3.2 热力学第一定律 3.3 能量守恒定律 同步讲练 -2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

本讲义聚焦热力学第一定律与能量守恒定律核心知识点，系统梳理改变内能的做功与传热方式，推导ΔU=Q+W公式及符号规则，分析绝热、等容、等温等特殊过程，结合气体实验定律综合应用，构建从定律推导到实际问题解决的学习支架。 资料以汽缸压缩气体问题驱动，通过饮水鸟、气压棒等实例解析能量转化，融入科学思维中的模型建构与推理，强化能量观念。课中助力教师引导学生理解规律，课后练习题覆盖不同情境，帮助学生查漏补缺，提升知识应用能力。

3.2-3.3热力学第一定律 能量守恒定律 （1）能以系统为研究对象，用综合分析的方法推导出热力学第一定律。 （2）能运用热力学第一定律解释和计算能量的转化、转移问题。 （1）知道人类对能量概念的逐步认识过程，并理解能量和能量守恒观念对世界统一性的意义。 （2）理解能量守恒定律，知道能量守恒是自然界普遍遵从的基本规律。 （3）知道第一类永动机是不可能实现的。 汽缸内有一定质量的气体，压缩气体的同时给汽缸加热。那么，气体内能的变化会比单一方式（做功或传热）更明显。这是为什么呢？ 知识点一、热力学第一定律 1．改变内能的两种方式：做功与传热．两者对改变系统的内能是等价的 2．热力学第一定律：一个热力学系统的内能变化量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和． 1．对公式ΔU＝Q＋W符号的规定 符号 W Q ΔU ＋ 体积减小，外界对热力学系统做功 热力学系统吸收热量 内能增加 － 体积增大，热力学系统对外界做功 热力学系统放出热量 内能减少 2.气体状态变化的几种特殊情况 (1)绝热过程：Q＝0，则ΔU＝W，系统内能的增加(或减少)量等于外界对系统(或物体对外界)做的功． (2)等容过程：W＝0，则ΔU＝Q，物体内能的增加量(或减少量)等于系统从外界吸收(或系统向外界放出)的热量． (3)等温过程：始末状态一定质量理想气体的内能不变，即ΔU＝0，则W＝－Q(或Q＝－W)，外界对系统做的功等于系统放出的热量(或系统吸收的热量等于系统对外界做的功)． 3．判断气体是否做功的方法 一般情况下看气体的体积是否变化． ①若气体体积增大，表明气体对外界做功，W<0. ②若气体体积减小，表明外界对气体做功，W>0. 4．应用热力学第一定律解题的一般步骤 (1)根据符号法则写出各已知量(W、Q、ΔU)的正负； (2)根据方程ΔU＝W＋Q求出未知量； (3)再根据未知量结果的正负来确定吸放热情况、做功情况或内能变化情况． 知识点二、气体实验定律和热力学第一定律的综合应用 热力学第一定律与理想气体状态方程结合问题的分析思路： (1)利用体积的变化分析做功情况．气体体积增大，气体对外界做功；气体体积减小，外界对气体做功． (2)利用温度的变化分析理想气体内能的变化．一定质量的理想气体的内能仅与温度有关，温度升高，内能增加；温度降低，内能减小． (3)利用热力学第一定律判断是吸热还是放热． 由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，则Q＝ΔU－W，若已知气体的做功情况和内能的变化情况，即可判断气体状态变化是吸热过程还是放热过程 知识点三、能量守恒定律 1．能量的存在形式及相互转化 (1)各种运动形式都有对应的能：机械运动有机械能，分子的热运动有内能，还有电磁能、化学能、核能等． (2)各种形式的能，通过某种力做功可以相互转化．例如：利用电炉取暖或烧水，电能转化为内能；煤燃烧，化学能转化为内能；列车刹车后，轮子温度升高，机械能转化为内能． 2．能量守恒的两种表达 (1)某种形式的能减少，一定有其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等． (2)某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等． 3．第一类永动机不可能制成的原因分析 如果没有外界供给热量而对外做功，由ΔU＝W＋Q知，系统内能将减小．若想源源不断地做功，在无外界能量供给的情况下是不可能的． 4．如图小鸭的头和身由两个玻璃球构成，并通过细玻璃管相连。下球盛有一些乙醚，上球连同尖嘴被吸水毛毡包起来。那么，它是靠什么来维持工作的呢？原来小鸭头部的毛毡“饮水”后，水蒸发吸热，导致头部温度降低。