第3章 热力学定律 单元综合提升-【金版新学案】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册同步课堂高效讲义教师用书（人教版）

该高中物理单元复习讲义通过高考真题与教材习题衔接，系统构建气体性质及热力学定律的知识体系，用对比框架梳理状态参量变化、热力学第一定律等核心内容，呈现压强、体积、温度关系及内能变化的内在逻辑。 讲义亮点在于“真题-教材-针对练”三阶练习设计，如气泡上浮问题结合玻意耳定律与热力学第一定律，培养科学推理和能量观念。易错点分析（如ΔU=Q+W正负判断）帮助学生规避误区，分层练习满足不同水平需求，助力教师实施精准复习教学。

单元综合提升 (2024·北京高考)一个气泡从恒温水槽的底部缓慢上浮，将气泡内的气体视为理想气体，且气体分子个数不变，外界大气压不变。在上浮过程中气泡内气体(　　) A.内能变大 B.压强变大 C.体积不变 D.从水中吸热 答案：D 解析：上浮过程气泡内气体的温度不变，内能不变，故A错误；气泡内气体压强p＝p0＋ρ水gh，故上浮过程气泡内气体的压强减小，故B错误；由玻意耳定律pV＝C知，气体的体积变大，故C错误；体积变大，气体对外做功，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W知，气体从水中吸热，故D正确。 [衔接教材]　人教版选择性必修第三册P64·T4 一个气泡从恒温水槽的底部缓慢向上浮起，若不计气泡内空气分子个数和分子势能的变化，在上浮过程中气泡的内能如何变化？吸热还是放热？ [衔接分析]　人教版选择性必修第三册P64·T4以“一个气泡从恒温水槽的底部缓慢向上浮起”为情境，与本高考题情境类似，均考查了气体状态参量和内能的变化问题。 针对练1.(2023·天津高考)如图是爬山所带氧气瓶，氧气瓶里的气体容积、质量不变，爬高过程中，温度减小，则气体(　　) A.对外做功 B.内能减小 C.吸收热量 D.压强不变 答案：B 解析：由于爬山过程中气体体积不变，故气体不对外做功，故A错误；爬山过程中温度降低，则气体内能减小，故B正确；爬山过程中气体不做功，但内能减小，故根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W，可知气体放出热量，故C错误；爬山过程中氧气瓶里的气体体积、质量均不变，温度减小，根据查理定律可知气体压强减小，故D错误。故选B。 针对练2.(2024·重庆高考)某救生手环主要由高压气囊密闭，气囊内视为理想气体。密闭气囊与人一起上浮的过程中，若气囊内气体温度不变，体积增大，则(　　) A.外界对气囊内气体做正功 B.气囊内气体压强增大 学生用书⬇第79页 C.气囊内气体内能增大 D.气囊内气体从外界吸热 答案：D 解析：气囊上浮过程，密闭气体温度不变，由玻意耳定律pV＝C可知，气体体积变大，则压强变小，气体对外做功，故A、B错误；气体温度不变，内能不变，气体对外做功，W＜0，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W，可知Q＞0，从外界吸热，故C错误，D正确。 (2024·湖北高考)如图所示，在竖直放置、开口向上的圆柱形容器内用质量为m的活塞密封一部分理想气体，活塞横截面积为S，能无摩擦地滑动。初始时容器内气体的温度为T0，气柱的高度为h。当容器内气体从外界吸收一定热量后，活塞缓慢上升h再次平衡。已知容器内气体内能变化量ΔU与温度变化量ΔT的关系式为ΔU＝CΔT，C为已知常数，大气压恒为p0，重力加速度大小为g，所有温度为热力学温度。求 (1)再次平衡时容器内气体的温度。 (2)此过程中容器内气体吸收的热量。 答案：(1)T0　(2)CT0＋h(p0S＋mg) 解析：(1)气体进行等压变化，则由盖－吕萨克定律得＝ 即＝ 解得T1＝T0。 (2)此过程中气体内能增加ΔU＝CΔT＝CT0 气体对外做功为W＝pSΔh＝h(p0S＋mg) 由热力学第一定律可得，此过程中容器内气体吸收的热量Q＝CT0＋h(p0S＋mg)。 [衔接教材]　人教版选择性必修第三册P65·T3 如图所示，在竖直放置的圆柱形容器内用质量为m的活塞密封一部分气体，活塞能无摩擦地滑动，容器的横截面积为S，将整个装置放在大气压恒为p0的空气中，开始时气体的温度为T0，活塞与容器底的距离为h0，当气体从外界吸收热量Q后，活塞缓慢上升d后再次平衡。 (1)外界空气的温度是多少？ (2)在此过程中的密闭气体的内能增加了多少？ [衔接分析]　人教版选择性必修第三册P65·T3以“竖直放置的圆柱形容器与活塞封闭的气体状态变化”为情境，与本高考题情境类似，均考查了盖－吕萨克定律与热力学第一定律的综合应用问题。 针对练1.(2025·辽宁沈阳市高二联考)某中学春季运动会上释放的气球是充有氦气的可降解气球。释放前工作人员用容积为30 L、压强为1.0×107 Pa的氦气罐给气球充气(充气过程温度不变)，要求充气后气球体积为6 L、压强为1.0×105 Pa；气球释放后飘向高空，当气球体积膨胀到9 L时就会爆裂落回地面。已知高度每升高1 000 m，大气温度下降6 ℃，高度每升高1 m，大气压减小约11 Pa，庆祝现场地面空气温度为27 ℃，大气压为1.0×105 Pa，不计充气过程的漏气和气球内原有气体，T＝t＋273 K，下列说法正确的是(　　) A.用一个氦气罐可以充出500个符合要求的气球 B.用氦气罐给气球充气过程中，氦气放出热量 学生用书⬇第80页 C.当气球发生爆裂时，气球离地面的高度约为3 448 m D.要降低气球发生爆裂时的高度，在地面充气时可使充气后的气球体积适当减小 答案：C 解析：设用一个氦气罐可以充出n个符合要求的气球，由玻意耳定律有p0V0＝p1(V0＋nV1)，其中p0＝1.0×107 Pa，V0＝30 L，p1＝1.0×105 Pa，V1＝6 L，解得n＝495，故A错误；对充入气球内的氦气，从氦气罐内到气球内的过程，体积增大，对外做功，温度不变，内能不变，根据热力学第一定律可知，气体吸热，故B错误；当气球发生爆裂时，气球体积膨胀到9 L，设此时气球离地面高度为h，则爆裂时气体的压强和温度分别是p2＝p1－11h(Pa)，T2＝T0－(K)，由理想气体状态方程有＝，解得h≈3 448 m，故C正确；由C项分析可以推导出h与V1的函数关系式为h＝(m)，可知V1越小，h越大，故D错误。故选C。 针对练2.某同学设计了如图所示的估测室温的装置。用质量为m的绝热活塞和导热良好的汽缸封闭一定质量的理想气体，活塞的横截面积为S，室温时测得活塞到汽缸底部的距离为L1。将汽缸竖直放置于同一房间的冰水中，已知冰水温度恒为T2，活塞缓慢下降，稳定时测得活塞到汽缸底部的距离为L2，已知大气压为p0，重力加速度为g，不计活塞与缸壁间的摩擦。 (1)求室温； (2)若已知该气体内能U与温度T满足U＝kT，k为已知常量，求在上述过程中该气体向外释放的热量Q。 答案：(1)T2　(2)(p0S＋mg＋)(L1－L2) 解析：(1)由盖-吕萨克定律得＝ 解得T1＝T2。 (2)根据公式U＝kT得初、末状态的气体的内能为U1＝kT1，U2＝kT2，内能减少ΔU＝k(T1－T2) 活塞缓慢下降，设气体压强为p，对活塞受力分析可得pS＝p0S＋mg 气体经历等压变化，外界对气体做功为W＝pS(L1－L2)＝(p0S＋mg)(L1－L2) 由热力学第一定律可得气体向外释放的热量Q＝(p0S＋mg)(L1－L2)＋k(T1－T2)＝(p0S＋mg＋)(L1－L2)。 (多选)(2024·新课标卷)如图，一定量理想气体的循环由下面4个过程组成：1→2为绝热过程(过程中气体不与外界交换热量)，2→3为等压过程，3→4为绝热过程，4→1为等容过程。上述四个过程是四冲程柴油机工作循环的主要过程。