第3章 热力学定律 章末整合提升 体系构建 素养提升（学用word）-【优学精讲】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册（人教版）

该高中物理讲义通过思维导图系统梳理热力学定律与气体状态图像、实验定律的综合应用知识体系，用表格归纳“热力学第一定律和气体实验定律综合问题解题思路”，按“基础应用-科技实践”递进呈现典例，清晰展现重难点内在联系。 讲义亮点在于结合高考真题设计分层练习，如2023浙江选考报警装置题、2024贵州高考水火箭题，通过“教你审题”引导信息提取，培养科学思维与模型建构能力。规范解答步骤助力基础薄弱学生掌握方法，真实情境题提升优秀学生应用能力，为教师精准教学提供支持。

章末整合提升 【体系构建】 ①吸热　②放热　③始末　④自身状态　⑤ΔU=W　 ⑥高温物体　⑦低温物体　⑧内能变化　⑨ΔU=Q　⑩转化 ⑪转移　⑫做功　⑬传热　⑭ΔU=Q＋W　⑮能量守恒定律 ⑯不可逆的　⑰自发地　⑱方向性　⑲不可能 章末整合提升 【素养提升】 【典例1】　C　气体在a→b过程中体积增大，气体对外做功，在b→c过程中体积增大，气体对外做功，根据p－V图像与横轴所围的面积表示做的功可知，在这两个过程中气体对外做的功相等，选项A错误；气体在a→b过程中体积增大，气体对外做功，由理想气体状态方程可知，a、b两个状态温度相等，内能不变，由热力学第一定律可知吸收的热量等于气体对外做的功；气体在b→c过程中体积增大，气体对外做功，由理想气体状态方程可知，c状态的温度高于b状态的温度，内能增加，由热力学第一定律可知吸收的热量等于气体对外做的功与内能增加量之和，即气体在a→b过程中吸收的热量小于气体在b→c过程中吸收的热量，选项B错误；气体在c→a的过程中，体积减小，温度降低，外界对气体做功，内能减小，根据热力学第一定律，外界对气体做的功小于气体放出的热量，选项C正确；由理想气体状态方程可知，a、b两个状态温度相等，内能相等，所以气体在c→a的过程中内能的减少量等于气体在b→c过程中内能的增加量，选项D错误。 【典例2】　（1）330 K　（2）1.1×105 Pa　（3）188 J 解析：（1）根据题意可知，气体由状态A变化到状态B的过程中，封闭气体的压强不变，则有 = 解得TB=TA=330 K。 （2）从状态A到状态B的过程中，活塞缓慢上升，则pBS=p0S＋mg 解得pB=1×105 Pa 根据题意可知，气体由状态B变化到状态C的过程中，气体的体积不变，则有 = 解得pC=pB=1.1×105 Pa。 （3）从状态A到状态C的过程中外界对气体做的功为W=－pBSd=－30 J 由热力学第一定律有ΔU=W＋Q 解得Q=ΔU－W=188 J。 【典例3】　（1）3V0　（2）　（3）吸热 解析：（1）设充入的气体在该室温环境下压强为p0时的体积为V，充气过程中气体温度不变，则有p0V0＋p0V=4p0V0 解得V=3V0。 （2）容器内气体从状态M变化到状态N，由理想气体的状态方程可得= 得=。 （3）由p－V图像与横坐标轴所围面积表示气体做功可知，从M到N的过程对外做功更多，N和N′都是从M状态变化而来，应该相同，可得TN＞TN′ 可知从M到N的过程内能降低的更少。由热力学第一定律ΔU=Q＋W可知，从M到N′的过程绝热，内能降低等于对外做功；从M到N的过程对外做功更多，内能降低反而更少，则气体必然吸热。 学科网（北京）股份有限公司 $ 　　热力学定律与人们的日常生产、生活息息相关，相关题型中与气体状态图像和气体实验定律结合的问题也比较典型和常见，下面分别简要介绍。 一、热力学第一定律与气体状态图像的综合应用 【典例1】　（2020·山东高考6题）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p-V图像如图所示。已知三个状态的坐标分别为a（V0，2p0）、b（2V0，p0）、c（3V0，2p0）。以下判断正确的是（　　） A.气体在a→b过程中对外界做的功小于在b→c过程中对外界做的功 B.气体在a→b过程中从外界吸收的热量大于在b→c过程中从外界吸收的热量 C.在c→a过程中，外界对气体做的功小于气体向外界放出的热量 D.气体在c→a过程中内能的减少量大于b→c过程中内能的增加量 尝试解答　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 二、热力学第一定律与气体实验定律的综合应用 【典例2】　（2023·浙江1月选考19题）某探究小组设计了一个报警装置，其原理如图所示。