素养提升课2 热力学第一定律与气体实验定律的综合问题-【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配套课件（粤教版）

该高中物理课件聚焦热力学第一定律与气体实验定律的综合应用，通过p-V、V-t等热学图像分析及气体状态参量计算，衔接前期热力学定律与气体实验定律知识，以例题解析和探究归纳为支架，帮助学生构建知识脉络。 其亮点在于以科学思维中的模型建构和科学推理为核心，结合实例（如p-V图循环过程、U形管封闭气体问题），引导学生运用热力学第一定律分析能量变化，通过探究归纳提炼解题思路。这既提升学生综合应用能力，也为教师提供结构化教学资源，助力高效教学。

素养提升课二　热力学第一定律与气体实验定律的综合问题 　　　　 第三章　热力学定律 1.进一步理解热力学第一定律，会计算气体内能变化的相关问题。　 2.能结合气体实验定律分析相关的图像问题。 素养目标 提升点一　热力学第一定律与热学图像的综合问题 1 提升点二　热力学第一定律与气体实验定律的综合问题 2 课时测评 4 随堂达标演练 3 内容索引 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 提升点一　热力学第一定律与热学图像的综合问题 返回 1．等温线 温度不变，气体内能不变，由热力学第一定律可知ΔU＝Q＋W＝0，即Q＝－W。 2．等容线 气体体积不变，不做功，由热力学第一定律可知ΔU＝Q。 3．等压线 气体压强不变，为等压膨胀或等压压缩过程，气体对外界所做功W＝pΔV。 例1 一定质量的理想气体，状态从A→B→C→D→A的变化过程，可用如图所示的p­V图线描述，其中D→A为等温线，气体在状态A时的温度为TA＝300 K，试求： (1)气体在状态C时的温度TC； 答案：375 K　 D→A为等温线，则TD＝TA＝300 K 气体由C到D为等压变化，由盖­吕萨克定律得 (2)若气体在A→B过程中吸热1 000 J，则在A→B过程中气体内能如何变化？变化了多少？ 答案：增加　增加了400 J 气体由A到B为等压变化，则外界对气体做功W＝－pΔV＝－2×105×3 ×10－3 J＝－600 J 由热力学第一定律得ΔU＝Q＋W＝1 000 J－600 J＝400 J 即气体内能增加了400 J。 对于气体的p­V图像问题，图像与横轴所围成的图形的面积表示气体对外界做的功或外界对气体做的功，即|W|＝S，如图所示。 探究归纳 针对练1.(2025·广东广州高二校考)一定质量的理想气体体积V与摄氏温度t的关系图像如图所示，线段NM的延长线过O点，理想气体由状态M变化到状态N的过程中。下列说法正确的是 A．压强变小，内能增大，气体对外界做功，同时从外界吸收热量 B．压强变小，内能减小，气体对外界做功，同时从外界吸收热量 C．压强变大，内能增大，外界对气体做功，同时向外界放出热量 D．压强变大，内能减小，外界对气体做功，同时向外界放出热量 √ 在V­-t图像中等压线是延长线过点(－273.15，0)的直线，且斜率越大，压强越小，则气体从状态M到状态N的过程中，压强变小；从状态M到状态N气体的温度升高，内能增大，即ΔU>0；从状态M到状态N气体的体积增大，气体对外做功，即W<0，根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W，可知Q>0，即气体从外界吸收热量。故选A。 针对练2.一定质量的理想气体从状态A经状态B变化到状态C，其p ­图像如图所示，求该过程中气体吸收的热量Q。 答案：2×105 J A→B过程，外界对气体做的功W1＝p(VA－VB) B→C过程，气体体积不变，则外界对气体做的功W2＝0 根据热力学第一定律得ΔU＝Q＋(W1＋W2) A和C的温度相等，则ΔU＝0 联立并代入数据解得Q＝2×105 J。 返回 提升点二　热力学第一定律与气体实验定律的综合问题 返回 1．关于气体状态参量的计算方法 计算气体的压强、温度或体积时，一般先找准初、末状态，根据气体实验定律列方程求解。 2．关于气体做功及吸热、放热问题的计算 (1)做功的计算 气体对外界做的功或外界对气体做的功可以用W＝p·ΔV来计算。 (2)吸热、放热的计算 根据内能的变化，由ΔU＝Q＋W可以计算吸热、放热情况。 (2025·广东广州华侨中学高二期末)如图所示，内壁光滑的气缸竖直放置在水平桌面上，用活塞封闭一定质量的理想气体。活塞上表面水平，下表面倾斜，倾斜面与左壁的夹角为θ，活塞的上表面的面积为S＝2×10－3 m2，质量为20 kg，状态A体积为VA＝4×10－4 m3，温度为TA＝300 K，大气压强p0＝1×105 Pa，当对气体缓慢加热，气体从状态A变为状态B时，活塞上表面上移h＝10 cm，气体吸收热量280 J。g＝10 m/s2。求： 例2 (1)气缸内的气体压强； 答案：2×105 Pa 对活塞，竖直方向上由力的平衡条件得pS′sin θ＝mg＋p0S，其中 S′＝ 代入数据解得p＝2×105 Pa。 (2)气体达到状态B时的热力学温度； 答案：450 K 从状态A到状态B，由盖­吕萨克定律得 代入数据解得TB＝450 K。 (3)气体从状态A变为状态B过程中内能改变了多少？ 答案：240 J 从状态A到状态B，外界对气体做功为 W＝－pSh＝－40 J 由热力学第一定律ΔU＝Q＋W 代入数据解得ΔU＝240 J。 如图所示，一U形玻璃管竖直放置，右端开口，左管用光滑活塞和水银封闭一段空气柱。外界大气压为p0，封闭气体的温度为T0，玻璃管的横截面积为S，活塞的质量为m，空气柱长度如图所示。已知水银的密度为ρ，重力加速度为g，封闭气体的温度缓慢降至T1。 (1)求温度T1时空气柱的长度L； 例3 气体做等压变化，由盖­吕萨克定律得 (2)已知该过程中气体向外界放出Q的热量，求气体内能的变化。 答案：(p0 S＋mg) (L0－L)－Q 封闭气体的压强p＝p0＋ 外界对气体做功W＝pS(L0－L) 气体向外界放出Q的热量，由热力学第一定律得 ΔU＝W－Q＝(p0S＋mg)(L0－L)－Q。 热力学第一定律和气体实验 定律的综合问题的解题思路 返回 探究归纳 随堂达标演练 返回 √ 由题图可知，气体从状态A变化到状态B为等压过程，气体膨胀对外界做功，则外界对气体做功为W＝－pΔV＝－0.4×105×2×10－3 J＝－80 J，根据热力学第一定律可知，气体内能变化量为ΔU＝Q＋W＝220 J，故A正确。 1.(2025·广东深圳高二期末)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 A．220 J B．－220 J C．380 J D．－380 J √ 2.(2025·广东江门校考)一定量的理想气体从状态a变化到状态b，该气体的热力学温度T与压强p的变化关系如T­p图中从a到b的线段所示。在此过程中 A．外界一直对气体做正功 B．气体体积一直减小 C．气体一直对外界放热 D．气体放出的热量等于外界对其做的功 a到b为延长线过坐标原点的倾斜直线，根据T­p图线斜率的意义可知，气体做等容变化，即外界对气体不做功，故A、B错误；由于气体从a到b不做功，即W＝0，气体的温度逐渐降低，则气体的内能逐渐减小，即ΔU＜0，根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W，可得Q＝ΔU＜0，即气体一直对外界放热，且放出的热量等于其内能的减少量，故C正确，D错误。故选C。 气体膨胀，对外做功，即W＜0，根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W，可知气体吸收的热量大于内能的增量，故C正确。 √ 3．一定质量的理想气体吸热膨胀，保持压强不变，它的内能增加，那么 A．它吸收的热量等于内能的增量 B．它吸收的热量小于内能的增量 C．它吸收的热量大于内能的增量 D．它吸收的热量可以大于内能的增量，也可以小于内能的增量 由题图可知，由状态a到状态b的过程，理想气体的压强不变，体积减小，根据 ＝c可知，状态a的温度高于状态b的温度，故A错误；由状态a到状态b的过程气体体积减小，外界对气体做正功，故B错误； 4．如图所示，一定质量的理想气体，由状态a经状态b变化到状态c，下列说法正确的是 A．状态a的温度低于状态b的温度 B．由状态a到状态b的过程，气体对外界做正功 C．由状态b到状态c的过程，气体放出热量 D．由状态a到状态b的过程，单位时间内与容器壁单 位面积碰撞的分子数增大 √ 由题图可知，由状态b到状态c的过程，理想气体体积保 持不变，对外界没有做功，压强增大，由 ＝c可知，理 想气体温度升高，则其内能增大，根据热力学第一定 律ΔU＝Q＋W，可知Q>0，即气体吸收热量，故C错误； 根据A、B选项分析可知，由状态a到状态b的过程，体积 减小，分子的密集程度增加，温度降低，分子的平均动 能减小，而压强保持不变，则单位时间内与容器壁单位面积碰撞的分子数增大，故D正确。故选D。 返回 课 时 测 评 返回 1.一定质量的理想气体从状态a变化到状态b，其体 积V和热力学温度T变化图像如图所示，此过程中气体 A．对外界做正功 B．压强保持不变 C．向外界放热 D．内能减少 √ 由题图可知，理想气体从状态a变化到状态b，体积增大，则理想气体对外界做正功，A正确；由 ，因a、b与O点连线的斜率ka＞kb，则pa＜pb，B错误；理想气体从状态a变化到状态b，温度升高，内能增大，D错误；理想气体从状态a变化到状态b，理想气体对外界做正功且内能增大，根据热力学第一定律可知，气体从外界吸收热量，C错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 √ A、B与O点的连线均表示等容变化，直线AO斜率大，则A状态的气体体积小于B状态的气体体积，故A错误；气体自状态A到状态B的过程中，温度升高，所以内能增大，故B错误；整个过程，气体体积增大，气体对外做功，而内能增大，由热力学第一定律可知，气体一定从外界吸热， 故C正确，D错误。 