余部分仍为弹簧的弹性势能
C.Ep全部转换成活塞的重力势能和气体的内能
D.Ep一部分转换成活塞的重力势能，一部分转换为气体的内能，其余部分仍为弹簧的弹性势能
