第1节 热力学第一定律 第2节 能量的转化与守恒-【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（鲁科版）

该高中物理课件聚焦热力学第一定律及能量守恒定律，通过“新知导学”从功、热量与内能关系切入，结合“合作探究”中气象探测气球等案例，构建从基础概念到定律应用的学习支架，帮助学生衔接前后知识。 其亮点是以核心素养为导向，通过“链接实景”（如活塞做功问题）强化能量观念，“合作探究”（气体状态变化分析）培养科学推理与质疑创新能力，融入迈尔、焦耳等科学家发现史渗透科学态度与责任。学生能提升实际问题解决能力，教师可高效实施素养教学。

第1节　热力学第一定律 第2节 能量的转化与守恒 　　　　 第3章　热力学定律 核心素养目标 物理观念 了解热力学第一定律的内涵，理解能量守恒定律，具有与能量守恒定律相关的比较清晰的能量观念。 科学思维 能用证据说明第一类永动机是不可能实现的；能有依据地质疑，提出有创意的建议。 科学态度与责任 能通过了解热力学定律和能量守恒定律的发现过程，体会科学探索中的挫折和失败对科学发现的意义，知道科学发现需要科学家共同努力。 新知导学　夯实基础 1 合作探究　素能提升 2 随堂演练　对点落实 3 内容索引 课时测评 4 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 13 新知导学　夯实基础 返回 知识梳理 一、功、热量与内能 1．改变内能的两种方式：______和_______。 2．物体内能的改变 判断下列物体内能变化的情况： (1)如果一个物体既不吸热也不放热，当外界对它做功时，物体内能将______，当物体对外界做功时，物体内能将______。 (2)如果一个物体既不对外界做功，外界也不对它做功，当物体从外界吸热时，物体内能将______，当物体向外放热时，物体内能将______。 做功 热传递 增加 减少 增加 减少 3．热力学第一定律 (1)内容：物体内能的增加量ΔU等于外界对物体____________与物体从外界______________之和。 (2)表达式：ΔU＝_______。 二、第一类永动机 1．第一类永动机：有人幻想的一种不消耗任何能量而能永远_________的机器。 2．第一类永动机的本质：能量能无中生有地_________。 3．第一类永动机不能制造成功的原因：违背了________________。 所做的功W 吸收的热量Q W＋Q 对外做功 创造出来 热力学第一定律 三、能量守恒定律的发现 1．迈尔的发现：体力和体热必定来源于食物中的_______，内能、化学 能、机械能都是等价的，是可以_________的，如果动物的能量输入与支出是平衡的，那么，所有这些形式的能在量上必定是______的。 2．焦耳的研究 (1)确定了电能向内能转化的______关系。 (2)用了近40年的时间，不懈地钻研__________问题，为能量守恒定律提供了无可置疑的证据。 3．亥姆霍兹的贡献：从理论上把力学中的能量守恒原理推广到热、光、电、磁、化学反应等过程，揭示了它们之间的_______。 化学能 相互转化 守恒 定量 热功转换 统一性 四、能量守恒定律及其应用 1．内容：能量既不会______，也不会______，它只能从一种形式______为其他形式，或者从一个物体______到其他物体，而能量的总值_______ ____。 2．意义：揭示了自然科学各个分支之间的_________，是自然界内在_______的第一个有力证据。 3．应用 (1)能量转化过程中总伴有______的产生。 (2)人类所需的绝大部分能量都直接或间接地来自______。 (3)在各种能量的转化过程中，能量都是_______。 消失 创生 转化 转移 保持不 普遍联系 统一性 内能 太阳 守恒的 变 自主检测 1．判断正误 (1)热量、功和内能三者单位相同，物理意义相同。 (　) (2)物体对外做功，内能一定减少。 (　) (3)物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变。 (　) (4)做功和热传递在改变物体的内能效果上是等效的，所以做功过程和热传递过程是一样的。 (　) (5)某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加。 (　) (6)石子从空中落下，最后停止在地面上，说明机械能消失了。 (　) (7)违背能量守恒定律的过程是不可能发生的。 (　) × × × √ √ √ × 返回 2．链接实景 如图所示，快速推动活塞对汽缸内气体做功10 J，气 体内能改变了多少？若保持气体体积不变，汽缸向外 界传递10 J的热量，气体内能改变了多少？若推动活 塞对汽缸内气体做功10 J的同时，汽缸向外界传递10 J的热量，气体的内能改变了多少？ 提示：内能增加了10 J；减少了10 J；0。 合作探究　素能提升 返回 师生互动 知识点一　对热力学第一定律的理解 如图所示，气象探测气球内充有常温常压的氦气，从 地面上升至某高空的过程中，气球内氦气的压强随外 部气压减小而逐渐减小，其温度因启动加热装置而保 持不变，高空气温为－7.0 ℃，球内氦气可视为理想 气体。试探究：若在此高空，关闭加热装置后 (1)氦气对外界做功还是外界对氦气做功？ 提示：根据＝C可知，探测气球体积减小，外界对氦气做功。 (2)氦气吸热还是放热？ 提示：在此高空，ΔU<0，W>0，根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知，Q<0，即氦气对外放热。 要点归纳 1．热力学第一定律的理解 与热力学第一定律相对应的符号法则   做功W 热量Q 内能的改变ΔU 取正值“＋” 外界对物体做功 物体从外界吸收热量 物体的内能增加 取负值“－” 物体对外界做功 物体向外界放出热量 物体的内能减少 2．几种特殊情况 (1)若过程是绝热的，即Q＝0，则W＝ΔU，外界对物体做的功等于物体内能的增加量。 (2)若过程中不做功，即W＝0，则Q＝ΔU，物体吸收的热量等于物体内能的增加量。 (3)若过程的始末状态物体的内能不变，即ΔU＝0，则W＋Q＝0或W＝ －Q，外界对物体做的功等于物体放出的热量。 一定质量的气体从外界吸收了4.2×105 J的热量，同时气体对外做了6×105 J的功，问： (1)气体的内能是增加还是减少？变化量是多少？ 答案：气体内能减少了1.8×105 J　 例1 气体从外界吸热，故Q＝4.2×105 J， 气体对外做功，故W＝－6×105 J， 由热力学第一定律有ΔU＝W＋Q＝－6×105 J＋4.2×105 J＝－1.8× 105 J。 ΔU为负值，说明气体的内能减少了，所以，气体内能减少了1.8× 105 J。 (2)分子势能是增加还是减少？ 答案：气体的分子势能增加　 因为气体对外做功，所以气体的体积膨胀，分子间的距离增大了，分子间作用力做负功，气体的分子势能增加。 (3)分子的平均动能是增加还是减少？ 答案：气体分子的平均动能减少 因为气体内能减少，同时气体分子势能增加，所以气体分子的平均动能一定减少。 应用热力学第一定律解题的思路与步骤 1．首先应明确研究对象是哪个物体或者是哪个热力学系统。 2．分别列出物体(或系统)吸收或放出的热量；外界对物体(或系统)所做的功或物体(或系统)对外所做的功。 3．根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W列出方程进行求解。 4．应特别注意物理量的正负号及其物理意义。 方法技巧 针对练1．一定质量的理想气体在某一过程中，外界对气体做了8×104 J的功，气体的内能减少了1.2×105 J，则下列各式中正确的是 A．W＝8×104 J，ΔU＝1.2×105 J，Q＝4×104 J B．W＝8×104 J，ΔU＝－1.2×105 J，Q＝－2×105 J C．W＝－8×104 J，ΔU＝1.2×105 J，Q＝2×105 J D．W＝－8×104 J，ΔU＝1.2×105 J，Q＝－4×104 J 由符号法则可知，外界对气体做功W取正值，气体内能减少，ΔU为负值，代入热力学第一定律表达式得Q＝－2×105 J，故B正确。 √ 针对练2．