第3章 第1、2节 热力学第一定律 能量守恒定律（课件PPT）-【新课程学案】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册（教科版）

该高中物理课件聚焦热力学第一定律与能量守恒定律，通过消防车放水、“全自动”机械手表等生活情境导入，衔接内能改变的两种方式，构建从概念理解到定律应用的学习支架，包含预读填一填、新知学习、典例体验及针对训练等环节。 其亮点在于深度融合核心素养，以历史永动机案例、高考题及共享单车、水火箭等情境题，培养学生能量观念与科学思维，通过探究能量转化过程渗透科学态度。教学方法注重理论联系实际，助力学生提升问题分析能力，为教师提供系统分层的教学资源。

第三章　热力学定律 选择性必修第三册 热力学第一定律　能量守恒定律 第 1、2 节 核心素养导学 物理观念 (1)知道热力学第一定律的内容。 (2)理解能量守恒定律，知道能量守恒定律是自然界普遍遵从的基本原理。 (3)知道第一类永动机是不可能实现的。 科学思维 能运用热力学第一定律解释和计算能量的转化、转移问题。 科学探究 探究能量的转化过程和总量的变化情况。 科学态度与责任 (1)理解能量和能量守恒观念对世界统一性的意义。 (2)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。 续表 [四层]学习内容1 落实必备知识 [四层]学习内容2 强化关键能力 01 02 CONTENTS 目录 [四层]学习内容3 ·4 浸润学科素养和核心价值 课时跟踪检测 03 04 [四层]学习内容1 落实必备知识 一、热力学第一定律 1.改变内能的两种方式：做功和________都可以改变物体的内能，而且这两种方式是_________的。 2.绝热过程中，对系统做功时内能的变化量与功的关系：ΔU=W。 3.外界没有对系统做功的过程中，系统内能的变化量与传递热量的关系：ΔU=Q。 热传递 等价 4.当外界既对系统做功又对系统传热时，内能的变化量：ΔU=Q+W。 5.热力学第一定律的内容 在系统跟外界同时发生做功和热传递的过程中，系统的内能增加量ΔU等于系统从外界吸收的热量Q与外界对系统所做的功W之和。 6.第一类永动机不可能制成 (1)第一类永动机：不需要任何动力或燃料，能持续不断地________的机器。 (2)第一类永动机不可能制成的原因：违背了___________________。 对外做功 热力学第一定律 二、能量守恒定律 1.内容：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式______为另一种形式，或者从一个物体______到另一个物体，在转化或转移的过程中，能量的总量___________。 2.意义 (1)各种形式的能可以_____________。 (2)各种物理现象可以用_________________联系在一起。 转化 转移 保持不变 相互转化 能量守恒定律 1.给旱区送水的消防车停在水平地面上。在缓慢放水的过程中，若车胎不漏气且胎内气体温度不变，不计分子间的势能，试分析气体的吸放热情况。 提示：由于车胎内气体温度不变，故气体分子的平均动能不变，内能不变。放水过程中气体体积增大，对外做功，由热力学第一定律可知，车胎内气体吸热。 2.“全自动”机械手表，既不需要上发条，也不用任何电源，表针却能不停地转动。由此，有人设想了如图所示的新能源汽车。 请对以下说法作出判断： (1)“全自动”机械手表是一种永动机。( ) (2)如图所示的新能源汽车是能够实现的。( ) (3)“全自动”机械手表是通过手臂的运动获得能量，供手表指针转动，不是永动机。 ( ) × × √ [四层]学习内容2 强化关键能力 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： 新知学习(一)|热力学第一定律的理解及应用 任务驱动 (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：由图可知，气体的变化为等压膨胀，一定是气体对外做功。 (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。 1.公式ΔU=Q+W中符号的规定 重点释解 符号 Q W ΔU + 物体吸热 外界对物体做功 内能增加 - 物体放热 物体对外界做功 内能减少 2.三种特殊情况 (1)若过程是绝热的，即Q=0，则ΔU=W，物体内能的增加量等于外界对物体做的功。 (2)若过程中不做功，即W=0，则ΔU=Q，物体内能的增加量等于物体从外界吸收的热量。 (3)若过程的始末状态物体的内能不变，即ΔU=0，则W=-Q(或Q= -W)，外界对物体做的功等于物体放出的热量(或物体吸收的热量等于物体对外界做的功)。 3.判断是否做功的方法 一般情况下看物体的体积是否变化： (1)若物体体积增大，表明物体对外界做功，W<0。 (2)若物体体积减小，表明外界对物体做功，W>0。 [典例]　一定质量的实际气体从外界吸收了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? 典例体验 [答案]　减少　1.8×105 J [解析]　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，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]　增加 [解析]　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，分子力做负功，气体分子势能增加。 (3)分子的平均动能是增加还是减少? [解析]　因为气体内能减少，同时气体分子势能增加，说明气体分子的平均动能一定减少。 [答案]　减少 /方法技巧/ 　　 应用热力学第一定律解题的方法 (1)明确研究对象是哪个物体或者是哪个热力学系统。 (2)分别找出题目中研究对象吸收或放出的热量；外界对研究对象所做的功或研究对象对外界所做的功；研究对象内能的增加量或减少量。 (3)根据热力学第一定律ΔU=Q+W列出方程进行求解。 (4)特别注意物理量的正负号及其意义。 1.(2025·河北高考)某同学将一充气皮球遗忘在操场上，找到时发现因太阳暴晒皮球温度升高，体积变大。在此过程中若皮球未漏气，则皮球内封闭气体 (　　) A.对外做功 B.向外界传递热量 C.分子的数密度增大 D.每个分子的速率都增大 针对训练 √ 解析：皮球体积变大，气体膨胀，对外界做功，W<0，太阳暴晒使气体温度升高，ΔU>0，根据热力学第一定律ΔU=W+Q可知，Q>0，气体从外界吸收热量，故A正确，B错误；皮球未漏气，球内气体分子总数不变，体积变大，气体分子的数密度减小，故C错误；温度升高，气体分子平均动能增大，但并非每个分子的速率都增大，故D错误。 2.如图所示，密封的矿泉水瓶中，距瓶口越近水的温度越高。一开口向下、导热良好的小瓶置于矿泉水瓶中，小瓶中封闭一段空气。挤压矿泉水瓶，小瓶下沉到底部；松开后，小瓶缓慢上浮。上浮过程中，小瓶内气体 (　 ) A.内能减少 B.对外界做正功 C.增加的内能大于吸收的热量 D.增加的内能等于吸收的热量 √ 解析：小瓶内的空气可视为理想气体，在小瓶缓慢上浮的过程中，瓶内空气的温度随水温升高，内能增加，故A错误；同时，瓶内空气的压强减小，由理想气体的状态方程=C，可知体积增大，气体对外界做正功，故B正确；根据热力学第一定律ΔU=W+Q，由于ΔU>0，W<0，则Q>0，可见气体吸收的热量大于增加的内能，故C、D错误。 文艺复兴时期，达·芬奇制造的永动机装置如图所示。他认为右边的重球比左边的重球离轮心更远些，两边不均衡的作用力会使轮子沿箭头方向转动不息。请问该装置属于第几类永动机，并请说明这类永动机为什么不能成功。 新知学习(二)|对能量守恒定律的理解 任务驱动 提示：该装置属于第一类永动机，这一设计不可能成功，因为不消耗任何能量却能永远转动的机械，违反了能量守恒定律。 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、原子能等。 (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。 重点释解 2.与某种运动形式对应的能是否守恒是有条件的 例如，物体的机械能守恒，必须是只有重力或系统内的弹力做功；而能量守恒定律是没有条件的，它是一切自然现象都遵守的基本规律。 3.能量守恒定律中的“转化”和“转移” (1)某种形式的能量减少，一定有其他形式的能量增加，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。 4.第一类永动机失败的原因分析 如果没有外界热源供给热，则有U2-U1=W，就是说，如果系统内能减少，即U2<U1，则W<0，系统对外做功是要以内能减少为代价的。若想源源不断地做功，就必须使系统不断回到初始状态，在无外界能量供给的情况下是不可能的。 [典例]　(多选)空调市场上有很多变频空调，据专家介绍变频空调比定频的要节能，因为定频空调开机时就等同于汽车启动时，很耗能，是正常运行的5~7倍。空调在工作时达到设定温度就停机，等温度高了再继续启动。这样的频繁启动，耗电多，而变频空调启动时有一个由低到高的过程，运行过程是自动变速来保持室内温度，从开机到关机中间不停机，而是达到设定温度后就降到最小功率运行，所以比较省电。阅读上述介绍后，以下说法合理的是 (　 ) 典例体验 A.变频空调节能，运行中不遵守能量守恒定律 B.变频空调运行中做功少，转化能量多 C.变频空调在同样工作条件下运行效率高，省电 D.变频空调与定频空调做同样功时，消耗同样电能 √ √ [解析]　自然界的一切过程都遵守能量守恒定律，A错误；功是能量转化的量度，做同样的功，消耗同样电能，B错误，D正确；由变频空调的工作特点可知省电的原因是效率高，C正确。 