第3章 2.热力学第一定律 3.能量守恒定律-【优学精讲】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册教用课件（人教版）

该高中物理课件围绕热力学第一定律及能量守恒定律展开，通过“物体放热温度不变”等情境问题导入，衔接改变内能的两种方式，构建从概念理解到定量应用的学习支架，帮助学生梳理知识脉络。 其亮点在于情境化设计（如火力发电能量转化分析）与科学推理结合，通过汽缸加热计算等例题培养科学思维，素养培优环节（太阳辐射能转化计算）强化物理观念。学生能深化理解并解决实际问题，教师可依托结构化内容提升教学效率。

2.热力学第一定律　3.能量守恒定律 1.理解掌握热力学第一定律，能解释生活中能量的转化、转移问题。 2.理解能量守恒定律是自然界普遍遵循的基本规律，会用能量守恒定律分析有关问题。 3.知道第一类永动机是不可能实现的。 学习目标 01 知识点一 热力学第一定律及其应用 02 知识点二 能量守恒定律　永动机不可能制成 03 素养培优 目 录 04 随堂演练 05 课时作业 01 PART 知识点一 热力学第一定律及其应用 目 录 　情境：物体在放热的同时保持温度不变。 问题：（1）怎样才能使物体在放热的同时保持温度不变？ 提示：外界对物体所做功等于物体放出的热量，物体内能不变，温度保持 不变。 物理·选择性必修第三册 目 录 （2）如果在物体吸热的同时对物体做功，物体的温度会如何变化？ 提示：物体吸热内能增加，如果同时对物体做功物体内能也会增加，因 此，物体的温度会升高很快。 物理·选择性必修第三册 目 录 1. 改变内能的两种方式： 与 ，两者对改变系统的内能 是 ⁠。 2. 热力学第一定律 （1）内容：一个热力学系统的内能变化量等于外界向它传递的 ⁠ 与外界对它所做的功的和。 做功　 传热　 等价的　 （2）表达式：ΔU＝ ⁠。 热量　 Q＋W　 物理·选择性必修第三册 目 录 3. 正负号的规定 （1）W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。（均选填“正”或“负”） （2）Q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。（均选填“正”或“负”） 【易错辨析】 （1）对物体做功，物体的内能可能减小。 （　√　） 正　 负　 正　 负　 （2）一定质量的理想气体体积减小，内能一定增加。 （　×　） √ × 物理·选择性必修第三册 目 录 1. 对热力学第一定律的理解 （1）热力学第一定律不仅反映了做功和传热这两种改变内能的过程是等 价的，而且给出了内能的变化量和做功与传热之间的定量关系。 （2）表达式ΔU＝Q＋W是标量式。 （3）应用时各量的单位应统一为国际单位焦耳。 物理·选择性必修第三册 目 录 2. 判断气体是否做功的方法 一般情况下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。 （3）在等压变化过程中，做功可用W＝pΔV计算。 物理·选择性必修第三册 目 录 3. 几种特殊情况 （1）绝热过程：Q＝0，则ΔU＝W，物体内能的增加量等于外界对物体做 的功。 （2）等容过程：该过程中不做功，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）等温过程：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）。 物理·选择性必修第三册 目 录 【例1】　（热力学第一定律）如图所示，内壁光滑的绝热汽缸固定在水 平面上，其右端由于有挡板，厚度不计的绝热活塞不能离开汽缸，汽缸内 封闭着一定质量的理想气体，活塞距汽缸右端的距离为0.2 m。现对封闭 气体加热，使活塞缓慢移动，一段时间后停止加热，此时封闭气体的压强 变为2×105 Pa。已知活塞的横截面积为0.04 m2，外部大气压强为1×105 Pa，加热过程中封闭气体吸收的热量为2 000 J，则封闭气体的内能变化量 为（　　） A. 400 J B. 1 200 J C. 2 000 J D. 2 800 J √ 物理·选择性必修第三册 目 录 解析：气体先等压变化，到活塞运动到挡板处后再发生等容变化，等压变 化过程气体对外做功，做功为W＝－p0Sx＝－1×105×0.04×0.2 J＝－800 J，由热力学第一定律可知，封闭气体的内能变化量为ΔU＝W＋Q＝（－ 800＋2 000）J＝1 200 J，故B正确。 物理·选择性必修第三册 目 录 方法技巧 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）根据符号法则写出各已知量（W、Q、ΔU）的正负。 （3）根据方程ΔU＝W＋Q求出未知量。 （4）再根据未知量结果的正负来确定吸热、放热情况或做功情况。 物理·选择性必修第三册 目 录 1. 一定质量的气体在某一过程中，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＝2×104 J D. W＝－8×104 J，ΔU＝－1.2×105 J，Q＝－4×104 J 解析：　外界对气体做功，W取正值，即W＝8×104 J；气体内能减少， ΔU取负值，即ΔU＝－1.2×105 J；根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W，可知 Q＝ΔU－W＝－1.2×105 J－8×104 J＝－2×105 J，选项B正确。 √ 物理·选择性必修第三册 目 录 2. 一定质量的理想气体在某过程中，从外界吸收热量30 J，同时对外界做 功20 J，关于该气体在此过程中的内能变化量ΔU，说法正确的是（　　） A. ΔU＝＋10 J B. ΔU＝＋50 J C. ΔU＝－10 J D. ΔU＝－50 J 解析：　根据ΔU＝Q＋W，吸收热量使其内能增大，对外界做功使其内 能减小，则ΔU＝＋10 J，故选A。 √ 物理·选择性必修第三册 目 录 02 PART 知识点二 能量守恒定律　永动机不可能制成 目 录 情境：如图所示，为火力发电和水力发电场景。 问题：在火力发电和水力发电过程中能量是怎么转化的？这些损失的能量 最终去了哪里？请写出你的结论。 物理·选择性必修第三册 目 录 提示：火力发电是化学能转化为内能，内能转化为机械能，机械能转化为 电能。损失的能量主要是通过传热的方式转化为设备的内能。 水力发电过程中水的机械能转化为水轮机的机械能，水轮机的机械能转化 为电能。损失的能量通过摩擦生热的方式转化为各零件的内能。 物理·选择性必修第三册 目 录 1. 能量守恒定律 能量既不会凭空 ，也不会凭空 ，它只能从一种形式 ⁠ 为其他形式，或者从一个物体 到别的物体，在转化或转移的 过程中，能量的总量 ⁠。 产生　 消失　 转 化　 转移　 保持不变　 2. 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，却能不断地 ⁠ 的机器。 （2）第一类永动机由于违背了 ，所以不可能制成。 对外做功　 能量守恒定律　 物理·选择性必修第三册 目 录 【易错辨析】 （1）某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加。 （　√　） （2）石子从空中落下，最后静止在地面上，说明机械能消失了。 （　×　） （3）某个物体的能减少，必然有其他物体的能增加。 （　√　） √ × √ 物理·选择性必修第三册 目 录 1. 能量守恒定律的理解 （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）各种形式的能可以相互转化，例如：利用电炉取暖或电壶烧水，电 能转化为内能；煤的燃烧，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。 （3）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，它适用于任何物理现象和物理过程，是一切自然现象都遵守的基本 规律。 物理·选择性必修第三册 目 录 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。 物理·选择性必修第三册 目 录 【例2】　（能量转化和守恒）某同学想要估测每秒钟太阳辐射到地球表 面上的能量，他用一个横截面积为S＝3.2 dm2的保温圆筒，筒内装有质量 为m＝0.4 kg的水，让太阳光垂直照射t＝3 min，水升高的温度Δt＝2.2 ℃，已知水的比热容c＝4.2×103 J/（kg·℃），地球半径为R＝6 400 km， 试估算出太阳向地球表面辐射能量的功率。（提示：Q＝cmΔt） 答案：8.3×1016 W 物理·选择性必修第三册 目 录 解析：太阳辐射到水中的能量Q＝cmΔt＝4.2×103×0.4×2.2 J≈3.7×103 J，则太阳在3 min内向地球表面辐射的能量Q总＝·πR2＝×3.14× （6 400×103）2J≈1.49×1019 J，则辐射功率P＝＝ W≈8.3×1016 W。 物理·选择性必修第三册 目 录 1. 〔多选〕下列对能量守恒定律的认识正确的是（　　） A. 某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加 B. 