压力锅结构如图所示，盖好锅盖，将压力阀套在出气孔上，对压力锅加热，当锅内气体压强达到一定值时，气体就把压力阀顶起。假定在压力阀被顶起时，停止加热。假定在一次放气过程中，锅内气体对压力阀及外界做功1.5 J，并向外界释放了2.5 J的热量，则下列说法正确的是 A．锅内原有气体的内能没有发生变化 B．锅内原有气体的内能增加了3 J C．锅内原有气体的内能减少了3 J D．锅内原有气体的内能减少了4 J 根据热力学第一定律知，ΔU＝Q＋W＝－4 J，即锅内气体内能减少了 4 J，故D正确。 √ 师生互动 知识点二　气体实验定律和热力学第一定律的综合应用 如图所示，一定质量的理想气体由a状态 变化到b状态，请在图像基础上思考以下 问题： (1)在变化过程中是气体对外做功，还是 外界对气体做功？ 提示：由题图可知，气体的变化为等压膨胀，气体对外做功。 (2)在变化过程中气体吸热，还是向外放热？气体内能增加了，还是减少了？ 提示：由日常经验可知，理想气体在等压膨胀过程中需要从外界吸收热量。由盖—吕萨克定律可知，理想气体在等压膨胀过程中温度升高，内能一定增加。 要点归纳 1．判断是否做功的方法 一般情况下外界对气体做功与否，需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。 2．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＝Q＋W，则Q＝ΔU－W，若已知气体的做功情况和内能的变化情况，即可判断气体的状态变化是吸热过程还是放热过程。 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p -V图线描述，其中D→A 为等温线，气体在状态A时温度为TA＝300 K，试求： (1)气体在状态C时的温度TC； 答案：375 K　 例2 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＝ 得TC＝＝375 K。 (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：气体内能增加了400 J 气体由A到B为等压变化，则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 则气体内能增加了400 J。 针对练1．如图所示为某理想气体的p -T图像，下列 说法正确的是 A．由A到B的过程，气体对外做功，内能增加 B．由A到B是等容过程，B到C是等压过程，气体在 C状态时的体积比在B状态时的体积大 C．由B到C的过程，外界对气体做功，放出热量 D．由B到C的过程，气体温度升高，所有气体分子的动能都增大 √ 由A到B的过程为等容升温的过程，因体积不变，则 W＝0，而温度升高了，则内能增大，故A错误；由 B到C的过程是等压升温的过程，比较B点、C点与坐 标原点连线的斜率可知，C点的斜率小，则气体体积 大，故B正确；B到C的过程，体积变大，则气体对外 做功(W<0)，而温度升高说明内能增大(ΔU>0)，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W可得Q>0，即气体要吸热，故C错误；由B到C的过程气体温度升高，反映气体分子的平均动能增大，而气体分子的热运动是统计规律，不能体现所有气体分子的动能都增大，故D错误。 针对练2．如图所示，竖直放置的导热圆柱形容器开口 向上，用质量m＝10 kg的活塞密封一部分理想气体， 活塞在容器内能自由滑动且保持水平，容器内侧的底 面积S＝(50cm2)，开始时气体的温度t1＝27 ℃，活塞到 容器底的距离L＝20 cm。在气体从外界吸收Q＝60 J热 量的过程中，活塞缓慢上升的距离L′＝2 cm。已知大气压强p0＝1.0×105 Pa，重力加速度g＝10 m/s2，T＝t＋273 K。求： (1)活塞停止上升时容器内气体的温度t2； 答案：57 ℃　 活塞缓慢上升过程发生等压变化 V1＝SL，T1＝t1＋273 K V2＝S(L＋L′)，T2＝t2＋273 K 由盖—吕萨克定律可得＝ 解得t2＝57 ℃。 (2)密闭气体内能的增加量ΔU。 答案：48 J 设活塞封闭理想气体的压强为p，活塞缓慢上升过程中受力平衡，则有pS＝p0S＋mg 气体体积增大，外界对气体做负功，由做功公式可得W＝－pSL′ 由热力学第一定律可得ΔU＝Q＋W 解得ΔU＝48 J。 师生互动 知识点三　应用能量守恒定律进行计算 1．在能量发生转化或转移时，能量的总量会减少吗？ 提示：能量的总量不会减少。 2．图为一种所谓“全自动”的机械手表，既不需要上发 条，也不用任何电源，却能不停地走下去。这是不是一种 永动机？如果不是，维持表针走动的能量是从哪儿来的？ 提示：这不是永动机。手表戴在手腕上，通过手臂的运动， 机械手表获得能量，供手表指针走动。若将此手表长时间放置不动，它就会停下来。 要点归纳 1．能量的形式 (1)宏观物体运动——机械能。 (2)分子热运动——内能。 (3)电荷和电场——电势能。 2．不同形式能量之间的转化 (1)摩擦生热——机械能转化为内能。 (2)水蒸气将壶盖顶起——内能转化为机械能。 (3)用电炉子加热——电能转化为内能。 (4)燃煤取暖——化学能转化为内能。 3．太阳能的转化 4．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。 5．应用能量守恒定律的思路方法 (1)能量守恒的核心是总能量不变，因此在应用能量守恒定律时应首先分清系统中哪些能量在相互转化，是通过哪些力做功实现的，这些能量分别属于哪些物体，然后再寻找合适的守恒方程式。 (2)在应用能量守恒定律分析问题时，应明确两点： ①哪种形式的能量减少，哪种形式的能量增加。 ②哪个物体的能量减少，哪个物体的能量增加。 (多选)行驶中的汽车制动后滑行一段距离，最后停下；流星在夜空中坠落并发出明亮的光；降落伞在空中匀速下降；条形磁铁在下落过程中穿过闭合线圈，线圈中产生电流。上述不同现象中所包含的相同的物理过程是 A．物体克服阻力做功 B．物体的动能转化为其他形式的能量 C．物体的势能转化为其他形式的能量 D．物体的机械能转化为其他形式的能量 例3 √ √ 这四种现象中的物体运动过程都受到阻力作用，汽车主要是制动阻力，流星、降落伞是空气阻力，条形磁铁下落受到磁场阻力，因而物体都克服阻力做功，A正确。四个物体运动过程中，汽车是动能转化成其他形式的能，流星、降落伞、条形磁铁是重力势能转化成其他形式的能，总之是机械能转化成其他形式的能，D正确。故选A、D。 一颗质量为m＝10 g的子弹以200 m/s的速度射入放在光滑水平面上质量为M＝2 kg的木块并穿出。穿出木块时子弹的速度变为40 m/s，木块速度为0.8 m/s。设子弹在木块中所受的阻力不变，在此过程中子弹和木块共获得多少内能？若这些内能有30%被子弹吸收，则可以使子弹升高多少摄氏度？子弹的比热容为1.3×102 J/(kg·℃)。 答案：191.36 J　44.16 ℃ 例4 系统损失的机械能转化为系统增加的内能。ΔE损＝mv02－(mvm2＋MvM2)＝×0.01×2002 J－(×0.01×402 J＋×2×0.82 J)＝191.36 J，被子弹吸收的热量Q＝ΔE损×30%＝cmΔt, 所以Δt＝＝ ℃＝44.16 ℃。 能量守恒定律的应用技巧 1．能量守恒定律是自然界中一个最基本的规律，同时，它又可以与很多其他物理规律(如：平抛运动、碰撞、圆周运动等)结合，解决一些综合性很强的题目。 2．解决这类题目应明确研究过程中哪些能量发生了转化、各种能量的表达形式，然后由相应物理规律结合能量守恒定律求解。　　 规律总结 针对练1．下列关于能量转化的现象的说法中，正确的是 A．用太阳灶烧水是太阳能转化为电能 B．电灯发光是电能转化为光能 C．核电站发电是电能转化为内能 D．生石灰放入盛有凉水的烧杯里，水温升高是动能转化为内能 太阳灶烧水是光能转化为内能，电灯发光是电能转化为光能，核电站发电是核能转化为电能，生石灰放入凉水中是化学能转化为内能，故选项B正确，A、C、D错误。 √ 针对练2．一个铁块沿斜面匀速滑下，关于铁块的机械能和内能的变化，下列判断中正确的是 A．铁块的机械能和内能都不变 B．铁块的机械能减少，内能不变 C．