上段玻璃管中的乙醚蒸气被液化，压强减小，液柱上升（ 甲），小鸭重心上移，直到小鸭倾倒。处于倾倒位置的小鸭，头部再次被浸湿，上下玻璃球内的气体相通，压强相等，乙醚流回下玻璃球内（乙），重心下移，小鸭站立。如此循环往复。可见，正是因为小鸭头部“饮水”后水不断蒸发，吸收了察觉不到的空气的热量，才使小鸭能够持续工作下去。 例题1. （25-26高三上·河北唐山·月考）某种椅子的气压棒简易结构如图所示，M、N两金属筒间密闭了一定质量的气体，M可沿N的内壁上下滑动，若环境温度保持不变，在M缓慢向上滑动的过程中（　　） A．外界对气体做功，气体压强减小 B．外界对气体做功，气体压强增大 C．气体对外界做功，气体压强增大 D．气体对外界做功，气体压强减小 【答案】D 【详解】由题可知，当M缓慢向上滑动的过程中，气体对外做功，气体体积增大，温度不变，根据玻意耳定律可知，气体的压强减小。D项正确。 故选D。 例题2. （24-25高二下·江苏常州·阶段练习）往复式内燃机利用狄塞尔循环来工作，该循环由两个绝热过程、一个等压过程和一个等容过程组成。如图所示为一定质量的理想气体所经历的一个狄塞尔循环，则该气体（　　） A．在状态c和d时的内能可能相等 B．a→b过程中，外界对其做的功大于其增加内能 C．b→c过程中，单位时间内空气分子对单位面积器壁的撞击次数减少了 D．在一次循环过程中吸收的热量小于放出的热量 【答案】C 【详解】A．从c到d为绝热过程Q=0，体积变大，气体对外做功W<0，根据∆U=W+Q可知，∆U<0，内能减小，即在状态c和d时的内能不相等，A错误； B．a→b过程中为绝热过程Q=0，气体体积减小，外界对气体做正功W>0，根据∆U=W+Q可知，外界对其做的功等于其增加内能，B错误； C．b→c过程中，压强不变，体积变大，气体分子数密度减小，温度升高，气体分子平均速率变大，则单位时间内空气分子对单位面积器壁的撞击次数减少了，C正确； D．在一次循环过程中气体内能不变，由图像的面积等于气体做功可知，整个过程中气体对外做功，则根据∆U=W+Q可知气体吸热，即气体吸收的热量大于放出的热量，D错误。 故选C。 例题3. （25-26高二下·全国·课后作业）下列说法正确的是（　　） A．条形磁体下落过程中穿过闭合线圈，线圈中产生了感应电流，说明电能是可以被创造的 B．太阳照射到地球上的光能转化成了其他形式的能量，但照射到宇宙空间的能量都消失了 C．“既要马儿跑，又让马儿不吃草”违背了能量守恒定律，因而是不可能的 D．有种“全自动”手表，不用上发条，也不用任何形式的电源，却能一直走动，说明能量是可以凭空产生的 【答案】C 【详解】A．条形磁体下落导致线圈中产生感应电流，这是机械能转化为电能的过程，A错误； B．根据能量守恒定律，太阳光照射到宇宙空间的能量并未消失，而是以其他形式存在或转移，B错误； C．“马儿跑”需要能量输入，“不吃草”意味着无能量来源，违背能量守恒定律，C正确； D．“全自动”手表的能量来源于环境（如人体运动或温度变化），并非凭空产生，D错误。 故选C。 例题4. （25-26高二下·全国·课前预习）热力学第一定律 (1)内容：在系统与外界同时发生做功和热传递的过程中，系统内能的增加量ΔU等于系统从外界吸收的 与外界对系统 之和。 (2)表达式：ΔU= 。 (3)应用表达式ΔU=W+Q解题时应注意各量的正负： ①ΔU的正负：当系统内能增加时，ΔU取 值，当系统内能减小时，ΔU取 值。（选填“正”或“负”） ②W的正负：外界对系统做功时，W取 值；系统对外界做功时，W取 值。（选填“正”或“负”） ③Q的正负：外界向系统传递热量时，Q取 值；系统向外界传递热量时，Q取 值。（选填“正”或“负”） 【答案】(1) 热量 做的功 (2)Q+W (3) 正 负 正 负 正 负 【详解】（1）[1][2]在系统与外界同时发生做功和热传递的过程中，系统内能的增加量ΔU等于系统从外界吸收的热量与外界对系统所做的功之和。 （2）在系统跟外界同时发生做功和热传递的过程中，系统内能的增加量ΔU等于系统从外界吸收的热量与外界对系统做的功之和。即ΔU=W+Q （3）[1][2][3][4][5][6]应用表达式ΔU=W+Q解题时应注意各量的正负：当系统内能增加时，ΔU取正值，当系统内能减小时，ΔU取负值。外界对系统做功时，W取正值；系统对外界做功时，W取负值。外界向系统传递热量时，Q取正值；系统向外界传递热量时，Q取负值。 1. （2025·河北保定·一模）如图所示，一导热汽缸竖直放置于恒温的环境中，汽缸内有一水平活塞，将一定质量的理想气体密闭在汽缸内。