1.“第一类永动机”是不可能制成的，这是因为它 (　 ) A.不符合热力学第一定律 B.做功产生的热量太少 C.由于有摩擦、热损失等因素的存在 D.找不到合适的材料和合理的设计方案 针对训练 √ 解析： “第一类永动机”是不可能制成的，因为它违背了能量守恒定律，即热力学第一定律，故A正确，B、C、D错误。 2.下列有关能量的描述正确的是 (　 ) A.“既要马儿跑得快，又要马儿不吃草”违背了能量守恒定律 B.工作中的电风扇，消耗的电能大于输出的机械能，该过程能量不守恒 C.滑块在粗糙的水平面上减速滑行，最终停了下来，动能消失，能量不守恒 D.同时做自由落体运动的物体，质量越大，势能减少越快，机械能减少也越快 √ 解析：马儿跑的时候需要消耗能量，而草能够为马儿提供能量，因此“既要马儿跑得快，又要马儿不吃草”违背了能量守恒定律，故A正确；工作中的电风扇，消耗的电能大于输出的机械能，损失的电能转化为内能，该过程能量仍守恒，故B错误；滑块在粗糙的水平面上减速滑行，最终停了下来，减小的动能转化为内能，能量守恒，故C错误；同时做自由落体运动的物体，运动的快慢与质量无关，减少的势能转化为动能，机械能不变，故D错误。 [四层] 学习内容3·4浸润 学科素养和核心价值 1.(选自鲁科版教材“物理聊吧”)如图是历史上曾经出现的几种永动机的设想示意图：图(a)是想利用短杆上的重球产生的作用，使轮子不停地转动；图(b)是想利用像灯芯那样的棉线把水吸到高处，再流下冲击轮子的叶片，使轮子不停 地转动；图(c)是想利用重物在水中 受浮力作用而上升，带动轮子不停 地转动。 ◉物理观念——认识历史上的永动机 一、好素材分享——看其他教材如何落实核心素养 请仔细分析这些永动机的设想，指出它们不可能实现的原因。 提示：图(a)设计，利用了杠杆的原理，认为左侧球的力臂长，力矩大，右侧球的力臂短，力矩小，故轮能逆时针转动，实际上，左侧球不如右侧球数量多，左、右力矩平衡，轮子不可能永远转动。 图(b)设计，利用棉线吸水到高处，水流下时推动轮子上的叶片转动，实际上棉线吸水是由于水的表面张力，当棉线吸水后，表面张力等于水的重力和摩擦阻力时，吸水停止，上边的水流完后，轮子也就不再转动了。 图(c)设计，右边的物体浸在水中，受浮力作用，推动右侧重物上升，左侧重物下降，带动轮子不停地转动。实际上，上面的重物漏出水面，下面的重物进入右侧容器时，就算不考虑漏水的技术问题，也应考虑下面进入的重物要承受上面水的压力，这个压力很大，可抵消上面几个重物所受的浮力，因此，这个永动机也就无法永动了。 2.(选自粤教版教材课后练习)如图所示，一定质量的理想气体从状态A经等压过程到状态B。此过程中，气体压强p=1.0×105 Pa，吸收的热量Q=7.0×102 J，求此过程中气体内能的增量。 ◉科学思维——热力学第一定律的应用 答案：气体内能增加了5.0×102 J 解析：气体发生等压变化， 由=得：VB=VA=8.0×10-3 m3， 因VB>VA，气体对外界做功， W=-p(VB-VA)=-1.0×105×(8.0×10-3-6.0×10-3)J=-2.0×102 J， 根据热力学第一定律ΔU=W+Q， 可得：ΔU=-2.0×102 J+7.0×102 J=5.0×102 J。 1.(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 二、新题目精选——品立意深处所蕴含的核心价值 √ 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；上浮过程气体体积变大，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。 2.目前，共享单车作为绿色出行的交通工具，已成为时尚。甲、乙两种共享单车都采用了电子锁，车锁内集成了GPS模块与联网模块等，这些模块工作时需要电能。这两种共享单车采用了不同的方式获取电能：甲车靠小型发电机踩动单车时线圈在磁场中转动产生电能，如图甲所示；乙车靠车筐底部的太阳能电池板有光照时产生电能，如图乙所示。这两种共享单车获取电能时，都是把其他形式的能转化为电能。关于它们的能量转化，下列说法中正确的是 (　 ) A.都是把机械能转化为电能 B.都是把光能转化为电能 C.甲车把机械能转化为电能，乙车把光能转化为电能 D.甲车把光能转化为电能，乙车把机械能转化为电能 √ 解析：甲车靠小型发电机踩动单车时线圈在磁场中转动产生电能，故是将机械能转化为电能；乙车靠车筐底部的太阳能电池板有光照时产生电能，故是将光能转化为电能。故A、B、D错误，C正确。 3.(多选)某校“科创社”在学校操场进行水火箭发射、航模飞行等展示活动。此次活动激起了该校师生在工作和学习之余的科技创新热情。水火箭是一种用水的压力来推进的模型火箭，同学们利用废弃的饮料瓶制作成动力舱、箭体、箭头、尾翼、降落伞，灌入三分之一的水后，利用打气筒充入空气，等到达一定的压力后喷水获得反冲力而发射。