铁块的机械能增加，内能增加 D．铁块的机械能减少，内能增加 铁块沿斜面匀速下滑时，动能不变势能减小，所以铁块的机械能一定减少。铁块沿斜面能匀速滑下，斜面一定是不光滑的，铁块下滑时克服摩擦力做功，铁块损失的机械能转化为铁块和斜面的内能，因此铁块的温度会略有升高，内能增加。故选项D正确，A、B、C错误。 √ 针对练3．高空形成的冰雹加速下落，并有部分熔化，以下说法中不正确的是 A．只有重力做功，冰雹下落时机械能守恒 B．冰雹的势能部分转化为冰雹的动能 C．冰雹的内能增大 D．冰雹的机械能不守恒 除了重力做功，还有阻力做功，所以冰雹下落时机械能不守恒，A错误，D正确；冰雹的势能转化为冰雹的动能与内能，故冰雹的内能增大，B、C正确。故选A。 √ 返回 随堂演练　对点落实 返回 1．下面的例子中，通过热传递改变物体内能的是 A．擦火柴，使火柴开始燃烧 B．阳光照在湖面上，使湖水升温 C．用锯条锯木头，使锯条变热 D．搓搓手，会感觉暖和些 擦火柴使火柴燃烧，用锯条锯木头，使锯条变热以及用“搓手”的方法取暖，是通过相互摩擦，克服摩擦力做功，机械能转化成内能，都是通过做功的方式改变内能，故A、C、D错误；阳光照在湖面上，使湖水升温，是通过热传递的方式改变内能的，故B正确。 √ 2．如图所示的容器中，A、B各有一个可自由移动的轻活塞，活塞下是 水，上为空气，大气压恒定，A、B底部由带有阀门K的管道相连，整个装置与外界绝热。开始A中水面比B中高，打开阀门，使A中的水逐渐流向B中，最后达到平衡，在这个过程中 A．大气压力对水做功，水的内能增加 B．水克服大气压力做功，水的内能减少 C．大气压力对水不做功，水的内能不变 D．大气压力对水不做功，水的内能增加 √ 由于水的体积不变，故p0SAhA＝p0SBhB，即大气压力对A做的正功与B克服大气压力做的功相等，故大气压力不做功。但水的重力势能减少了，它转化为水的内能，所以水的内能增加了，故选项D正确，A、B、C错误。 3．三峡水力发电站是我国最大的水力发电站，三峡水库水位落差约100 m，水的流量约1.35×104 m3/s。船只通航需要3 500 m3/s的流量，其余流量全部用来发电，水流冲击水轮机发电时，水流的机械能有20%转化为电能。按照以上数据估算，如果三峡电站全部用于城市生活用电，它可以满足约多少个百万人口城市生活用电(设三口之家平均每家每月用电240度，g＝10 m/s2) A．2个 B．6个 C．18个 D．90个 √ 用于发电的水流量为Q＝1.35×104 m3/s－3.5×103 m3/s＝1.0× 104 m3/s，发电功率为P＝×20%，水的质量为m＝pV，t时间内流水的体积为V＝Qt，则P＝0.2ρQgh，又ρ＝1.0×(103kg/m3)，g＝10 m/s2，h＝100 m，解得P＝2×109 W，三口之家平均每家每月用电240度，则用电的平均功率为＝＝＝ kW＝×103 W，可供给用户数为n＝＝6×106，人口数为N＝3n＝18×106，即可满足18个百万人口城市的生活用电。选项C正确。 4．如图所示，一定质量的理想气体在状态A时压强为2.0×105 Pa，经历A→B→C→A的过程，整个过程中对外界放出61.4 J热量。求该气体在A→B过程中对外界所做的功。 答案：138.6 J 整个过程中，外界对气体做的功W＝WAB＋WCA，且WCA＝pA(VC－VA)，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W，联立以上各式得WAB＝－(Q＋WCA)，代入数据得WAB＝－138.6 J，即气体对外界做的功为138.6 J。 返回 课时测评 返回 1．一木块在一不光滑的V形槽内来回滑动的过程中，下列说法正确的是 A．机械能守恒 B．能量正在消失 C．只有动能和重力势能的相互转化 D．减少的机械能转化为内能，但总能量守恒 木块在滑动过程中要克服摩擦阻力做功，机械能转化为内能，但总能量守恒。故选D。 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 13 2．有人设计了如图所示的永动机，靠磁铁的吸引使车辆获得行驶的能量。