活塞与汽缸壁间无摩擦，活塞上放置一个开口向上的玻璃瓶，整个装置处于平衡状态。若向瓶中缓慢加水，则该过程中（　　） A．外界对缸内气体做功，所以气体内能增加 B．缸内气体对外界做功，同时吸热，所以气体内能不变 C．气体分子数密度增大，而气体分子的平均动能不变，所以汽缸内壁单位面积上受到气体分子的撞击力变大 D．由于气体分子的总数目不变，气体分子的平均动能也不变，故汽缸内壁单位面积上受到气体分子的撞击力大小不变 【答案】C 【详解】AB．导热汽缸竖直放置于恒温的环境中，温度不变，则内能不变，若向瓶中缓慢加水，气体体积减小，外界对缸内气体做功，故AB错误； CD．气体体积减小，总分子数不变，则气体分子数密度增大，气体温度不变，分子的平均动能不变；根据可知，气体压强增大，根据气体压强的微观解释可知，汽缸内壁单位面积上受到气体分子的撞击力变大，故C正确，D错误； 故选C。 2. （25-26高三上·湖北·月考）一定质量的理想气体从状态开始，经历一次循环回到状态，其压强随体积倒数变化的图像如图所示，其中的反向延长线过原点为双曲线，与横轴平行。下列说法正确的是（    ） A．过程气体内能不变，气体从外界吸收热量 B．过程气体分子平均动能不变 C．过程气体分子单位时间内对容器壁单位面积的碰撞次数减少 D．全过程气体从外界吸收热量 【答案】C 【详解】A．根据 的斜率表示温度，过程图像斜率不变，所以温度不变，理想气体内能只与温度有关，即内能不变，因为气体体积减小，外界对气体做正功，即，根据热力学第一定律 可知，气体向外界放出热量，故A错误； B．图像在过程中的各点与坐标原点连线构成的斜率逐渐减小，表示理想气体的温度逐渐降低，可知平均动能减小，故B错误； C．图像在过程中的各点与坐标原点连线构成的斜率逐渐增大，表示理想气体的温度逐渐降升高，分子平均动能增大，而压强不变，则气体分子单位时间内对容器壁的碰撞次数减少，故C正确； D．过程和过程气体体积变化量大小相同，根据图像可知前一过程压强大于后一过程，且前一过程气体体积减小，外界对气体做功 后一过程气体体积增大，气体对外界做功， 而 根据热力学第一定律 可得，所以全过程放热，故D错误。 故选C。 3. （25-26高三上·山东·开学考试）如图所示，一定质量的理想气体循环过程的图像。为等压过程，为等容过程，和为等温过程。关于该循环过程，下列说法正确的是（　　） A．过程气体向外界放出热量 B．过程气体向外界放出热量大于外界对气体做的功 C．过程气体对外做功，气体分子的平均动能减小 D．在过程中，单位时间内与器壁单位面积碰撞的气体分子数减少 【答案】D 【详解】A． 为等温过程，则C、D状态气体温度相同，由图知，过程气体体积增大，则气体对外做功。 根据热力学第一定律，，W为负值，故Q为正值，气体从外界吸收热量，故A错误； B． 为等温过程，则A、B状态气体温度相同，由图知，过程气体体积减小，则外界对气体做功。 根据热力学第一定律，，W为正值，故Q为负值，气体对外界放出热量，气体向外界放出热量等于外界对气体做的功，故B错误； C．过程，压强不变，V增加，根据可知T升高，可知气体对外做功，气体分子的平均动能增大，故C错误； D．过程，压强不变，V增加，T升高，气体分子平均动能增大，单位时间内与器壁单位面积碰撞的气体分子数减少，故D正确。 故选D。 4. （24-25高二下·福建厦门·阶段练习）著名的“卡诺循环”是由卡诺于1824年提出的，它可用于分析热机的工作过程。如图所示，一定质量的理想气体经过“卡诺循环”，从状态A经过程AB、BC、CD、DA后又回到状态A，其中，过程AB和CD为等温过程，过程BC和DA为绝热过程，下列说法正确的是（　　） A．AB过程中，气体从外界吸热并全部用来对外做功 B．BC过程中，因气体既不吸热也不放热，故气体的内能不变 C．CD过程中，因外界对气体做功，故气体的内能增大 D．DA过程中，气体分子的平均动能减小 【答案】A 【详解】A．AB过程中，气体温度不变所以内能不变，体积膨胀时气体对外做功，有 所以气体从外界吸收且吸热量与做功相等，故A正确； B．BC过程是绝热的，所以；体积膨胀过程中，所以，内能减少，故B错误； C．CD过程中，温度是不变的，所以内能也不变，故C错误； D．DA过程中，外界对气体做功且是绝热过程，内能增大，所以气体分子的平均动能增加，故D错误。 故选A。 5. （23-24高二下·全国·课后作业）如图所示，这是中国传统玩具饮水鸟。在鸟的面前放上一杯水，用手把鸟嘴浸到水里，小鸟“喝”了一口后，又直立起来。