在竖直放置的圆柱形容器内用面积S＝100 cm2、质量m＝1 kg的活塞密封一定质量的理想气体，活塞能无摩擦滑动。开始时气体处于温度TA＝300 K、活塞与容器底的距离h0＝30 cm的状态A。环境温度升高时容器内气体被加热，活塞缓慢上升d＝3 cm恰好到达容器内的卡口处，此时气体达到状态B。活塞保持不动，气体被继续加热至温度TC＝363 K的状态C时触动报警器。从状态A到状态C的过程中气体内能增加了ΔU＝158 J。取大气压p0＝0.99×105 Pa，重力加速度g取10 m/s2，求气体 （1）在状态B的温度； （2）在状态C的压强； （3）由状态A到状态C过程中从外界吸收热量Q。 尝试解答 方法技巧 热力学第一定律和气体实验定律综合问题解题思路 三、热力学定律在科技中的应用 【典例3】　（2024·贵州高考13题）制作水火箭是青少年科技活动的常见项目之一。某研究小组为了探究水火箭在充气与喷水过程中气体的热学规律，把水火箭的塑料容器竖直固定，其中A、C分别是塑料容器的充气口、喷水口，B是气压计，如图a所示。在室温环境下，容器内装入一定质量的水，此时容器内的气体体积为V0，压强为p0，现缓慢充气后压强变为4p0，不计容器的容积变化。 （1）设充气过程中气体温度不变，求充入的气体在该室温环境下压强为p0时的体积。 （2）打开喷水口阀门，喷出一部分水后关闭阀门，容器内气体从状态M变化到状态N，其压强p与体积V的变化关系如图b中实线所示，已知气体在状态N时的体积为V1，压强为p1。求气体在状态N与状态M时的热力学温度之比。 （3）图b中虚线MN'是容器内气体在绝热（既不吸热也不放热）条件下压强p与体积V的变化关系图线，试判断气体在图b中沿实线从M到N的过程是吸热还是放热。（不需要说明理由） 尝试解答 【典例4】　（2023·浙江6月选考17题）（10分）如图所示，导热良好的固定直立圆筒内用面积S＝100 cm2、质量m＝1 kg的活塞封闭一定质量的理想气体，活塞能无摩擦滑动。圆筒与温度300 K的热源接触，平衡时圆筒内气体处于状态A，其体积VA＝600 cm3。缓慢推动活塞使气体达到状态B，此时体积VB＝500 cm3。固定活塞，升高热源温度，气体达到状态C，此时压强pC＝1.4×105 Pa。已知从状态A到状态C，气体从外界吸收热量Q＝14 J；从状态B到状态C，气体内能增加ΔU＝25 J；大气压p0＝1.01×105 Pa。 （1）气体从状态A到状态B，其分子平均动能　　　　（选填“增大”“减小”或“不变”），圆筒内壁单位面积受到的压力　　　　（选填“增大”“减小”或“不变”）； （2）求气体在状态C的温度TC； （3）求气体从状态A到状态B过程中外界对系统做的功W。 【教你审题】——提升破题能力 信息读取 信息加工 ①导热良好的固定直立圆筒内用面积S＝100 cm2，质量m＝1 kg的活塞封闭一定质量的理想气体，活塞能无摩擦滑动 活塞导热良好说明系统内外热传导迅速，气体与热源温度相同；封闭气体质量一定，符合气体实验定律条件之一；活塞不计摩擦——轻质活塞模型建立 ②缓慢推动活塞使气体达到状态B 活塞缓慢移动确保压缩过程气体温度基本不变，过程符合玻意耳定律 ③固定活塞，升高热源温度，气体达到状态C 气体体积不变，等容升温增压，过程符合查理定律 【答案】　（1）不变　增大　（2）350 K　 （3）11 J 【规范解答】　（1）气体从状态A到状态B温度不变，分子平均动能不变（1分） 体积减小，由玻意耳定律可得气体压强增大，则圆筒内壁单位面积受到的压力增大。（1分） （2）气体处于状态A时，对活塞受力分析，有pAS＋mg＝p0S（1分） 解得pA＝1×105 Pa（1分） 气体从状态A到状态B发生等温压缩变化，由玻意耳定律有 pAVA＝pBVB（1分） 解得pB＝1.2pA＝1.2×105 Pa（1分） 气体从状态B到状态C，发生等容变化，由查理定律有＝（1分） 解得TC＝350 K。（1分） （3）气体从状态B到状态C，外界对气体不做功，所以W等于气体从状态A到状态C外界对气体做的功，由（1）问分析可知，从A到C内能的变化量等于从B到C内能的变化量，从A到C由热力学第一定律有ΔU＝W＋Q，（1分） 解得W＝11 J。（1分） 4 / 4 学科网（北京）股份有限公司 $