某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加 C. 不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——第一类永动机是不可 能制成的 D. 石子从空中落下，最后停止在地面上，说明机械能消失了 √ √ √ 物理·选择性必修第三册 目 录 解析：不同形式的能量在相互转化的过程中，能量是守恒的，A正确；能量在不同的物体间发生转移，转移过程中能量是守恒的，B正确；第一类永动机不可能制成，它违背了能量守恒定律，C正确；石子的机械能在变化，比如受空气阻力作用和与地面碰撞，机械能减少，转化成了其他形式的能量，D错误。 物理·选择性必修第三册 目 录 2. （2024·丽水高二期末）在高h＝0.8 m的光滑水平桌面上放着一个质量M ＝2 kg的木块，一颗质量m＝10 g的铅弹从水平方向射中木块，把木块打落 在地面上，落地点与桌边的水平距离s＝0.4 m。铅弹射中木块后留在木块 内，铅的比热容c＝1.3×102 J/（kg·℃），g＝10 m/s2。设增加的内能有η ＝60％，使铅弹温度升高，则铅弹升高的温度为（　　） A. 93 ℃ B. 92 ℃ C. 90 ℃ D. 91 ℃ √ 物理·选择性必修第三册 目 录 解析：　铅弹射中木块后与木块一起做平抛运动的初速度为v＝＝1 m/s，根据动量守恒定律可得mv0＝（m＋M）v，可得铅弹射入木块时速度 为v0＝v＝2.01×102 m/s，系统损失的机械能为ΔE＝m－（m＋ M）v2＝2.01×102 J，系统损失的机械能转化为系统增加的内能，则Δt＝ ＝93 ℃。故选A。 物理·选择性必修第三册 目 录 03 PART 素养培优 目 录 太阳辐射能转化为水的内能的计算——能量守恒定律的应用 太阳辐射能转化为水的内能遵循能量守恒定律，即总能量在转化过程中保 持不变。 1. 能量转化：E太阳辐射＝E水吸收＋E损耗，E损耗包括反射、热散失等未被水吸 收的能量。 2. 太阳辐射总能量：E太阳辐射＝P·A·t，P为太阳辐射强度（单位： W/m2），A为受照面积（m2），t为照射时间（s）。 3. 水吸收的有效能量：E水吸收＝ηE太阳辐射，η为吸收效率。 4. 水升高温度计算：Q＝cmΔt，Δt＝＝，c＝4.2×103 J/（kg·℃） 为水的比热容，m为水的质量（kg）。 物理·选择性必修第三册 目 录 【典例1】　太阳辐射强度为800 W/m2，垂直照射一个5 m2的圆形水池，持 续3小时。若能量转化效率为30％，水的质量为1 000 kg，求水升高的温 度。[水的比热容c＝4.2×103 J/（kg·℃）] 答案：3.09 ℃ 解析：计算太阳辐射总能量 E太阳辐射＝P·A·t＝800×5×3×3 600 J＝4.32×107 J 水吸收的有效能量 E水吸收＝ηE太阳辐射＝30％×4.32×107 J＝1.296×107 J 水升高的温度 Δt＝＝＝ s＝3.09 ℃。 物理·选择性必修第三册 目 录 【典例2】　经验表明，自制家用太阳能热水器——晒水箱的效率可达到 50％。已知在地球表面晴天时垂直于阳光的表面接收到的热辐射强度为 1.26×103 J/（m2 ·s），如果晒水箱内有水40 kg，晒水箱接收阳光垂直照 的面积始终是1.5 m2，请计算要使水温上升30 ℃需要多长时间？ 答案：5.33×103 s 物理·选择性必修第三册 目 录 解析：要使水温上升30 ℃，吸收的热量 Q吸＝cmΔt＝4.2×103×40×30 J＝5.04×106 J 由题意知 Q吸＝1.26×103×1.5×t×50％ 故所需时间 t＝＝ s＝5.33×103 s。 物理·选择性必修第三册 目 录 04 PART 随堂演练 目 录 1. （能量守恒定律　永动机不可能制成）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 √ 物理·选择性必修第三册 目 录 解析：　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；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；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，C、D错误。 物理·选择性必修第三册 目 录 2. （热力学第一定律及其应用）〔多选〕如图所示，汽缸和活塞与外界均 绝热，中间有一个固定的导热性良好的隔板，封闭着两部分气体，分别是 A和B，活塞处于平衡状态。