第十二章 热力学定律（复习课件）物理沪科版选择性必修第三册

该高中物理课件围绕热力学定律展开，系统涵盖物体的内能、能量转化与守恒、能量转化的方向性及总结练习，从微观分子动能势能切入，逐步过渡到宏观热力学定律，构建“微观-宏观”知识支架，帮助学生梳理内能决定因素、热力学第一定律、熵增原理等核心内容。 其亮点在于注重物理观念与科学思维培养，通过理想气体模型分析等温、绝热过程，结合电冰箱、热机效率等生活实例，深化能量观念与模型建构能力。练习题从基础辨析到综合应用，助力学生提升科学探究能力，教师可直接用于复习教学，有效提升学生对热力学知识的理解与应用能力。

热力学定律 高中物理选择性必修第三册 · 复习 1.7.2013 大家好，今天我们来系统复习高中物理选择性必修第三册中关于能量与热力学定律的核心内容。我们将从微观的内能出发，逐步深入到宏观的能量守恒，最终探索能量转化的深层规律。希望通过这次复习，大家能对这部分知识有更清晰、更全面的理解。 ‹#› 目录CONTENTS 01 物体的内能 微观世界的能量总和 02 能量的转化与守恒 宇宙的基本法则 03 能量转化的方向性 时间之矢与熵增原理 04 总结与练习 核心知识点回顾 1.7.2013 本次复习将分为四个部分。首先，我们将探讨“物体的内能”，理解其微观本质。接着，我们将学习“能量的转化与守恒”定律，这是自然界的基本法则。然后，我们会深入研究“能量转化的方向性”，了解热力学第二定律。最后，我们会通过总结和练习来巩固所学知识。 ‹#› 01 物体的内能 —— 微观世界的能量总和 内能的定义与微观构成 物体内部所有分子热运动的动能和分子间相互作用的势能的总和。物理学中通常用符号U表示。 ⚡ 分子动能 •来源：分子永不停息的无规则热运动。 •标志：温度是分子平均动能的唯一量度(温度越高，动能越大)。 🧲 分子势能 •来源：分子间相互作用的引力与斥力。 •宏观表现：与分子间距有关，即与物体的体积密切相关。 💡 微观视角：温度与运动 左侧为低温状态，分子运动相对平缓； 右侧为高温状态，分子运动剧烈，平均动能显著增大。 单个分子的动能无意义，讨论时需用“统计平均值”。 1.7.2013 我们首先进入第一部分：物体的内能。内能是什么？简单来说，它是物体内部所有微观粒子能量的总和。它由两部分构成：分子动能和分子势能。 分子动能，顾名思义，来自于分子永不停息的无规则热运动，而温度是衡量分子平均动能的唯一标准。右边的图就直观展示了温度越高，分子运动越剧烈。 同时，分子之间存在相互作用力，这就形成了分子势能，它与分子间的距离，也就是宏观上的体积有关。 ‹#› 内能的决定因素与易错点辨析 01 / 内能的三大决定因素 温度 (T) 决定分子平均动能，是内能最直观的体现 体积 (V) 影响分子间平均距离，决定分子势能大小 物质的量 (n) 决定分子总数，数量越多，总能量越大 02 / 易错点深度辨析 •一切物体皆有内能：分子永不停息的热运动和相互作用，决定了内能是物体固有的属性。 •同温不同能：温度仅代表平均动能。如1kg 100℃的水和1g 100℃的水蒸气，因质量和物态不同，内能迥异。 •微观与宏观的界限：内能描述微观粒子状态，与宏观的机械运动（机械能）无直接关联。 📊 图解：体积如何影响内能？ 右图展示了分子势能与分子间距的关系。当物体体积改变时，分子间距随之改变，分子间的引力和斥力做功，导致分子势能发生变化，最终影响物体的总内能。这解释了“体积是内能的决定因素之一”的微观本质。 1.7.2013 那么，一个物体的内能大小由什么决定呢？主要有三个因素：温度、体积和物质的量。这里要特别注意几个易错点。首先，一切物体都有内能，因为分子运动和相互作用是永恒的。其次，温度相同的物体，内能不一定相同，因为还取决于质量和体积。最后，内能和机械能是两个完全不同的概念，一个描述微观，一个描述宏观，不要混淆。右侧的图片展示了分子势能随分子间距变化的曲线，这直观地解释了体积变化是如何改变分子势能，从而改变物体内能的。 ‹#› 改变物体内能的两种方式 做功 本质：能量的转化（其他形式的能 ↔ 内能） 实例：摩擦生热、钻木取火、压缩空气 能量变化：机械能 → 内能 热传递 本质：能量的转移（内能从一个物体转移到另一个物体） 实例：烧水、晒太阳、热水袋取暖 能量变化：内能从高温物体 → 低温物体 等效性 做功和热传递在改变物体内能的效果上是完全等效的，无法仅从内能变化判断改变方式。 本质区别 做功是不同形式能量之间的相互转化；热传递是同种形式能量（内能）在物体间的转移。 1.7.2013 我们如何改变一个物体的内能呢？有两种基本方式：做功和热传递。 做功的本质是能量的转化，比如钻木取火，就是把机械能转化为内能。而热传递的本质是能量的转移，比如晒太阳，是太阳的内能转移到我们身上。 虽然它们的本质不同，但在改变内能的效果上是等效的。 ‹#› 02 能量的转化与守恒——宇宙的基本法则 热力学第一定律：一个热力学系统的内能变化量（ΔU）等于外界对系统做的功（W）与系统吸收的热量（Q）的代数和，揭示了内能、功和热量三者之间的定量关系。 数学表达式： ΔU = W + Q ΔU 内能变化 •ΔU > 0：系统内能增加 •ΔU < 0：系统内能减少 W 做功情况 •W > 0：外界对系统做功 •W < 0：系统对外界做功 Q 吸放热情况 •Q > 0：系统从外界吸热 •Q < 0：系统向外界放热 1.7.2013 接下来我们进入第二部分，探讨能量的转化与守恒。这里的核心是热力学第一定律，它精确地描述了内能变化、做功和吸放热之间的关系。公式是ΔU = W + Q。大家一定要牢记这个公式以及其中各个物理量的符号规则，这是解决热力学问题的基础。简单来说，外界对系统做功或系统吸热，都会导致内能增加。 ‹#› 理想气体模型与过程分析 对于理想气体，我们忽略分子间的相互作用力，因此其内能具有特殊性质：仅由温度决定。基于此，我们来分析两种最基础的热力学过程。 01. 等温过程 (ΔT = 0) • 核心特征：内能变化ΔU = 0 • 热力学定律推导：W = -Q 💡 物理意义：气体膨胀对外做功(W<0)，必须从外界吸热(Q>0)以维持内能和温度不变；反之，气体被压缩时(W>0)，必须向外界放热(Q<0)。 02. 绝热过程 (Q = 0) • 核心特征：系统与外界无热量交换 (Q = 0) • 热力学定律推导：ΔU = W 做功与内能变化直接挂钩：气体对外做功内能减少，外界对气体做功内能增加。 1.7.2013 在应用热力学第一定律时，我们经常会用到理想气体模型。理想气体的内能只和温度有关，这大大简化了问题。我们重点分析两种特殊过程：等温过程和绝热过程。 在等温过程中，温度不变，内能也不变，所以做功和吸放热数值相等，符号相反。气体膨胀做功必须吸热来维持温度。 在绝热过程中，没有热量交换，所以内能的变化完全由做功决定。大家请看右下角的活塞压缩实验图，这是一个典型的绝热过程：快速压缩气体，外界对气体做功，气体的内能瞬间增加，温度随之升高。 ‹#› 能量守恒定律 定律内容 能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。 核心地位 它是自然界最普遍、最基本的规律之一。 补充：热力学第一定律是能量守恒定律在热学领域的具体体现。 推论：第一类永动机不可能制成 ❌ 定义：一种试图不消耗任何能量，却能源源不断对外做功的假想机械装置。 🚫 结论：因为其设计原理直接违背了能量守恒定律，因此注定无法实现。 1.7.2013 热力学第一定律其实就是能量守恒定律在热学中的具体体现。能量守恒定律是自然界的基本法则，它告诉我们能量不会凭空产生或消失，只会转化或转移。基于这个定律，我们可以得出一个重要推论：第一类永动机是不可能制成的。历史上有很多人尝试设计这种不消耗能量却能永远做功的机器，就像右图展示的那样，但它们都无一例外地失败了，因为它们违背了能量守恒定律。 ‹#› 03 能量转化的方向性——时间之矢 不可逆过程 在不引起其他变化的条件下，不能使逆过程重复正过程的每一状态。简言之，这就像我们常说的“覆水难收”。 核心结论 一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。 自发过程：不需要外界对系统做功就能自动进行的过程。 • 实例：热量从高温物体传向低温物体；冰块在温水中融化；墨水在水中扩散。 “扩散”现象 墨水滴入清水中自发扩散，且永远不会自发聚集复原。这直观展示了自然过程的单向性。 1.7.2013 现在我们进入第三部分，探讨一个更深层次的问题：能量转化的方向性。我们发现，很多自然过程都是单向的，不可逆转的，就像“覆水难收”。 比如，热量总是自发地从高温物体传到低温物体，而不会反过来。墨水滴入清水中会自发扩散，就像右图展示的那样，但我们从未见过散开的墨水自发地重新聚集成一滴。这些都是不可逆过程的例子。 所以，物理学的核心结论是：一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。这就像时间一样，只有一个流向。 ‹#› 热力学第二定律（克劳修斯表述） 克劳修斯表述 · 热传递方向 “热量不能自发地从低温物体传到高温物体。” 核心关键词：“自发” 即：不需要任何外界帮助或能量输入，就能自动发生。 生活实例 · 电冰箱 冰箱内部（低温） → 房间（高温） 这一过程看似违背定律，实则是通过消耗电能（外界做功）实现的，并非“自发”过程，因此并不违反热力学第二定律。 1.7.2013 能量转化的方向性由热力学第二定律来描述。它有多种表述方式，首先是克劳修斯表述，它关注热传递的方向，指出热量不能自发地从低温物体传到高温物体。这里的关键词是“自发”。我们生活中的电冰箱似乎违背了这一点，它能把热量从冰箱内部（低温）搬到外部（高温），但这是因为它消耗了电能，是外界做功的结果，并非自发过程，所以并不违反热力学第二定律。 ‹#› 热力学第二定律（开尔文表述） 开尔文表述 · 机械能与内能的转化极限 “不可能从单一热源吸取热量，并将这热量完全变为功，而不产生其他影响。” 核心关键词 •单一热源：仅从一个恒温热源吸热 •完全变功：能量100%转化，无损耗 •无其他影响：系统与环境均恢复原状 物理本质意义 这意味着内能无法100%转化为机械能。 任何热机在做功时，都不可避免地要向低温热源放出一部分热量，效率永远小于100%。 图示：蒸汽机（典型热机）的能量流动 1.7.2013 热力学第二定律的另一种表述是开尔文表述，它关注内能与机械能的转化。它指出，我们不可能从单一热源吸取热量，并把它完全转化为功而不产生任何其他影响。这句话听起来有点绕，但它的核心意思是，内能转化为机械能的效率不可能达到100%。就像右图的蒸汽机，它必须从锅炉（高温热源）吸热，对外做功，同时还要向冷凝器（低温热源）放热，总有一部分能量被浪费掉。 ‹#› 热机效率与第二类永动机 01 热机效率 ▌ 能量守恒关系 从高温热源吸热Q₁= 对外做功W+ 向低温热源放热Q₂ ▌ 效率计算公式 η = W / Q₁ = 1 - Q₂ / Q₁ ▌ 关键结论 由于向低温热源放热Q₂ ≠ 0，所以任何热机的效率都永远小于 100% 02 推论：第二类永动机 定义：一种试图从单一热源吸热，并将其全部转化为有用功，且不产生其他任何影响的机器。 结论：违背热力学第二定律（开尔文表述），故无法实现。（它不违反能量守恒定律，但违反能量转化的方向性规律） 1.7.2013 基于开尔文表述，我们可以定义热机的效率。热机效率等于它对外做的功除以它从高温热源吸收的总热量。由于总有一部分热量要放给低温热源，所以热机效率永远小于100%。 这也引出了另一个重要推论：第二类永动机不可能制成。这种机器试图从单一热源（比如海洋）吸热，并完全转化为功，它不违反能量守恒，但违反了热力学第二定律，因此也是不可能实现的。 ‹#› 能量耗散与能源危机 能量耗散 在能量转化过程中，一部分能量会以热能的形式散失到周围环境中。虽然总能量守恒，但这部分能量难以被重新收集和利用。 能量退降（品质降低） 高品质：电能、化学能、机械能（易做功） |低品质：内能（难做功） 转化往往是高品质能量不可逆地向低品质能量转化的过程。 能源危机的实质 并非总能量减少，而是高品质的、可被利用的能源在不断减少。节约能源的本质就是延缓能量品质的降低。 1.7.2013 热力学第二定律还揭示了一个深刻的问题：能量耗散和能源危机。在能量转化过程中，总有一部分能量会以热的形式散失掉，变得难以利用。我们可以把能量分为高品质和低品质，像电能、机械能是高品质的，而内能是低品质的。能量转化往往是从高品质向低品质的单向过程。因此，我们所说的能源危机，其实不是能量没了，而是高品质的、能被我们利用的能源越来越少了。节约能源，就是在延缓能量品质的降低。 ‹#› 04 核心知识点汇总 内能 (Internal Energy) 定义：所有分子动能与势能的总和 公式：U = ΣEₖ + ΣEₚ 推论：决定因素为温度(T)、体积(V)、物质的量(n) 热力学第一定律 定义：描述内能变化与做功、热量的定量关系 公式：ΔU = W + Q 意义：能量守恒定律在热学中的具体体现 能量守恒定律 定义：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只能转化或转移，总量保持不变。 推论：第一类永动机（不消耗能量而做功）不可能制成。 热力学第二定律 定义：宏观热现象具有方向性，与热现象有关的宏观自然过程不可逆。 表述：克劳修斯表述 / 开尔文表述 推论：第二类永动机不可能制成。 热机效率 定义：衡量热机将吸收的内能转化为机械能的有效程度。 公式：η = W / Q₁ < 100% 意义：揭示了能量转化存在效率极限，无法实现完全转化。 能量退降 (Energy Degradation) 定义：能量在转化过程中，高品质能量不可逆地转化为低品质的内能（热能）。 意义：解释了“能源危机”的本质不是能量的消失，而是可用能量的减少。 1.7.2013 现在我们来总结一下今天复习的核心知识点。这张表格清晰地列出了内能、热力学第一定律、能量守恒定律、热力学第二定律、热机效率和能量退降这六个核心概念的定义、关键公式和重要推论。大家可以对照这个表格，检查自己是否掌握了所有要点。 ‹#› 课堂练习题精选 题 01 关于物体的内能，下列说法正确的是（） A. 0℃的冰没有内能 B. 内能增加一定吸收了热量 C. 1kg与1g同温的水内能相同 D. 内能是分子动能和势能的总和 参考答案：D | 解析：一切物体都有内能；做功和热传递都能改变内能；质量不同内能不同。 题 02 一定质量的理想气体在绝热膨胀过程中，正确的是（） A. 对外做功，内能增加 B. 对外做功，内能减少 C. 外界对气体做功，内能增加 D. 外界对气体做功，内能减少 参考答案：B | 解析：绝热过程Q=0，膨胀气体对外做功W为负，由ΔU=Q+W知内能减少。 题 03 根据热力学第二定律，下列说法正确的是（） A. 热量可自发从低温传向高温 B. 内燃机效率可达100% C. 第二类永动机违背能量守恒 D. 热现象宏观过程具有方向性 参考答案：D | 解析：第二类永动机不违背能量守恒，但违背热力学第二定律。 题 04 系统吸热200J，同时对外界做功300J，则内能变化是（） A. 增加500J B. 减少500J C. 增加100J D. 减少100J 参考答案：D | 解析：由热力学第一定律 ΔU = Q + W = 200J + (-300J) = -100J。 1.7.2013 最后，我们通过几道练习题来检验一下复习效果。请大家仔细思考每一个问题。第一题考察内能的基本概念，第二题考察绝热过程中热力学第一定律的应用，第三题考察热力学第二定律的理解，第四题是热力学第一定律的简单计算。