喷水过程可以认为瓶内气体与外界绝热，则在喷水阶段 (　 ) A.瓶内气体体积增大，外界对气体做正功 B.瓶内气体内能减小，温度降低 C.喷水阶段机械能转换为内能 D.瓶内气体压强减小，即瓶内壁单位面积上所受气体分子撞击的作用力减小 √ √ 解析：在喷水过程中，瓶内气体体积增大，气体对外界做功，W<0，故A错误；在喷水过程中，瓶内气体与外界绝热，Q=0，由热力学第一定律ΔU=W+Q可知，瓶内气体内能减小，温度降低，故B正确；喷水阶段气体内能减小，而物体运动，机械能增加，所以内能转化为机械能，故C错误；瓶内气体压强减小，即瓶内壁单位面积上所受气体分子撞击的作用力减小，故D正确。 课时跟踪检测 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1.汽车关闭发动机后恰能沿斜坡匀速运动，在这一过程中 (　 ) A.汽车的机械能守恒 B.汽车的动能和势能相互转化 C.机械能逐渐转化为内能，总能量逐渐减少 D.机械能逐渐转化为内能，总能量不变 √ 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 解析：汽车在关闭发动机后能匀速运动，说明汽车和斜坡之间一定有摩擦力作用，所以汽车的机械能不守恒，一部分机械能转化为内能，但能的总量保持不变，故D正确。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 2.(2025·安徽高考)在恒温容器内的水中，让一个导热良好的气球缓慢上升。若气球无漏气，球内气体(可视为理想气体)温度不变，则气球上升过程中，球内气体 (　　) A.对外做功，内能不变 B.向外放热，内能减少 C.分子的平均动能变小 D.吸收的热量等于内能的增加量 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 解析：根据题意可知，气球缓慢上升的过程中，气体压强减小，气体温度不变，由理想气体状态方程可知，气体的体积变大，气体对外做功，气体的内能不变，分子的平均动能不变，由热力学第一定律可知，吸收的热量等于气体对外做的功。故选A。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 3.(2025·重庆高考)易碎物品运输中常采用缓冲气袋减小运输中冲击。若某次撞击过程中，气袋被压缩(无破损)，不计袋内气体与外界的热交换，则该过程中袋内气体(视为理想气体) (　　) A.分子热运动的平均动能增加 B.内能减小 C.压强减小 D.对外界做正功 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 解析：绝热压缩时外界对气体做正功，内能增加，温度升高，分子热运动的平均动能增加，故A正确，B错误；根据理想气体状态方程=C，体积减小，温度升高，可知压强增大，故C错误；气体体积减小，气体对外界做负功，故D错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 4.勤消毒是一个很关键的预防措施，学校用如图所示的压缩式喷雾器对教室、走廊等场所进行消杀工作。给储液罐打足气，打开开关就可以让药液喷洒出来。若罐内气体可视为理想气体且温度保持不变，随着药液的不断喷出，则罐内气体 (　 ) A.内能不断减小 　　 B.压强不断减小 C.外界对气体做功 　　 D.气体对外放热 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 解析：由于罐内气体温度保持不变，所以气体的内能保持不变，A错误；随着药液喷出，罐内气体的体积增大，由玻意耳定律可知，气体体积增大，压强减小，B正确；气体的体积增大，让药液喷出，所以气体对外界做功，C错误；由热力学第一定律ΔU=Q+W，ΔU=0，W<0，则Q>0，即气体要从外界吸热，D错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 5.某同学用导热性能良好的汽缸和活塞将一定质量的空气(视为理想气体)封闭在汽缸内(活塞与缸壁间的摩擦不计)，待活塞静止后，将小石子缓慢地加在活塞上，如图所示。在此过程中，若大气压强与室内的温度均保持不变，下列说法正确的是 (　 ) 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 A.由于汽缸导热，故缸内气体的压强保持不变 B.缸内气体温度不变，缸内气体对活塞的压力保持不变 C.外界对缸内气体做的功大小等于缸内气体向外界释放的热量 D.外界对缸内气体做功，缸内气体内能增加 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 解析：将小石子缓慢地加在活塞上，由平衡条件可知气体对活塞的压力变大，则气体压强变大；汽缸导热性能良好，缸内气体温度不变，故A、B错误；温度不变时，理想气体内能不变，体积减小，外界对气体做功，由热力学第一定律知，外界对气体做的功与气体放出的热量相等，故C正确，D错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 6.