之后，无需人的干预，小鸟直立一会儿就会自己俯下身去使鸟嘴浸入水中“喝”水，然后又会直立起来。就这样周而复始，小鸟不停地点头“喝”水，则下列说法正确的是（　　） A．饮水鸟上下运动的能量来源于周围空气的内能 B．水杯中的水干了之后，小鸟还能点头“喝”水 C．这种玩具饮水鸟是一架永动机 D．此现象违背了热力学第一定律 【答案】A 【详解】A．玩具饮水鸟的内部结构如图所示，其原理是先在鸟嘴上滴一些水，水分蒸发过程中吸热，温度降低，压强减小，使得头部气压小于肚子中的气压，从而使肚子中的部分液体压入头部，使重心上移，鸟的身体变得不稳定而发生倾斜，倾斜的过程中肚子中的玻璃管口脱离液面，从而使头部的液体又回流到肚子中，使鸟的身体再回到开始的竖直状态，而刚才倾斜的过程中鸟嘴刚好又沾到了水，之后鸟回到竖直状态后，鸟嘴的水分蒸发，重复前面的运动过程，即饮水鸟上下运动的能量来源于周围空气的内能，A正确； B．根据上述分析可知，当水杯中的水干了之后，不能蒸发制冷，不能形成头部和肚子内空气的压强差，小鸟不能再上下运动，即小鸟不能点头“喝”水，B错误； CD．这种玩具饮水鸟仍然遵循能量守恒定律，此现象没有违背热力学第一定律，不是一架永动机，CD错误。 故选A。 6. （2018高一下·云南曲靖·学业考试）下列对能量转化和守恒定律的认识错误的是（　　） A．某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加 B．某个物体的能减少，必然有其他物体的能增加 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，最后静止在地面上，说明机械能消失了 【答案】D 【详解】AB．根据能量守恒定律得知，某种形式的能减少，其他形式的能一定增大；某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加，AB正确,不符题意； C．不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——永动机，违反了能量的转化和守恒定律，不可能制成，C正确，不符题意； D．石子在运动和碰撞中机械能转化为了石子本身及周围物体的内能，能量并没有消失，D错误，符合题意。 故选D。 7. （23-24高二下·江苏南通·期中）关于下列几幅图的说法正确的是（　　） A．图甲为扩散现象，表明分子间有间隙和分子在做永不停息的无规则运动 B．图乙为布朗运动产生原因的示意图。说明微粒越大，液体分子沿各方向撞击它的数量越多，布朗运动越明显 C．图丙中石蜡在固体片上熔化成椭圆形，说明该固体是多晶体 D．如图丁所示，“饮水小鸭”“喝”完一口水后，直立起来，直立一会儿，又会慢慢俯下身去，再“喝”一口，如此循环往复，小鸭不需要外界提供能量，也能够持续工作下去 【答案】A 【详解】A．图甲为扩散现象，表明分子间有间隙和分子在做永不停息的无规则运动，故A正确； B．图乙为布朗运动产生原因的示意图。说明微粒越大，液体分子沿各方向撞击它的数量越多，布朗运动越不明显，故B错误； C．图丙中石蜡在固体片上熔化成椭圆形，说明该固体是单晶体，故C错误； D．如图丁所示，“饮水小鸭”“喝”完一口水后，直立起来，直立一会儿，又会慢慢俯下身去，再“喝”一口，如此循环往复，根据能量守恒可知，“饮水小鸭”头部饮水后不断蒸发，吸收周围空气的热量，才能持续工作下去，故D错误。 故选A。 8. （24-25高二下·吉林长春·期末）一定质量的密闭理想气体先经一段等压变化，再经一段等容变化，最后经一段等温变化回到初始状态．这一过程的图像如图所示，下列分析正确的是（    ） A．过程中气体吸收的热量大于气体对外界做功 B．过程中气体释放的热量等于气体内能的减少量 C．过程中外界对气体做功等于气体释放的热量 D．过程中外界对气体做功大于气体释放的热量 【答案】ABC 【详解】A．由图可知，过程中气体的温度升高，内能增大，即；气体体积增大，气体对外界做功，根据热力学第一定律可知，气体吸收的热量大于气体对外界做的功，故A正确； B．过程中气体体积不变，则做功；温度降低，内能减小，根据热力学第一定律可知，即气体释放的热量等于气体内能的减少量，故B正确； CD．过程中气体的温度不变，即气体的内能不变，即，则 所以外界对气体做功等于气体释放的热量，故C正确，D错误。 故选ABC。 9. （25-26高二上·贵州毕节·阶段练习）一定质量的理想气体从状态A经过状态B和C又回到状态A，其压强p随体积V的变化关系图像如图所示。则下列说法正确的是（　　） A．