但是这类永动机没有制成，是因为 A．不符合机械能守恒定律 B．违背了能量守恒定律 C．做功产生的热不符合热功当量 D．找不到合适的材料和合理的设计方案 第一类永动机不可能制成的原因是违背了能量守恒定律，故B正确。 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 13 3．在如图所示的柱形容器内封有一定质量的密闭气体。光滑活塞C(质量为m)与容器用良好的隔热材料制成。另有质量为M的物体从活塞上方的A点自由下落到活塞上，并随活塞一起到达最低点B而静止。在这一过程 中，密闭气体内能的改变量ΔU、外界对密闭气体所做的功W与物体和活塞的重力势能的变化关系是 A．Mgh＋mgΔh＝ΔU＋W B．ΔU＝W，W＝Mgh＋mgΔh C．ΔU＝W，W<Mgh＋mgΔh D．ΔU≠W，W＝Mgh＋mgΔh √ 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 13 因活塞和容器用良好的隔热材料制成，容器内的密闭 气体与外界无热交换。Q＝0，所以ΔU＝W；但由于 物体和活塞碰撞时损失一部分机械能，因此有W<Mgh ＋mgΔh，C正确。虽然W<Mgh＋mgΔh，但仍遵循能 量守恒定律，只不过减少的机械能不是全部转化为密 闭气体的内能，而是有一部分在碰撞时转化为活塞和物体的内能了，能的总量并未减少，A、B、D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 13 4．如图所示，将一只气球放到绝热密闭的升温箱中 缓慢加热，随温度的升高，气球缓慢膨胀，将气体视 为理想气体，且气球不漏气，下列说法正确的是 A．气球内气体对外做功，内能减少 B．气球内气体温度升高，所有分子的动能均增大 C．气球内的气体分子对气球壁单位面积的平均撞击力增大 D．箱内气体及气球内气体总内能增加量等于从加热器上吸收的热量 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 13 气球内气体温度升高，内能增加，故A错误；温度升 高，分子的平均动能增大，但不是所有分子的动能均 增大，故B错误；气球内气体压强增大，气球内的气 体分子对气球壁单位面积的平均撞击力增大，故C正确；箱内气体及气球内气体从加热器中吸收的热量等于总内能增加量和气球弹性势能增加量的总和，故D错误。故选C。 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 13 5．下列说法正确的是 A．随着科技的发展，第一类永动机是可能制成的 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，说明能量是可能凭空产生的 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 13 第一类永动机违背了能量守恒定律，故无法制成，A错误；太阳照射到宇宙空间的能量没有消失，B错误；马儿奔跑时需要消耗能量，“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， C正确；不用上发条，也不用任何形式的电源，却能一直走动的“全自动”手表是不存在的，它违背了能量守恒定律，D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 13 6．如图所示，用隔板将一绝热气缸分成两部分，隔板左侧充有理想气体，隔板右侧与绝热活塞之间是真空。现将隔板抽开，气体会自发扩散至整个气缸。待气体达到稳定后，缓慢推压活塞，将气体压回到原来的体积。假设整个系统不漏气。下列说法错误的是 A．气体自发扩散前后内能相同 B．气体在被压缩的过程中内能增大 C．在自发扩散过程中，气体对外界做功 D．气体在被压缩的过程中，外界对气体做功 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 13 因为气缸、活塞都是绝热的，隔板右侧是真空， 所以理想气体在自发扩散的过程中，既不吸热也 不放热，也不对外界做功。