如图所示，内壁光滑的汽缸水平放置，一定质量的理想气体被活塞密封在汽缸内，外界大气压强为p0。现对汽缸缓慢加热，气体吸收热量Q后，体积由V1增大为V2。则在此过程中 (　 ) A.气体分子平均动能增大 B.气体分子平均动能不变 C.气体分子平均动能减小 D.气体内能变化了Q+p0(V2-V1) √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 解析：气体等压膨胀，由=C，体积V增大，故温度T升高；温度是分子热运动平均动能的标志，温度升高，气体分子平均动能增大，故A正确，B、C错误；根据热力学第一定律得：ΔU=Q+W，而W= -p0SΔL=- p0ΔV=-p0(V2-V1)，所以气体内能变化了ΔU=Q-p0(V2-V1)，故D错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 7.一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，此过程中该系统 (　 ) 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 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 解析：根据题意，气体体积增加，因此对外做正功，故A正确；题目中图像延长线没有过原点，因此不是等压线，故B错误；温度升高且对外做功，根据热力学第一定律，该过程需要吸热，故C错误；温度升高，内能增加，故D错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 √ 8.(多选)如图，一封闭着理想气体的绝热汽缸置于水平地面上，用轻弹簧连接的两绝热活塞将汽缸分为f、g、h三部分，活塞与汽缸壁间没有摩擦。初始时弹簧处于原长，三部分中气体的温度、体积、压强均相等。现通过电阻丝对f中的气体缓慢加热，停止加热并达到稳定后 (　 ) A.h中的气体内能增加 B.f与g中的气体温度相等 C.f与h中的气体温度相等 D.f与h中的气体压强相等 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 解析：当电阻丝对f中的气体缓慢加热时，f中的气体内能增大，温度升高，根据理想气体状态方程可知f中的气体压强增大，会缓慢推动左边活塞，则弹簧被压缩，与此同时弹簧对右边活塞有弹力作用，缓慢向右推动右边活塞，故活塞对h中的气体做正功，因为是绝热过程，由热力学第一定律可知，h中的气体内能增加，A正确；未加热前，三部分中气体的温度、体积、压强均相等，当系统稳定时，活塞受力平衡，可知弹簧处于压缩状态，对左边活塞分析pfS=F弹+pgS， 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 则pf>pg，分别对f、g内的气体分析，根据理想气体状态方程有==，由题意可知，因弹簧被压缩，则Vf>Vg，联立可得Tf>Tg，B错误；在达到稳定过程中，h中的气体体积变小，压强变大，f中的气体体积变大，由于稳定时弹簧保持平衡状态，故稳定时f、h中的气体压强相等，根据理想气体状态方程对h中的气体分析可知=，联立可得Tf>Th，C错误，D正确。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 9.(多选)如图，两端开口、下端连通的导热汽缸，用两个轻质绝热活塞(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强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 (　 ) 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 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，理想气体的内能增大 D.整个过程，理想气体向外界释放的热量小于(p0S1h+mgh) √ √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 解析：整个过程中右边活塞的位置始终不变，外力F不做功，A错误；整个过程中系统的温度不变，所以一定质量的理想气体的分子平均动能不变，内能不变，B正确，C错误；当左边活塞到达B位置时汽缸内气体的压强最大，最大压强p=+p0，所以外界对气体做的功小于p0S1h+mgh，由于内能不变，故理想气体向外界释放的热量小于(p0S1h+mgh)，D正确。