做完后可以对照答案和解析，看看自己掌握得如何。 ‹#› 复习练习 - 题目 1 题目：关于物体的内能，下列说法正确的是（ ） A. 温度相同的物体，内能一定相同 B. 物体的内能仅由温度决定，与体积、质量无关 C. 理想气体的内能只与温度有关，与体积无关 D. 物体温度不变，内能一定不变 正确答案 C 理想气体内能只与温度有关 💡 解题思路：内能是分子热运动动能与分子势能的总和，与温度、体积、物质的量均相关。 ❌ A/B错误：温度只反映分子平均动能。内能还与分子势能(体积)、分子总数(质量)有关。 ✅ C正确：理想气体忽略分子间相互作用力，分子势能为零，故内能只由温度决定。 ❌ D错误：温度不变分子平均动能不变，但分子势能可能改变（如晶体熔化吸热，内能增加）。 1.7.2013 我们来看第一道题。这道题考察的是对内能概念的理解。内能包括分子动能和分子势能。温度是分子平均动能的标志，但内能还和体积、质量有关，所以A和B都错。D选项错在，温度不变时，分子势能可能变化，比如晶体熔化。C选项正确，因为理想气体不考虑分子势能，所以内能只与温度有关。 ‹#› 复习练习 - 题目 2 题目：下列改变物体内能的方式中，属于做功改变内能的是（ ） A. 冬天搓手取暖 克服摩擦力做功，机械能转化为内能 (正确) B. 用热水袋暖手 热量从热水袋转移到手上 (热传递) C. 晒太阳取暖 太阳通过热辐射传递能量 (热传递) D. 冷水加热沸腾 火焰通过传导和对流传递热量 (热传递) 正确答案 A 核心考点：做功改变内能是“能量转化”（如机械能转内能）；热传递改变内能是“能量转移”（如温度高→低）。搓手取暖属于克服摩擦力做功，将机械能转化为内能，是做功改变内能。 1.7.2013 第二题，判断改变内能的方式。做功是能量的转化，热传递是能量的转移。搓手取暖是通过摩擦做功，将机械能转化为内能。而用热水袋、晒太阳、烧水都是热量从高温物体转移到低温物体，属于热传递。所以正确答案是A。 ‹#› 复习练习 - 题目 3 题目：关于热力学第一定律，下列说法正确的是（ ） A.热力学第一定律只适用于理想气体，不适用于实际物体 B.热力学第一定律是能量守恒定律在热学中的具体体现 C.物体吸收热量，内能一定增加 D.外界对物体做功，物体内能一定增加 正确答案 B 💡 解题思路：ΔU = Q + W，内能变化由做功和热传递共同决定。 •A错：普适定律，适用于任何热力学系统。 •B对：本质是能量守恒定律在热现象中的体现。 •C错：吸热若同时对外做功，内能不一定增加。 •D错：外界做功若同时放热，内能不一定增加。 1.7.2013 第三题考查热力学第一定律。首先，热力学第一定律是普适的，A错。它是能量守恒在热学中的体现，B正确。对于C和D，内能的变化是由做功和热传递共同决定的，只看一个方面无法确定内能如何变化。比如吸收热量的同时对外做功，内能可能减少。所以选B。 ‹#› 复习练习 - 题目 4 题目：热力学第一定律的表达式 ΔU = Q + W 中，关于符号法则说法正确的是（ ） A. 气体对外界做功，W取正值 B. 外界对气体做功，W取正值 C. 物体放出热量，Q取正值 D. 内能减少，ΔU取正值 符号法则 · 核心记忆 🔹 内能变化 (ΔU)：系统内能增加取正 (+)，内能减少取负 (-)。 🔹 热量 (Q)：系统从外界吸热取正 (+)，向外界放热取负 (-)。 🔹 做功 (W)：外界对系统做功取正 (+)，系统对外界做功取负 (-)。 答案解析 · 正确选项：B ❌ A：气体对外界做功 → W 为负 (错误) ✅ B：外界对气体做功 → W 为正 (正确) ❌ C：物体放出热量 → Q 为负 (错误) ❌ D：内能减少 → ΔU 为负 (错误) 1.7.2013 第四题是关于热力学第一定律的符号法则，这是解题的基础。大家记住这几个关键点：内能增加为正，吸热为正，外界对系统做功为正。