根据热力学第一定律 可知，气体自发扩散前后，内能不变，选项A正确，C错误；气体被压缩的过程中，外界对气体做功，气体内能增大，又因为一定质量的理想气体的内能只与温度有关，所以气体温度升高，分子平均动能增大，选项B、D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 13 7．某汽车后备箱内安装有撑起箱盖的装置，它主要由气缸和活塞组成。开箱时，密闭于气缸内的压缩气体膨胀，将箱盖顶起，如图所示。在此过程中，若缸内气体与外界无热交换，忽略气体分子间相互作用，则缸内气体 A．对外做正功，分子的平均动能减小 B．对外做正功，内能增大 C．对外做负功，分子的平均动能增大 D．对外做负功，内能减小 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 13 开箱时气缸内气体膨胀，对外做正功，气体与外界 无热交换，即Q＝0，由热力学第一定律ΔU＝W＋ Q，知ΔU<0，内能减少；气体分子间相互作用不 计，无分子势能，所以气体温度降低，平均动能减 小，故A正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 13 8．如图所示，A、B是两个完全相同的铁球，A放在绝热板上，B用绝热绳悬挂。现只让它们吸收热量，当它们升高相同的温度时，它们所吸收的热量分别为QA、QB，则 A．QA＝QB B．QA<QB C．QA>QB D．无法确定 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 13 A、B升高相同的温度，根据Q＝cmΔt可知，升温 需要的能量是相同的。由于受热膨胀，A的重心升 高，重力势能增加，吸收的热量QA一部分用于升 温，剩余部分用于增加重力势能ΔEpA，即QA＝Q＋ ΔEpA；B受热膨胀重心降低，重力势能减小，吸收的热量QB和减少的重力势能ΔEpB共同用于升温，即Q＝QB＋ΔEpB，显然QA>QB。C正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 13 9．在恒温环境下，将形状相同的导热气缸A和绝热气缸B放置于水平地面，A、B中装有温度、体积和压强均相等的同种理想气体，A、B的活塞的横截面积和质量均相同，活塞与气缸之间均无摩擦。现将两个完全相同的小物块分别轻放在A和B的活塞上，当活塞都停止运动时，下列说法正确的是 A．A中气体压强小于B中气体压强 B．A中气体体积大于B中气体体积 C．A中气体温度小于B中气体温度 D．A中气体内能大于B中气体内能 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 13 以活塞为研究对象，根据受力平衡可得两气缸中气体的压强相等，故A错误。A是导热气缸，所以A中气体温度不变，内能不变；B是绝热气缸，活塞对气体做功，气体的内能增加，温度升高，故C正确，D错误。根据理想气体状态方程可知，A中气体体积小于B中气体体积，故B错误。故选C。 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 13 10．健身球是一种内部充气的健身辅助器材，如图 所示，球内的气体可视为理想气体，当球内气体被 快速挤压时来不及与外界热交换，而缓慢变化时可 认为能发生充分的热交换。则下列说法正确的是 A．人体缓慢离开健身球过程中，球内气体对外放热 B．人体缓慢离开健身球过程中，球内表面单位时间单位面积上撞击的分子数不变 C．人体快速挤压健身球过程中，球内气体压强减小 D．人体快速挤压健身球过程中，球内气体分子热运动的平均动能增大 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 13 人体缓慢离开健身球过程中，球内气体能与外界发 生充分的热交换，则球内气体的温度不变，体积变 大，压强变小，气体分子数密度减小，而分子的平 均速率不变，则球内表面单位时间单位面积上撞击 的分子数减小；气体对外做功，内能不变，根据热力学第一定律可 知，球内气体从外界吸热，故A、B错误。