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 10.(2024·海南高考)(多选)一定质量的理想气体从状态a开始经ab、bc、ca三个过程回到原状态，已知ab垂直于T轴，bc延长线过O点，下列说法正确的是 (　 ) A.bc过程外界对气体做功 B.ca过程气体压强不变 C.ab过程气体放出热量 D.ca过程气体内能减小 √ √ 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 解析： bc过程体积减小，外界对气体做功，故A正确；由理想气体状态方程=C，整理可得V=·T，可知V-T图像上某点与原点连线的斜率越大，该点的压强越小，故pa<pb=pc，可知ca过程气体压强减小，故B错误；ab过程为等温变化，内能不变，故ΔU=0，体积减小，外界对气体做功，故W>0，根据热力学第一定律ΔU=Q+W，可得Q<0，故ab过程气体放出热量，故C正确；ca过程温度升高，内能增大，故D错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 11.(8分)如图所示，有人设计了这样一台“永动机”：距地面一定高度架设一个水槽，水从槽底的管中流出，冲击一个水轮机，水轮机的轴上安装一个抽水机和一个砂轮。他指望抽水机把地面水槽里的水抽上去，这样循环不已，机器不停地转动，就可以永久地用砂轮磨制工件做功了。请你分析一下，高处水槽中水的 势能转变成哪几种形式的能，说明这个机器是否 能够永远运动下去。 答案：见解析 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 解析：取顶部水槽中流出的水为研究对象，在其从顶部水槽中流出至底部水槽的过程中，它的重力势能一部分转化为自身的动能，一部分转化为水轮机、抽水机、砂轮的动能，一部分转化为砂轮和工件的内能，还有一部分转化为抽水机抽上的水的重力势能。由能的转化和守恒定律知，抽水机抽上的水的重力势能必然小于流下的水的重力势能，如果上抽的水管的横截面积大于或等于下流的水管的横截面积，则根本不可能将底部水槽中的水抽至顶部水槽，即使上抽水管的横截 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 面积小于下流水管的横截面积也不一定能将水抽上去，如果上抽水管比下流水管细很多且能够将底部水槽中的水抽至顶部水槽，则相等时间里抽上去的水也要比流下的水的质量小得多，最后顶部水槽中的水很快就会流光。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 12.(15分)(2025·浙江1月选考)如图所示，导热良好、带有吸管的瓶子，通过瓶塞密闭T1 = 300 K、体积V1 =1×103 cm3 处于状态1的理想气体，管内水面与瓶内水面高度差h=10 cm。将瓶子放进T2=303 K的恒温水中，瓶塞无摩擦地缓慢上升恰好停在瓶口，h保持不变，气体达到状态2，此时锁定瓶塞，再缓慢地从吸管中吸走部分水后，管内和瓶内水面等高，气体达到状态3。已知从状态2到状态 3，气体对外做功1.02 J；从状态1到状态3，气体吸收热量 4.56 J；大气压强p0 = 1.0×105 Pa，水的密度ρ=1.0 × 103kg/m3，重力加速度g取10 m/s2；忽略表面张力和水 蒸气对压强的影响。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 (1)从状态2到状态3，气体分子平均速率_________ (选填“增大”“不变”或“减小”)，单位时间撞击单位面积瓶壁的分子数_________ (选填“增大”“不变”或“减小”)；(3分)  不变 减小 解析：从状态2到状态3，温度保持不变，则气体分子平均速率不变。气体达到状态3时，管内和瓶内水面等高，则气体压强减小，故单位时间撞击单位面积瓶壁的分子数减小。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 (2)求气体在状态3的体积V3；(6分) 答案： 1.020 1 × 103 cm3 解析：气体从状态1到状态2的过程，由盖-吕萨克定律= 解得V2=1.01×103 cm3 此时气体压强为p2=p1=p0+ρgh=1.01×105 Pa 气体从状态2到状态3的过程，由玻意耳定律p2V2=p3V3 其中p3=p0 代入数据解得V3=1.020 1×103 cm3。 1 5 6 7 8 9 10 11 12 2 3 4 (3)求从状态1到状态3气体内能的改变量ΔU。(6分) 答案：2.53 J 解析：从状态1到状态2的过程中，气体对外做功为W1=p1(V2-V1)=1.01 J 由热力学第一定律ΔU=Q-(W1+W2) 代入数据解得ΔU=2.53 J。 本课结束 更多精彩内容请登录：www.zghkt.cn $