从状态C到状态A，气体分子的平均动能减小 B．A状态的内能大于B状态的内能 C．B→C过程，气体向外界放出热量 D．B→C过程，气体从外界吸收热量 【答案】AD 【详解】A．由图可知过程，气体等压收缩，温度降低，气体分子的平均动能减小，故A正确； B．由可知，状态A、B温度相同，则内能相同，故B错误； CD．过程是等容变化，气体体积不变，则气体对外不做功，即 温度升高，气体内能增大，即 根据热力学第一定律，则 即气体吸热，故C错误，D正确。 故选AD。 10. （25-26高三上·青海西宁·开学考试）一定质量的理想气体从状态开始，经三个过程后回到初始状态，其图像如图所示。状态气体温度为，内能为，且内能与热力学温度成正比，以下分析正确的是（　　） A．气体在过程做等温变化，状态温度为 B．气体在过程中气体内能增加量为 C．气体在过程中向外界放出热量为 D．气体在过程中向外界放出热量为 【答案】BD 【详解】A．由理想气体方程，可知气体从过程中温度先升高后降低，计算得，故A错误； B．气体在过程中，由，解得 内能与热力学温度成正比得 内能增加量，故B正确； C．气体在过程中内能增加量为，气体对外界做功 由热力学第一定律代入 解得，表示气体吸收热量，故C错误； D．气体在过程中气体先对外界做功，后外界对气体做功，总功等于图像中三角形面积 气体内能增加量为 由 解得，负号表示气体放热，D正确。 故选BD。 11. （2025·福建泉州·一模）食品包装袋内充入氮气可防止食物氧化、抑制微生物生长。已知包装袋材料导热性能良好，袋内气体可视为理想气体。从冷藏室取出后，包装袋随周围环境温度升高明显膨胀，则膨胀后包装袋内（　　） A．气体分子间斥力增大 B．每个气体分子动能都增大 C．气体内能增大 D．气体对外界做正功 【答案】CD 【详解】A．理想气体分子间作用力不计，故A错误； B．气体温度升高，分子平均动能变大，但不是每个气体分子的动能都一定变大，故B错误； C．理想气体温度升高，内能增大，故C正确； D．气体体积增大，所以气体对外界做正功，故D正确。 故选CD。 12. （24-25高二下·河北沧州·阶段练习）压缩空气储能是指在电网负荷低谷期将电能用于压缩空气储存能量，在电网负荷高峰期释放储存能量的储能方式。若在电网负荷低谷期压缩空气时，初段采取快速压缩一定质量气体（可视为理想气体）的方式，由于来不及散热，可看作发生如图所示的绝热压缩过程，关于该过程下列说法正确的是（　　） A．气体分子的平均动能一定增大 B．气体温度可能不变 C．气体分子数密度增大 D．单位时间内碰撞容器内壁单位面积的气体分子个数减少 【答案】AC 【详解】AB．该过程为绝热压缩（），外界对气体做功，根据热力学第一定律，可知气体内能增大，温度升高，气体分子的平均动能一定增大，A正确，B错误； C．气体体积减小，分子数密度增大，C正确； D．气体分子的平均动能增大，分子数密度增大，所以在单位时间内对容器内壁单位面积的碰撞次数增大，D错误。 故选AC。 13. （24-25高二下·河南南阳·阶段练习）如图所示为汽缸内一定质量的理想气体状态变化过程中的三个状态，图中ba的延长线过原点，则下列说法正确的是（　　） A．过程，气体单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多 B．过程，气体吸收的热量小于气体对外做的功 C．过程，气体密度增大 D．过程，气体从外界吸收热量 【答案】ACD 【详解】A．过程，气体体积不变，分子数密度不变，温度升高时，气体分子的平均动能增大，分子的平均速率增加，单位时间内分子往返运动更频繁，因此碰撞器壁的次数会增多，故A正确； B．过程，由图可知气体温度升高，压强减小，根据理想气体状态方程，气体体积变大，则气体对外界做正功；气体温度升高，则气体内能增大，根据热力学第一定律可得 由于，，可知，且，则气体吸收的热量大于气体对外做的功，故B错误； C．如图所示连接OC 根据理想气体状态方程，图像斜率越大，体积越小，故，质量不变，故气体密度增大，故C正确； D．根据，过程，气体体积不变，做功为0；过程，气体体积逐渐增大，外界对气体做负功；过程，气体体积逐渐减小，外界对气体做正功；由于与两个过程气体体积变化大小相同，可知过程外界对气体做负功的绝对值大于外界对气体做正功的绝对值，则过程，外界对气体做负功，由于气体的内能不变，根据热力学第一定律可知，气体从外界吸收热量，故D正确。 故选ACD。 14. （23-24高二下·山东烟台·期末）下列说法正确的是（    ） A．