现通过电热丝对气体A加热一段时间，后来活 塞达到新的平衡状态，不计气体分子势能，不计活塞与汽缸壁间的摩擦， 大气压强保持不变，则下列判断正确的是（　　） A. 气体A吸热，内能增加 B. 气体B吸热，对外做正功，内能不变 C. 气体A和气体B内每个分子的动能都增大 D. 气体B分子单位时间内对器壁单位面积碰撞的次数减少 √ √ 物理·选择性必修第三册 目 录 解析：对气体A加热时，气体A吸热，内能增加，故A正确；气体B做等压变化，温度升高，内能增大，体积增大，对外做正功，故B错误；气体A和气体B内分子的平均动能增大，但每个分子的动能不一定都增大，故C错误；由于气体B的体积增大，压强不变，温度升高，则气体B分子单位时间内对器壁单位面积碰撞的次数减少，故D正确。 物理·选择性必修第三册 目 录 3. （能量守恒定律）〔多选〕在最近几年的空调市场上出现一个新宠—— 变频空调，据专家介绍变频空调比定频空调节能，因为定频空调开机时就 等同于汽车启动时很耗能，是正常运行耗能的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，而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，探究以下说法中合理的是（　　） 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 √ √ 物理·选择性必修第三册 目 录 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理是效率高，C正确。 物理·选择性必修第三册 目 录 4. （热力学第一定律）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界做功，还是外界对气体做功？ 答案：气体对外界做功　 解析：由a状态变化到b状态，气体体积变大，因此气体对外界做功，W＜0。 物理·选择性必修第三册 目 录 （2）在变化过程中气体是吸热，还是向外放热？气体内能如何变化？ 答案：吸热，内能增加 解析：由p-V图像知从a状态变化到b状态，体积变大而压强不变，由盖－吕 萨克定律可知温度升高，故ΔU＞0。 由ΔU＝W＋Q 解得Q＞0，即气体吸热，内能增加。 物理·选择性必修第三册 目 录 课堂小结 物理·选择性必修第三册 目 录 05 PART 课时作业 目 录 知识点一　热力学第一定律及其应用 1. 一定质量的理想气体在某一过程中，外界对气体做功7.0×104 J，气体 内能减少1.3×105 J，则此过程（　　） A. 气体从外界吸收热量2.0×105 J B. 气体向外界放出热量2.0×105 J C. 气体从外界吸收热量6.0×104 J D. 气体向外界放出热量6.0×104 J 解析：　由热力学第一定律ΔU＝W＋Q得Q＝ΔU－W＝－2.0×105 J，故 气体向外界放出热量2.0×105 J，故选项A、C、D错误，选项B正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ 物理·选择性必修第三册 目 录 2. 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 解析：　因为该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，所以内能没有变化，ΔU＝0。根据热力学第一定律可知W1－W2＋Q1 －Q2＝ΔU＝0，即Q1－Q2＝W2－W1，故A正确。 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 物理·选择性必修第三册 目 录 3. 如图所示，容器内部有被隔板隔开的A、B两部分气体，A气体的密度 小，B气体的密度大。抽去隔板，加热气体，使两部分气体均匀混合。设 在此过程中气体吸热Q，气体内能的增加量为ΔU，则（　　） A. ΔU＝Q B. ΔU＜Q C. ΔU＞Q D. ΔU＝0 解析：抽去隔板，加热气体，使两部分气体均匀分布，其重心升高，气体对外做功，即W＜0，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W知ΔU＜Q，故选项B正确。 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 物理·选择性必修第三册 目 录 4. 〔多选〕如图所示，金属薄壁汽缸静止在水平地面上，内部封有一定质 量的理想气体，竖直向上的外力F作用于活塞，拉动活塞向上缓慢移动， 环境温度和压强不变，汽缸未离开地面，不计活塞与汽缸间的摩擦，活塞 向上运动的过程中（　　） A. 外界对气体做正功 B. 外力F逐渐增大 C. 气体从外界吸热 D. 