第3章 专题提升课2 热力学定律与气体实验定律的综合（Word教参）-【学霸笔记·同步精讲】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册（鲁科版）

本讲义聚焦热力学定律与气体实验定律的综合应用，系统梳理内能变化分析、做功与体积关系、绝热条件下热传递等基础，结合p-V、p-T、V-T、T-V图像分析及气体实验定律，构建知识脉络与学习支架。 资料通过多角度图像分析（如p-V等温膨胀、p-T循环过程）和高考真题（广东卷、海南卷等）实例，培养科学思维中的模型建构与科学推理能力，结合气泡上浮、飞艇气体变化等情境深化物理观念。课中辅助教师教学，课后助力学生巩固知识、查漏补缺。

专题提升课2　热力学定律与气体实验定律的综合 微专题一　热力学第一定律与图像的综合 1．内能的变化都要用热力学第一定律进行综合分析。 2．做功情况看气体的体积：体积增大，气体对外界做功，W为负；体积减小，外界对气体做功，W为正。 3．与外界绝热，则不发生热传递，此时Q＝0。 4．如果研究对象是理想气体，因为理想气体忽略分子势能，所以当它的内能变化时，体现在分子动能的变化上，从宏观上看就是温度发生了变化。 角度1　p－V图像与热力学第一定律 　(2023·广东卷，T13)在驻波声场作用下，水中小气泡周围液体的压强会发生周期性变化，使小气泡周期性膨胀和收缩，气泡内气体可视为质量不变的理想气体，其膨胀和收缩过程可简化为如图所示的p－V图像，气泡内气体先从压强为p0、体积为V0、温度为T0的状态A等温膨胀到体积为5V0、压强为pB的状态B，然后从状态B绝热收缩到体积为V0、压强为1.9p0、温度为TC的状态C，B到C过程中外界对气体做功为W。已知p0、V0、T0和W。求： (1)pB的表达式； (2)TC的表达式； (3)B到C过程，气泡内气体的内能变化量。 [解析]　(1)由题可知，根据玻意耳定律可得 pAVA＝pBVB 解得pB＝p0。 (2)根据理想气体状态方程可知＝ 解得TC＝1.9T0。 (3)由热力学第一定律可知ΔU＝W＋Q 其中Q＝0，故气体内能增加ΔU＝W。 [答案]　(1)pB＝p0　(2)TC＝1.9T0　(3)W 角度2　p－T图像与热力学第一定律 　(多选)一定质量的理想气体在状态a→状态b→状态c→状态a的循环过程中，气体压强p随热力学温度T变化的关系如图所示。ab的延长线过坐标原点，bc平行于p轴，下列说法正确的是(　　) A．气体在状态a时的内能最大 B．状态a→状态b，气体分子数密度增大 C．状态b→状态c，气体向外界放热 D．状态c→状态a，气体对外界做的功大于气体吸收的热量 [解析]　一定质量的理想气体的内能只与温度有关，由题图知状态a温度最高，所以气体在状态a时的内能最大，故A正确；在ab过程中气体体积不变，气体不对外界做功，外界也不对气体做功，气体分子数密度不变，故B错误；在bc过程中气体温度不变，内能不变，压强增大，体积减小，外界对气体做功，气体向外放出热量，故C正确；在ca过程中气体温度升高，内能增大，压强减小，体积增大，所以气体对外界做功，根据热力学第一定律可得，气体对外界做的功小于气体吸收的热量，故D错误。 [答案]　AC 角度3　V－T图像与热力学第一定律 　(多选)(2024·海南卷，T11)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 [解析]　由理想气体状态方程＝C，可得V＝·T，由题图可知，图像的斜率越大，压强越小，故pa＜pb＝pc，bc过程为等压变化，体积减小，外界对气体做功，故A正确；由上述分析可知，ca过程压强减小，故B错误；ab过程为等温变化，气体内能不变，故ΔU＝0，体积减小，外界对气体做功，W＞0，根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W，解得Q＜0，故ab过程气体放出热量，故C正确；ca过程，温度升高，气体内能增大，故D错误。 [答案]　AC 角度4　T－V图像与热力学第一定律 　(多选)如图所示，一定质量的理想气体从状态a开始，经历过程①、②、③、④到达状态e。对此气体，下列说法正确的是(　　) A．过程①中气体的压强逐渐增大 B．过程②中气体对外界做功 C．过程④中气体从外界吸收了热量 D．状态c、d的内能不相等 [解析]　过程①是等容变化，气体温度升高，由查理定律可知压强增大，A正确；过程②中，气体体积增大，对外做功，B正确；过程④是等容变化，气体对外不做功，温度降低，内能减少，由热力学第一定律知，放出热量，C错误；过程③是等温变化，温度不变，故状态c、d的内能相等，D错误。 [答案]　AB 微专题二　热力学第一定律与气体实验定律的结合 　(2024·北京卷，T3)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 [解析]　上浮过程气泡内气体的温度不变，则内能不变，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，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C错误，D正确。 [答案]　D 　一定质量的某种理想气体初始温度T0＝400 K，压强p0＝1×105 Pa，体积为V0。经等容变化放出400 J热量，温度降低到T1＝300 K；若经等压变化，则需要放出600 J的热量才能使温度降低到300 K。求： (1)等压过程中外界对气体做的功W； (2)初始状态下气体的体积V0。 [解析]　(1)等容过程中，气体做功为零 即ΔU＝Q1＝－400 J 等压过程中，内能变化量与等容过程相等均减小400 J，又放出600 J热量，则W＝ΔU－Q2＝200 J。 (2)根据等压变化可得＝，W＝p0(V0－V1) 联立解得V0＝8 L。 [答案]　(1)200 J　(2)8 L 　(2024·湖北卷，T13)如图所示，在竖直放置、开口向上的圆柱形容器内用质量为m的活塞密封一部分理想气体，活塞横截面积为S，能无摩擦地滑动。初始时容器内气体的温度为T0，气柱的高度为h。当容器内气体从外界吸收一定热量后，活塞缓慢上升h再次平衡。已知容器内气体内能变化量ΔU与温度变化量ΔT的关系式为ΔU＝CΔT，C为已知常量，大气压强恒为p0，重力加速度大小为g，所有温度为热力学温度。求： (1)再次平衡时容器内气体的温度； (2)此过程中容器内气体吸收的热量。 [解析]　(1)气体进行等压变化，则由盖-吕萨克定律得＝，即＝，解得T1＝T0。 (2)此过程中气体内能增加ΔU＝CΔT＝CT0，外界对气体做功，W＝－pSΔh＝－h(p0S＋mg)，此过程中容器内气体吸收的热量Q＝ΔU－W＝h(p0S＋mg)＋CT0。 [答案]　(1)T0　(2)h(p0S＋mg)＋CT0 1.(热力学第一定律与图像的综合)(多选)(2024·新课标卷，T21)如图，一定量理想气体的循环由下面4个过程组成：1→2为绝热过程(过程中气体不与外界交换热量)，2→3为等压过程，3→4为绝热过程，4→1为等容过程。上述四个过程是四冲程柴油机工作循环的主要过程。下列说法正确的是(　　) A．1→2过程中，气体内能增加 B．2→3过程中，气体向外放热 C．3→4过程中，气体内能不变 D．4→1过程中，气体向外放热 解析：选AD。1→2为绝热过程，气体体积减小，外界对气体做功，根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知内能增加，故A正确；2→3为等压过程，根据盖—吕萨克定律可知，气体体积增大时温度增加，内能增大，气体对外界做功，W＜0，故气体吸收热量，故B错误；3→4为绝热过程，此时气体体积增大，气体对外界做功，W＜0，根据热力学第一定律可知气体内能减小，故C错误；4→1为等容过程，根据查理定律可知压强减小时温度减小，故内能减小，由于体积不变，W＝0，可知气体向外放热，故D正确。 2.(热力学第一定律与图像的综合)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 解析：选A。理想气体从状态a变化到状态b，体积增大，理想气体对外界做正功，A正确；由题图可知V＝V0＋kT，根据理想气体的状态方程＝C，联立有p＝，可看出T增大，p增大，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，由选项A、D可知，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。 3．(热力学第一定律与气体实验定律的综合)2025年5月1日“祥云AS700载人飞艇山东首次试飞展示活动”在济南市正式启动。若在飞艇某段上升过程中，艇内气体温度降低，体积和质量视为不变，则艇内气体(视为理想气体)(　　) A．吸收热量 B．压强增大 C．内能减小 D．对外做负功 解析：选C。由于飞艇上升过程中体积和质量均不变，则艇内气体不做功；根据＝C可知温度降低，则艇内气体压强减小，气体内能减小；又根据ΔU＝W＋Q可知气体放出热量。 4．(热力学第一定律与气体实验定律的综合)(2024·重庆卷，T3)某救生手环主要由高压气囊密闭，气囊内视为理想气体，密闭气囊与人一起上浮的过程中，若气囊内气体温度不变，体积增大，则(　　) A．外界对气囊内气体做正功 B．气囊内气体压强增大 C．气囊内气体内能增大 D．气囊内气体从外界吸热 解析：选D。气囊上浮过程，密闭气体温度不变，由玻意耳定律pV＝C可知，体积增大，则压强减小，气体对外做功，故A、B错误；气体温度不变，内能不变，气体对外做功，W<0，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W，知Q>0，则气体需要从外界吸热，故C错误，D正确。 学科网（北京）股份有限公司 $