液晶显示屏是利用液晶光学性质具有各向同性的特点制成的 B．可以利用永久磁铁间的作用力造一台永动机 C．草叶上的露珠呈球形的现象是由表面张力引起的 D．在合适的条件下，某些晶体可以转变成非晶体，某些非晶体也可以转变成晶体 【答案】CD 【详解】A．液晶显示屏是利用液晶光学性质具有各向异性的特点制成的，故A错误； B．利用永久磁铁间的作用力，造一台永远转动的机械，不消耗能量而不停地转动，不符合能量守恒定律，故B错误； C．草叶上的露珠呈球形的现象是是因为液体表面存在表面张力，故C正确； D．在合适的条件下，某些晶体可以转变成非晶体，某些非晶体也可以转变成晶体，故D正确。 故选CD。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 $ 3.2-3.3热力学第一定律 能量守恒定律 （1）能以系统为研究对象，用综合分析的方法推导出热力学第一定律。 （2）能运用热力学第一定律解释和计算能量的转化、转移问题。 （1）知道人类对能量概念的逐步认识过程，并理解能量和能量守恒观念对世界统一性的意义。 （2）理解能量守恒定律，知道能量守恒是自然界普遍遵从的基本规律。 （3）知道第一类永动机是不可能实现的。 汽缸内有一定质量的气体，压缩气体的同时给汽缸加热。那么，气体内能的变化会比单一方式（做功或传热）更明显。这是为什么呢？ 知识点一、热力学第一定律 1．改变内能的两种方式：做功与传热．两者对改变系统的内能是等价的 2．热力学第一定律：一个热力学系统的内能变化量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和． 1．对公式ΔU＝Q＋W符号的规定 符号 W Q ΔU ＋ 体积减小，外界对热力学系统做功 热力学系统吸收热量 内能增加 － 体积增大，热力学系统对外界做功 热力学系统放出热量 内能减少 2.气体状态变化的几种特殊情况 (1)绝热过程：Q＝0，则ΔU＝W，系统内能的增加(或减少)量等于外界对系统(或物体对外界)做的功． (2)等容过程：W＝0，则ΔU＝Q，物体内能的增加量(或减少量)等于系统从外界吸收(或系统向外界放出)的热量． (3)等温过程：始末状态一定质量理想气体的内能不变，即ΔU＝0，则W＝－Q(或Q＝－W)，外界对系统做的功等于系统放出的热量(或系统吸收的热量等于系统对外界做的功)． 3．判断气体是否做功的方法 一般情况下看气体的体积是否变化． ①若气体体积增大，表明气体对外界做功，W<0. ②若气体体积减小，表明外界对气体做功，W>0. 4．应用热力学第一定律解题的一般步骤 (1)根据符号法则写出各已知量(W、Q、ΔU)的正负； (2)根据方程ΔU＝W＋Q求出未知量； (3)再根据未知量结果的正负来确定吸放热情况、做功情况或内能变化情况． 知识点二、气体实验定律和热力学第一定律的综合应用 热力学第一定律与理想气体状态方程结合问题的分析思路： (1)利用体积的变化分析做功情况．气体体积增大，气体对外界做功；气体体积减小，外界对气体做功． (2)利用温度的变化分析理想气体内能的变化．一定质量的理想气体的内能仅与温度有关，温度升高，内能增加；温度降低，内能减小． (3)利用热力学第一定律判断是吸热还是放热． 由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，则Q＝ΔU－W，若已知气体的做功情况和内能的变化情况，即可判断气体状态变化是吸热过程还是放热过程 知识点三、能量守恒定律 1．能量的存在形式及相互转化 (1)各种运动形式都有对应的能：机械运动有机械能，分子的热运动有内能，还有电磁能、化学能、核能等． (2)各种形式的能，通过某种力做功可以相互转化．例如：利用电炉取暖或烧水，电能转化为内能；煤燃烧，化学能转化为内能；列车刹车后，轮子温度升高，机械能转化为内能． 2．能量守恒的两种表达 (1)某种形式的能减少，一定有其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等． (2)某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等． 3．第一类永动机不可能制成的原因分析 如果没有外界供给热量而对外做功，由ΔU＝W＋Q知，系统内能将减小．若想源源不断地做功，在无外界能量供给的情况下是不可能的． 4．如图小鸭的头和身由两个玻璃球构成，并通过细玻璃管相连。下球盛有一些乙醚，上球连同尖嘴被吸水毛毡包起来。那么，它是靠什么来维持工作的呢？