汽缸内壁单位面积单位时间受到分子撞击次数减少 √ √ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 物理·选择性必修第三册 目 录 解析：活塞向上运动的过程中，气体体积变大，气体对外界做正功，A错误；由于活塞向上缓慢移动，气体温度始终与外界相同，即气体发生等温变化，气体内能不变，由热力学第一定律可知，气体从外界吸热，C正确；由理想气体状态方程＝C，可知气体等温膨胀，压强p减小，对活塞，由平衡条件可得F＋pS＝mg＋p0S，故外力F逐渐增大，B正确；由压强的微观意义可知，汽缸内壁单位面积单位时间受到分子撞击次数减少，D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 物理·选择性必修第三册 目 录 5. 〔多选〕如图所示，一定质量的理想气体从状态A依次经过状态B、C和 D后再回到状态A。其中，A→B和C→D为等温过程，B→C为等压过程， D→A为等容过程。关于该循环过程，下列说法正确的是（　　） A. A→B过程中，气体放出热量 B. C→D过程中，气体放出热量 C. B→C过程中，气体分子的平均动能减小 D. D→A过程中，气体内能减少 √ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 物理·选择性必修第三册 目 录 解析：因为A→B为等温过程，压强变大，体积变小，故外界对气体做功，温度不变，则内能不变，根据热力学第一定律可知，气体一定放出热量，故A正确；C→D为等温过程，压强减小，体积增大，则气体对外做功，温度不变，则内能不变，根据热力学第一定律可知，气体一定吸收热量，故B错误；因为B→C为等压过程，由于体积增大，由盖－吕萨克定律可知，气体温度升高，内能增加，故气体分子的平均动能增大，故C错误；D→A为等容过程，由于压强减小，由查理定律可知，温度降低，则内能减少，故D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 物理·选择性必修第三册 目 录 6. 将一定质量的天然气封闭在罐中，在使用过程中，罐内气体质量不断减 少，气体可视为理想气体，假设气体温度不变。则（　　） A. 罐内剩余气体的压强变大 B. 单位时间内撞击在罐单位面积上的分子数增多 C. 气体对外界做功，罐内剩余气体从外界吸收热量 D. 气体分子的平均速率增大，但不是每个分子的运动速率都增大 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 物理·选择性必修第三册 目 录 解析：　温度不变，气体分子运动的平均速率不变，气体质量减小，气 体分子分布的密集程度减小，则单位时间内撞击在罐单位面积上的分子数 减少，压强减小，A、B、D错误；漏气过程中，气体膨胀对外界做功，温 度不变，气体内能不变，根据ΔU＝W＋Q可知，罐内剩余气体从外界吸收 热量，C正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 物理·选择性必修第三册 目 录 知识点二　能量守恒定律　永动机不可能制成 7. 〔多选〕下列关于第一类永动机的说法正确的是（　　） A. 第一类永动机是不消耗任何能量却可源源不断地对外做功的机器 B. 第一类永动机在一定条件下是可以实现的 C. 第一类永动机不能制成的原因是技术问题 D. 第一类永动机不能制成的原因是违背了能量守恒定律 解析：第一类永动机是不消耗任何能量却能源源不断地对外做功的机器，这是人们的美好愿望，但它违背了能量守恒定律，这也是它不能制成的原因，故A、D正确。 √ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 物理·选择性必修第三册 目 录 8. 〔多选〕下列设想符合能量守恒定律的是（　　） A. 利用永久磁铁间的作用力，造一台永远转动的机械 B. 造一艘没有动力系统的船在水面上行驶 C. 通过太阳照射飞机，使飞机不带燃料也能飞行 D. 利用蓄电池打造现代版的“木牛流马”，在地面上行走 √ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 物理·选择性必修第三册 目 录 解析：永久磁铁间的作用力可以使机械转动起来，是磁场能转化为动能，但要使其持续运动，仍需从外界补充能量，这样的永动机不可能制成，故A不符合题意；若没有外界或自身提供的动力系统（例如风力、人力等），那么它无法获得动能，将不能在水面上行驶，故B不符合题意；在飞机上安装光能发电机，将光能转化为电能，再利用电能使飞机飞行，故C符合题意；蓄电池的电能转化为“木牛流马”的动能，使其行走，故D符合题意。