下列说法正确的是(　　) A.1→2过程中，气体内能增加 B.2→3过程中，气体向外放热 C.3→4过程中，气体内能不变 D.4→1过程中，气体向外放热 答案：AD 解析：1→2为绝热过程，Q＝0，气体体积减小，外界对气体做功，W＞0，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知ΔU＞0，气体内能增加，A正确；2→3为等压膨胀过程，W＜0，由盖－吕萨克定律可知气体温度升高，内能增加，即ΔU＞0，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知Q＞0，气体从外界吸热，B错误；3→4过程为绝热过程，Q＝0，气体体积增大，W＜0，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知ΔU＜0，气体内能减少，C错误；4→1为等容过程，W＝0，又压强减小，则由查理定律可知气体温度降低，内能减少，即ΔU＜0，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知Q＜0，气体向外放热，D正确。 [衔接教材]　人教版选择性必修第三册P65·T4 如图所示，一定质量的理想气体从状态A变化到状态B，已知在此过程中，气体吸收了300 J的热量，则该过程中气体内能变化了多少？ [衔接分析]　人教版选择性必修第三册P65·T4以“理想气体的p－V图像”为情境，与本高考题情境类似，均考查了气体图像与热力学第一定律的综合应用问题。 针对练1.(2022·江苏高考)如图所示，一定质量的理想气体分别经历a→b和a→c两个过程，其中a→b为等温过程，状态b、c的体积相同，则(　　) A.状态a的内能大于状态b的内能 B.状态a的温度高于状态c的温度 C.a→c过程中气体吸收热量 D.a→c过程中外界对气体做正功 答案：C 解析：由于a→b为等温过程，即状态a和状态b温度相同，对于理想气体，状态a的内能等于状态b的内能，故A错误；由于状态b和状态c体积相同，且pb＜pc，根据理想气体状态方程＝，可知Tb＜Tc，又因为Ta＝Tb，故Ta＜Tc，故B错误；a→c过程气体体积增大，气体对外界做正功，而气体温度升高，内能增加，根据ΔU＝Q＋W，可知气体吸收热量，故C正确，D错误。故选C。 学生用书⬇第81页 针对练2.(多选)(2021·海南高考)如图，一定质量的理想气体从状态a出发，经过等容过程到达状态b，再经过等温过程到达状态c，直线ac过原点。则气体(　　) A.在状态c的压强等于在状态a的压强 B.在状态b的压强小于在状态c的压强 C.在b→c的过程中内能保持不变 D.在a→b的过程对外做功 答案：AC 解析：因直线ac过原点，根据V＝T(C为常量)可知，气体在状态c的压强等于在状态a的压强，b点与原点连线的斜率小于c点与原点连线的斜率，可知在状态b的压强大于在状态c的压强，A正确，B错误；在b→c的过程中温度不变，则气体的内能保持不变，C正确；在a→b的过程中，气体的体积不变，则气体不对外做功，D错误。故选AC。 易错点1.不能正确判断ΔU＝Q＋W中各物理量的正负 如图所示，某同学将空的玻璃瓶开口向下缓慢压入水中，设水温均匀而且恒定，瓶内空气看作理想气体，下降过程中瓶内空气质量不变，则(　　) A.瓶内气体分子间作用力为斥力且增大 B.瓶内气体从外界吸收热量 C.瓶内气体分子平均动能不变 D.单位时间内与单位面积瓶壁碰撞的分子数不变 答案：C 解析：被淹没的玻璃瓶在下降过程中，瓶内气体温度不变，压强变大，根据pV＝C可知，气体体积减小，外界对气体做正功，即W＞0；由于气体温度不变，气体分子平均动能不变，气体内能不变，即ΔU＝0，根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知Q＜0，即气体向外界放热，B错误，C正确；理想气体分子间作用力为0，A错误；气体分子平均动能不变，气体体积减小，则气体分子的数密度变大，单位时间内与单位面积瓶壁碰撞的分子数增多，D错误。 [易错分析]　本题容易错选B项，原因是在应用热力学第一定律时， 确定W和Q正负时出错，导致错选B项。 易错点2.不清楚物体体积变化对应做功情况 如图所示，A、B是两个完全相同的球，分别浸没在水和水银中的同一深度，A、B两球用同一种特殊材料制作，当温度稍微升高时，球的体积会明显变大，如果开始时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(　　) 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.