2.如图所示，一定质量的某种理想气体从状态A变化到状态B，此过程中 A．气体体积减小 B．气体内能减小 C．气体一定从外界吸热 D．外界一定对气体做正功 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 √ 3.一定质量的理想气体分别经历A→B→D和A→C→D两个变化过程，如图所示。A→B→D过程，气体对外做功为W1，与外界交换的热量为Q1；A→C→D过程，气体对外做功为W2，与外界交换的热量为Q2。两过程中 A．气体吸热，Q1＞Q2 B．气体吸热，W1＝W2 C．气体放热，Q1＝Q2 D．气体放热，W1＞W2 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 p­V图像中，图线与横轴所包围的面积为气体对外所做的功，所以W1＞W2，由于两过程的初、末状态p、V乘积相同，由理想气体状态方程可知，初、末状态温度相同，则气体内能相同，根据热力学第一定律可知两过程气体吸热，且Q1＞Q2。故选项A正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 √ 度越高，气体由状态A等压变化到状态B的过程中，气体温度升高，内能增加，体积变大，对外做功，根据热力学第一定律可知气体吸收热量，故A正确。 4.一定质量的理想气体，在温度T1和T2下的压强p与体积倒数 的关系图像如图所示，气体由状态A等压变化到状态B的过程中，下列说法正确的是 A．温度升高，吸收热量 B．温度升高，放出热量 C．温度降低，吸收热量 D．温度降低，放出热量 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 √ 5.五颜六色的气球是很多小孩非常喜欢的玩具。将一个气球从较冷的室外带到较温暖的室内(室内外温差较大)，一段时间后球内气体状态稳定，气球无漏气现象。在此过程中关于气球内气体说法正确的是 A．分子平均间距减小 B．分子平均动能减小 C．气体的压强不会发生变化 D．气体吸收的热量大于内能的增加量 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 假设气球体积不变，根据理想气体状态方程可知， 当温度升高时，气体压强增大，由于外界大气压强不 变，气球体积增大，重新达到平衡，则分子平均间距 增大，A错误；温度升高，分子热运动的平均动能增 大，B错误；气球体积膨胀，由气球弹性膜收缩造成 压强增大，外界大气压强不变，故气球内气体压强增大，C错误；温度升高，内能增加，ΔU＞0，体积膨胀，气体对外做功，W＜0，由热力学第一定律可知Q＞0，气体从外界吸热且Q＞ΔU，D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 √ 6.(多选)如图所示，导热的气缸开口向下，缸内活塞封闭了一定质量的理想气体，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，现将沙桶底部钻一个小洞，让细沙慢慢漏出。气缸外部温度恒定不变，则 A．缸内的气体压强减小，内能减小 B．缸内的气体压强增大，内能减小 C．缸内的气体压强增大，内能不变 D．外界对气体做功，缸内的气体放热 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 设活塞和沙桶整体重力为G，活塞的横截面积为S，大气压强为p0，以活塞为研究对象，根据力的平衡得到气缸内气体的压强p＝p0－ ，由于G减小，则p增大，即气体压强增大，由玻意耳定律pV＝c可知气体体积V变小，则外界对气体做功，由于气缸是导热的，气体的温度与环境温度相等，保持不变，其内能不变，根据热力学第一定律可知气体放热。故选CD。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 √ 7.(多选)如图所示，一导热性良好的气缸竖直放置于恒温的环境中，气缸内有一质量不可忽略的水平活塞，将一定质量的理想气体封在气缸内，活塞与气缸壁无摩擦，气缸不漏气，整个装置处于平衡状态。活塞上开始就放置一广口瓶，瓶中盛有一定量的酒精，经过较长一段时间后，与原来相比较 A．气体的压强减小 B．气体的压强不变 C．气体的内能减小 D．气体吸收热量 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 对活塞、广口瓶和酒精受力分析，由受力平衡可知p0S＋mg＝pS，由于酒精挥发，酒精质量减小，故气体的压强减小，A正确，B错误；导热性良好的气缸置于恒温环境中，温度不变，气体的内能不变，C错误；气体的变化为等温变化，ΔU＝0，压强减小，体积增大，气体对外做功，W＜0，由热力学第一定律得ΔU＝Q＋W＝0，可得Q＞0，气体吸热，D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 √ √ 8．