原来小鸭头部的毛毡“饮水”后，水蒸发吸热，导致头部温度降低。上段玻璃管中的乙醚蒸气被液化，压强减小，液柱上升（ 甲），小鸭重心上移，直到小鸭倾倒。处于倾倒位置的小鸭，头部再次被浸湿，上下玻璃球内的气体相通，压强相等，乙醚流回下玻璃球内（乙），重心下移，小鸭站立。如此循环往复。可见，正是因为小鸭头部“饮水”后水不断蒸发，吸收了察觉不到的空气的热量，才使小鸭能够持续工作下去。 例题1. （25-26高三上·河北唐山·月考）某种椅子的气压棒简易结构如图所示，M、N两金属筒间密闭了一定质量的气体，M可沿N的内壁上下滑动，若环境温度保持不变，在M缓慢向上滑动的过程中（　　） A．外界对气体做功，气体压强减小 B．外界对气体做功，气体压强增大 C．气体对外界做功，气体压强增大 D．气体对外界做功，气体压强减小 例题2. （24-25高二下·江苏常州·阶段练习）往复式内燃机利用狄塞尔循环来工作，该循环由两个绝热过程、一个等压过程和一个等容过程组成。如图所示为一定质量的理想气体所经历的一个狄塞尔循环，则该气体（　　） A．在状态c和d时的内能可能相等 B．a→b过程中，外界对其做的功大于其增加内能 C．b→c过程中，单位时间内空气分子对单位面积器壁的撞击次数减少了 D．在一次循环过程中吸收的热量小于放出的热量 例题3. （25-26高二下·全国·课后作业）下列说法正确的是（　　） A．条形磁体下落过程中穿过闭合线圈，线圈中产生了感应电流，说明电能是可以被创造的 B．太阳照射到地球上的光能转化成了其他形式的能量，但照射到宇宙空间的能量都消失了 C．“既要马儿跑，又让马儿不吃草”违背了能量守恒定律，因而是不可能的 D．有种“全自动”手表，不用上发条，也不用任何形式的电源，却能一直走动，说明能量是可以凭空产生的 例题4. （25-26高二下·全国·课前预习）热力学第一定律 (1)内容：在系统与外界同时发生做功和热传递的过程中，系统内能的增加量ΔU等于系统从外界吸收的 与外界对系统 之和。 (2)表达式：ΔU= 。 (3)应用表达式ΔU=W+Q解题时应注意各量的正负： ①ΔU的正负：当系统内能增加时，ΔU取 值，当系统内能减小时，ΔU取 值。（选填“正”或“负”） ②W的正负：外界对系统做功时，W取 值；系统对外界做功时，W取 值。（选填“正”或“负”） ③Q的正负：外界向系统传递热量时，Q取 值；系统向外界传递热量时，Q取 值。（选填“正”或“负”） 1. （2025·河北保定·一模）如图所示，一导热汽缸竖直放置于恒温的环境中，汽缸内有一水平活塞，将一定质量的理想气体密闭在汽缸内。活塞与汽缸壁间无摩擦，活塞上放置一个开口向上的玻璃瓶，整个装置处于平衡状态。若向瓶中缓慢加水，则该过程中（　　） A．外界对缸内气体做功，所以气体内能增加 B．缸内气体对外界做功，同时吸热，所以气体内能不变 C．气体分子数密度增大，而气体分子的平均动能不变，所以汽缸内壁单位面积上受到气体分子的撞击力变大 D．由于气体分子的总数目不变，气体分子的平均动能也不变，故汽缸内壁单位面积上受到气体分子的撞击力大小不变 2. （25-26高三上·湖北·月考）一定质量的理想气体从状态开始，经历一次循环回到状态，其压强随体积倒数变化的图像如图所示，其中的反向延长线过原点为双曲线，与横轴平行。下列说法正确的是（    ） A．过程气体内能不变，气体从外界吸收热量 B．过程气体分子平均动能不变 C．过程气体分子单位时间内对容器壁单位面积的碰撞次数减少 D．全过程气体从外界吸收热量 3. （25-26高三上·山东·开学考试）如图所示，一定质量的理想气体循环过程的图像。为等压过程，为等容过程，和为等温过程。关于该循环过程，下列说法正确的是（　　） A．过程气体向外界放出热量 B．过程气体向外界放出热量大于外界对气体做的功 C．过程气体对外做功，气体分子的平均动能减小 D．在过程中，单位时间内与器壁单位面积碰撞的气体分子数减少 4. （24-25高二下·福建厦门·阶段练习）著名的“卡诺循环”是由卡诺于1824年提出的，它可用于分析热机的工作过程。如图所示，一定质量的理想气体经过“卡诺循环”，从状态A经过程AB、BC、CD、DA后又回到状态A，其中，过程AB和CD为等温过程，过程BC和DA为绝热过程，下列说法正确的是（　　） A．AB过程中，气体从外界吸热并全部用来对外做功 B．BC过程中，因气体既不吸热也不放热，故气体的内能不变 C．CD过程中，因外界对气体做功，故气体的内能增大 D．DA过程中，气体分子的平均动能减小 5. （23-24高二下·全国·课后作业）如图所示，这是中国传统玩具饮水鸟。