人体快速挤压健身球过程 中，来不及与外界热交换，球内气体体积减小，外界对气体做功，气体温度升高，则压强变大，球内气体分子热运动的平均动能增大，故C错误，D正确。故选D。 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 13 11．(多选)如图所示是一定质量的理想气体的体积V和摄氏温度t变化关系的V-t图像，气体由状态A变化到状态B的过程中，下列说法正确的是 A．气体对外做功，同时从外界吸收热量 B．气体的内能不变 C．气体的压强减小 D．气体的压强不变 √ √ 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 13 从状态A到状态B，体积增大，气体对外做功， W<0，温度升高，内能增大，ΔU>0，根据热 力学第一定律ΔU＝W＋Q，可知Q>0，即气体 从外界吸收热量，故A正确；由题图可知，理 想气体从状态A到状态B的过程中，温度升高，内能增大，故B错误；在V-t图像中等压线是延长线过－273.15 ℃的直线，斜率越大，压强越小，如图所示，气体从状态A到状态B的过程中，压强减小，故C正确，D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 13 12．(12分)如图甲所示为一台四冲程内 燃机，活塞在压缩冲程某段时间内移动 的距离为0.1 m，这段过程活塞对气体 的压力逐渐增大，其做的功相当于2× 103 N的恒力使活塞移动相同距离所做 的功(图乙)。内燃机工作时气缸温度高于环境温度，该过程中压缩气体传递给气缸的热量为25 J。 (1)求上述压缩过程中气体内能的改变量。 答案：175 J　 压缩过程活塞对气体做的功W1＝F1l1＝2×103×0.1 J＝200 J。 气体内能的改变量ΔU1＝W1－Q1＝200 J－25 J＝175 J。 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 13 (2)燃烧后的高压气体对活塞做功，气体推动活塞移动0.1 m，其做的功相当于9×103 N的恒力使活塞移动相同距离所做的功(图丙)，该做功过程气体传递给气缸的热量为30 J。求此做功过程气体内能的改变量。 答案：－930 J 气体膨胀过程中气体对外界所做的功W2＝F2l2＝9×103×0.1 J＝900 J 气体内能的改变量ΔU2＝－W2－Q2＝－900 J－30 J＝－930 J。 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 13 13．(14分)爆米花酥脆可口、老少皆宜，是许多人喜爱 的休闲零食。如图所示为高压爆米花的装置原理图， 玉米粒在铁质的密闭容器内被加热，封闭气体被加热 成高温高压气体，当打开容器盖后，“砰”一声气体 迅速膨胀，压强急剧减小，玉米粒就“爆炸”成了爆米花。设当地温度为t1＝ 27 ℃，大气压强为p0，已知密闭容器打开前的气体压强达到4p0。(T＝t＋273 K) (1)将容器内的气体看作理想气体，求密闭容器打开前容器内气体的温度。 答案：927 ℃　 根据查理定律＝及p1＝p0，T1＝300 K，p2＝4p0，解得T2＝1 200 K，则密闭容器打开前容器内气体的温度t2＝927 ℃。 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 13 (2)假定在一次打开的过程中，容器内气体膨胀对外界做功1.5×104 J，并向外释放了2.0×104 J的热量，容器内原有气体的内能如何变化？变化了多少？ 答案：减少　3.5×104 J 由热力学第一定律ΔU＝Q＋W，得ΔU＝－2.0×104 J－1.5×104 J＝ －3.5×104 J，故内能减少3.5×104 J。 返回 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 13 谢 谢 观 看 第1节　热力学第一定律 第2节 能量的转化与守恒 2 3 4 5 6 7 8 9 1 10 11 12 13 $