无法确定两球吸收热量的大小关系 答案：B 解析：两球初、末状态温度分别相同，体积变化相同，所以内能的变化量相同，但水银中的B球膨胀时对外做功较多，则吸热较多。故选B。 [易错分析]　本题容易错选C项，原因是不知道在水和水银中的同一深度处， 水银的压强较大，两球增大相同的体积，B球对外做功较多，吸热较多；而误认为两球增大相同的体积，A、B球对外做功相同，吸热相同，导致错选C项。 易错点3.忽视吸收的热量、放出的热量及功是过程量 一定质量的理想气体，从某一状态开始，经过一系列变化后又回到开始的状态，用W1表示外界对气体做的功，W2表示气体对外界做的功，Q1表示气体吸收的热量，Q2表示气体放出的热量，则在整个过程中一定有(　　) A.Q1－Q2＝W2－W1 B.Q1＝Q2 C.W1＝W2 D.Q1＞Q2 答案：A 解析：由题可知内能的变化量为零，根据热力学第一定律可得ΔU＝Q1－Q2＋W1－W2＝0，可得Q1－Q2＝W2－W1，因为没有给出具体的变化过程，所以无法判断W1与W2的大小关系，也无法判断Q1与Q2的大小关系，A正确，B、C、D错误。 [易错分析]　本题容易错选B项或者C项，原因是忽视了气体状态变化过程中，气体吸收的热量、放出的热量及气体与外界间做的功都是过程量，误认为气体从某状态开始经过一系列变化后又回到开始的状态的过程中，外界对气体做的功W1与气体对外界做的功W2一定相等，气体吸收的热量Q1与气体放出的热量Q2一定相等，导致错选B项或者C项。 学生用书⬇第82页 易错点4.未理清气体的变化过程 (多选)如图所示，两端开口、下端连通的导热汽缸，用两个轻质绝热活塞(横截面积分别为S1和S2)封闭一 定质量的理想气体，活塞与汽缸壁间无摩擦。在左端活塞上缓慢加细沙，活塞从A下降h高度到B位置时，活塞上细沙的总质量为m。在此过程中，用外力F作用在右端活塞上，使活塞位置始终不变。整个过程环境温度和大气压p0保持不变，系统始终处于平衡状态，重力加速度为g。下列说法正确的是(　　) A.整个过程，外力F做功大于0，小于mgh B.整个过程，理想气体的分子平均动能保持不变 C.整个过程，理想气体向外界释放的热量小于p0S1h＋mgh D.左端活塞到达B位置时，外力F等于 答案：BCD 解析：做功的两个必要因素是有力和在力的方向上有位移，由于活塞S2没有移动，可知整个过程，外力F做功为0，A错误；根据汽缸导热且环境温度不变，可知汽缸内的温度也保持不变，则整个过程，理想气体的分子平均动能保持不变，B正确；由内能不变可 知理想气体向外界释放的热量等于外界对理想气体做的功，即Q＝W＜p0S1h＋mgh，C正确；左端活塞到达B位置时，根据汽缸内的气体对两活塞的压强相等可得p0＋＝p0＋，即F＝，D正确。故选BCD。 [易错分析]　本题容易漏选C项，原因是有些同学错误地认为理想气体的变化是等压过程，气体的压强一直为p＝p0＋，外界对气体做功为W＝pΔV＝p0S1h＋mgh，从而误认为C项错误，导致漏选C项。 易错点5.误认为吸收热量内能一定增大 如图所示，活塞将一定质量的理想气体封闭在直立圆筒形导热汽缸中，活塞上堆放细沙，活塞处于静止状态，现逐渐取走细沙，使活塞缓慢上升，直到细沙全部被取走，若活塞与汽缸之间的摩擦可忽略，在此过程中，下列说法中正确的是(　　) A.气体对外做功，气体温度一定变化 B.气体对外做功，内能可能不变 C.气体压强可能增大，内能可能不变 D.若气体从外界吸热，则内能一定增大 答案：B 解析：逐渐取走细沙，使活塞缓慢上升，则气体压强减小，体积增大，气体对外做功，根据＝C可知，温度可能不变，内能可能不变，故A、C错误，B正确；汽缸是导热的，可以与外界进行热交换，细沙减少时，气体膨胀，对外做功，同时若气体从外界吸热，内能可能不变，故D错误。 [易错分析]　本题容易错选A项或者D项，原因是本题中气体体积增大，吸收热量，由于忽视了对外做功，误认为气体的温度一定升高，内能一定增大，导致错选A项或者D项。 学科网（北京）股份有限公司 $