在鸟的面前放上一杯水，用手把鸟嘴浸到水里，小鸟“喝”了一口后，又直立起来。之后，无需人的干预，小鸟直立一会儿就会自己俯下身去使鸟嘴浸入水中“喝”水，然后又会直立起来。就这样周而复始，小鸟不停地点头“喝”水，则下列说法正确的是（　　） A．饮水鸟上下运动的能量来源于周围空气的内能 B．水杯中的水干了之后，小鸟还能点头“喝”水 C．这种玩具饮水鸟是一架永动机 D．此现象违背了热力学第一定律 6. （2018高一下·云南曲靖·学业考试）下列对能量转化和守恒定律的认识错误的是（　　） A．某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加 B．某个物体的能减少，必然有其他物体的能增加 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，最后静止在地面上，说明机械能消失了 7. （23-24高二下·江苏南通·期中）关于下列几幅图的说法正确的是（　　） A．图甲为扩散现象，表明分子间有间隙和分子在做永不停息的无规则运动 B．图乙为布朗运动产生原因的示意图。说明微粒越大，液体分子沿各方向撞击它的数量越多，布朗运动越明显 C．图丙中石蜡在固体片上熔化成椭圆形，说明该固体是多晶体 D．如图丁所示，“饮水小鸭”“喝”完一口水后，直立起来，直立一会儿，又会慢慢俯下身去，再“喝”一口，如此循环往复，小鸭不需要外界提供能量，也能够持续工作下去 8. （24-25高二下·吉林长春·期末）一定质量的密闭理想气体先经一段等压变化，再经一段等容变化，最后经一段等温变化回到初始状态．这一过程的图像如图所示，下列分析正确的是（    ） A．过程中气体吸收的热量大于气体对外界做功 B．过程中气体释放的热量等于气体内能的减少量 C．过程中外界对气体做功等于气体释放的热量 D．过程中外界对气体做功大于气体释放的热量 9. （25-26高二上·贵州毕节·阶段练习）一定质量的理想气体从状态A经过状态B和C又回到状态A，其压强p随体积V的变化关系图像如图所示。则下列说法正确的是（　　） A．从状态C到状态A，气体分子的平均动能减小 B．A状态的内能大于B状态的内能 C．B→C过程，气体向外界放出热量 D．B→C过程，气体从外界吸收热量 10. （25-26高三上·青海西宁·开学考试）一定质量的理想气体从状态开始，经三个过程后回到初始状态，其图像如图所示。状态气体温度为，内能为，且内能与热力学温度成正比，以下分析正确的是（　　） A．气体在过程做等温变化，状态温度为 B．气体在过程中气体内能增加量为 C．气体在过程中向外界放出热量为 D．气体在过程中向外界放出热量为 11. （2025·福建泉州·一模）食品包装袋内充入氮气可防止食物氧化、抑制微生物生长。已知包装袋材料导热性能良好，袋内气体可视为理想气体。从冷藏室取出后，包装袋随周围环境温度升高明显膨胀，则膨胀后包装袋内（　　） A．气体分子间斥力增大 B．每个气体分子动能都增大 C．气体内能增大 D．气体对外界做正功 12. （24-25高二下·河北沧州·阶段练习）压缩空气储能是指在电网负荷低谷期将电能用于压缩空气储存能量，在电网负荷高峰期释放储存能量的储能方式。若在电网负荷低谷期压缩空气时，初段采取快速压缩一定质量气体（可视为理想气体）的方式，由于来不及散热，可看作发生如图所示的绝热压缩过程，关于该过程下列说法正确的是（　　） A．气体分子的平均动能一定增大 B．气体温度可能不变 C．气体分子数密度增大 D．单位时间内碰撞容器内壁单位面积的气体分子个数减少 13. （24-25高二下·河南南阳·阶段练习）如图所示为汽缸内一定质量的理想气体状态变化过程中的三个状态，图中ba的延长线过原点，则下列说法正确的是（　　） A．过程，气体单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多 B．过程，气体吸收的热量小于气体对外做的功 C．过程，气体密度增大 D．过程，气体从外界吸收热量 14. （23-24高二下·山东烟台·期末）下列说法正确的是（    ） A．液晶显示屏是利用液晶光学性质具有各向同性的特点制成的 B．可以利用永久磁铁间的作用力造一台永动机 C．草叶上的露珠呈球形的现象是由表面张力引起的 D．在合适的条件下，某些晶体可以转变成非晶体，某些非晶体也可以转变成晶体 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 $