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 物理·选择性必修第三册 目 录 9. 如图所示容器中，A、B各有一个可自由移动的轻活塞，活塞下方是 水，上方为空气，大气压强恒定。A、B底部由带有阀门K的管道相连，整 个装置与外界绝热。原先A中水面比B中高，打开阀门，使A中的水逐渐向 B中流，最后达到平衡。在此过程中，下列说法正确的是（　　） 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 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 物理·选择性必修第三册 目 录 解析：　由W＝p·S·Δh＝p·ΔV可知，大气压力对A、B中水做功的代数和 为零，但由于水的重心下降，重力势能减小，由能量守恒定律可知水的内 能增加，选项D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 物理·选择性必修第三册 目 录 10. 如图所示是某研究小组为了探究“鱼鳔的作用”所制作的装置。具体 制作方法如下：在大号“可乐瓶”中注入半瓶水，在一个小气球中放入几 枚硬币并充入少量空气（忽略气体的分子势能），将其装入“可乐瓶” 中。通过在水中放盐改变水的密度后，使气球恰好悬浮于水中，并拧紧瓶 盖。设初始时瓶中气体、水及外界大气的温度相同。当用手挤压“可乐 瓶”的上半部分时，下列说法正确的是（　　） A. 快速挤压时，瓶内气体压强变大 B. 快速挤压时，瓶内气体温度不变 C. 快速挤压时，瓶内气体体积不变 D. 缓慢挤压时，瓶内气体温度上升 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 物理·选择性必修第三册 目 录 解析：　快速挤压气体时，外界对它做功，来不及传热，由W＋Q＝ ΔU，可知瓶内气体内能增大，温度上升，体积变小，瓶内压强变大， A正确，B、C错误；缓慢挤压时，温度不变，体积变小，瓶内压强变 大，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 物理·选择性必修第三册 目 录 11. 如图所示，一定质量的理想气体被活塞封闭在可导热的汽缸内，活塞 可沿汽缸无摩擦地滑动。活塞横截面积S＝1.0×10－3 m2，质量m＝2 kg， 汽缸竖直放置时，活塞相对于底部的高度为h＝1.2 m，室温等于27 ℃；现 将汽缸置于77 ℃的热水中，已知大气压强p0＝1.0×105 Pa，g取10 m/s2。 （1）求平衡时活塞离汽缸底部的距离； 答案：1.4 m　 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 物理·选择性必修第三册 目 录 解析：设平衡时活塞距汽缸底部的距离为h2，取封闭气体为研究对 象，气体发生等压变化，由盖－吕萨克定律有＝ 解得h2＝1.4 m。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 物理·选择性必修第三册 目 录 （2）此过程中内部气体吸收热量28.8 J，求气体内能的变化量。 答案：4.8 J 解析：在此过程中外界对气体做负功 则W＝－pΔV＝－pS（h2－h） 其中p＝＋p0 由热力学第一定律有ΔU＝Q＋W 联立解得ΔU＝4.8 J。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 物理·选择性必修第三册 目 录 12. （粤教版P63例题）一天，小程浏览到了一则关于“节能电热水器”的 广告，对于广告中提到的“用一小时热水仅耗一度电”的宣传产生了怀 疑，如何验证这则广告的真实性？你能够利用所学知识进行判断吗？[水 的比热容c＝4.2 kJ/（kg·℃）] 答案：该广告为虚假广告。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 物理·选择性必修第三册 目 录 解析：根据能量守恒定律，如果电热水器提供的热量不足以提升水的温度 至有热感，则可判断广告是虚假广告。用一小时热水耗一度电，说明电热 水器的功率为 1 kW，即每秒提供W＝1 kJ的电功，而一般热水器出水量为 0.1 kg/s、按照水温提升10 ℃计算，则每秒流出的水所需吸收的热量为Q＝ cmΔt＝4.2×0.1×10 kJ＝4.2 kJ 显然Q＞W，故该广告为虚假广告。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 物理·选择性必修第三册 目 录 $