(多选)一定质量的理想气体在某一过程中，从外界吸收热量2.5×104 J，气体对外界做功1.0×104 J，则下列关于该理想气体的说法正确的是 A．气体的温度一定升高 B．气体的内能一定减少 C．气体的压强一定不变 D．分子间的平均距离一定增大 由题意结合热力学第一定律可知，气体内能的增加量ΔU＝Q＋W＝2.5×104 J－1.0×104 J＝1.5×104 J，气体的内能增加，则温度一定升高，A正确，B错误；气体对外界做功，气体体积变大，则分子间的平均距离一定变大，由 ＝c可知，温度升高，体积变大，压强不一定不变，C错误，D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 9.如图所示，一定质量的理想气体经历了A→B的等压 过程，B→C的绝热过程(气体与外界无热量交换)，其 中B→C过程中内能减少1 000 J，则A→B→C过程中 气体对外界做的总功为 A．1 600 J B．400 J C．1 000 J D．600 J √ 由题图可知，A→B过程中外界对气体做功为W1＝p(VA－VB)＝6×105× (2－3)×10－3 J＝－600 J，B→C过程绝热，Q＝0，由热力学第一定律有ΔU＝W2，解得W2＝－1 000 J，所以在A→B→C过程中外界对气体做的总功为W＝W1＋W2＝－600 J＋(－1 000 J)＝－1 600 J，因此气体对外界做的总功为1 600 J，A正确，B、C、D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 √ √ 10.(多选)一定质量的理想气体从状态a开始，经a→b、 b→c、c→a三个过程后回到初始状态a，其T­V图像如图 所示。下列说法正确的是 A．气体在a→b过程中压强增大 B．气体在b→c过程中从外界吸收的热量等于增加的内能 C．气体在c→a过程中外界对气体做的功等于气体向外界放出的热量 D．气体在a→b过程中内能的减少量大于b→c过程中内能的增加量 根据理想气体状态方程 ＝c，气体在a→b过程中，体积膨胀，温度降低，因此压强减小，A错误； 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 气体在b→c过程中，体积保持不变，则没有做功过程，根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W，可知从外界吸收的热量全部用来增加物体的内能，B正确；气体在c→a过程中，温度保持不变，也就是内能不变，根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W，可知外界对气体做的功等于气体向外界放出的热量，C正确；由于a、c状态温度相同，则a、c状态内能相同，因此a→b过程中内能的减少量等于b→c过程中内能的增加量，D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 11.(10分)如图为拧紧瓶盖的空饮料瓶。27 ℃时，瓶内气体压强为1.050× 105 Pa；当温度升高到37 ℃过程中，瓶内气体吸收了7 J的热量，瓶内气 体视为理想气体且整个过程中体积保持不变，T＝t＋273，求： (1)37 ℃时，瓶内气体的压强； 气体体积不变，则根据查理定律可得 答案：1.085×105 Pa 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 (2)气体内能的增加量。 答案：7 J 气体体积不变，则W＝0，瓶内气体吸收了7 J的热量，则Q＝7 J，根据ΔU＝Q＋W 解得ΔU＝7 J 即气体内能的增加量为7 J。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 12．(10分)若某个汽车轮胎充气后容积为V，内部气体压强为p，温度为T。当外界温度降低导致轮胎内气体温度降低了 时，轮胎的容积几乎不变，轮胎内的气体可视为理想气体。 (1)试判断轮胎内气体吸放热情况，并说明理由； 轮胎的容积几乎不变，则外界对气体不做功；由轮胎内气体温度降低，可知气体的内能减少，即ΔU<0; 根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知，轮胎内气体放热。 答案：放热，理由见解析 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 (2)求此时轮胎内气体的压强。 返回 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 谢 谢 观 看 ！ 第三章 　热力学定律 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 ­ 答案： 　 ＝c可得V＝·T ＝ 解得p2＝p1＝×1.050×105 Pa ＝1.085×105 Pa。 答案：p $