反之则为负。所以，气体对外做功，W为负；外界对气体做功，W为正。放出热量，Q为负。内能减少，ΔU为负。正确答案是B。 ‹#› 复习练习 - 题目 5 【题目】一定质量的理想气体，从外界吸收50J热量，同时对外界做功30J，则气体内能变化量为（ ） A. 增加80J B. 减少80J C. 增加20J D. 减少20J 💡 解题思路 1.符号判定：气体吸热，Q取正 (+50 J)；气体对外做功，W取负 (-30 J)。 2.套用公式：根据热力学第一定律 ΔU = Q + W。 3.数值计算：代入数值，ΔU = (+50) + (-30) = 20 J。 4.结果分析：计算结果为正数，说明气体内能增加。 ✅ 正确答案 C 内能增加 20 J 1.7.2013 第五题是热力学第一定律的计算。首先确定符号：吸热Q为正，+50J；对外做功W为负，-30J。然后代入公式ΔU = Q + W，得到ΔU = 50 - 30 = 20J。正值表示内能增加。所以选C。 ‹#› 复习练习 - 题目 6 关于热力学第二定律，下列理解正确的是（ ） A.热量可以自发地从低温物体传递到高温物体 B.热力学第二定律揭示了热力学过程的方向性 C.第二类永动机不违背能量守恒，因此可以制造成功 D.一切热机都可以把吸收的热量全部转化为机械能，不产生其他影响 正确答案 B 揭示了热现象宏观过程 具有方向性 ❌ A 错误：违背克劳修斯表述。热量不能自发地从低温物体传向高温物体，必须引起其他变化。 ✅ B 正确：这是热力学第二定律的核心内涵，即一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。 ❌ C 错误：第二类永动机违背了热力学第二定律（开尔文表述），无法避免引起其他变化，故无法制成。 ❌ D 错误：违背开尔文表述。任何热机都不可能将吸收的热量全部转化为机械能，必然伴随热量向低温热源的散失。 1.7.2013 第六题考查热力学第二定律。A选项错在“自发”，热量不能自发地从低温到高温。C选项错在第二类永动机违背了热力学第二定律，无法制成。D选项错在热机效率不可能达到100%。B选项准确地描述了热力学第二定律的核心思想，即宏观热现象具有方向性。 ‹#› 复习练习 - 题目 7 题目：下列关于两类永动机的说法，正确的是（ ） A. 第一类永动机违背热力学第二定律，无法实现 B. 第二类永动机违背能量守恒定律，无法实现 C. 第一类永动机违背能量守恒定律，第二类永动机违背热力学第二定律 D. 两类永动机均不违背物理规律，只是目前技术无法实现 正确答案：C 💡 核心概念： •第一类永动机：试图“无中生有”地创造能量，违背能量守恒定律 (热力学第一定律)。 •第二类永动机：试图让内能完全转化为机械能而不引起其他变化，违背热力学第二定律 (能量转化方向性)。 选项辨析 ❌ A：第一类永动机违背的是热力学第一定律（能量守恒）。 ❌ B：第二类永动机不违背能量守恒，违背的是热力学第二定律。 ❌ D：两类永动机均违背了基础物理定律，无论技术如何进步都无法实现。 1.7.2013 第七题区分两类永动机。记住关键点：第一类永动机想“无中生有”，违背能量守恒定律（热力学第一定律）；第二类永动机想“百分之百转化”，不违背能量守恒，但违背了热力学第二定律。所以正确答案是C。 ‹#› 复习练习 - 题目 8 题目：一定质量的理想气体，绝热膨胀过程中（与外界无热量交换），下列说法正确的是（ ） A. 气体对外做功，内能增加，温度升高 B. 气体对外做功，内能减少，温度降低 C. 外界对气体做功，内能增加，温度升高 D. 外界对气体做功，内能减少，温度降低 正确答案 B 气体对外做功 · 内能减少 · 温度降低 💡 核心考点：热力学第一定律在绝热过程的应用 1.过程分析：绝热过程与外界无热交换，故Q = 0；气体膨胀，体积增大，即气体对外界做功，故W < 0。 2.定律计算：根据热力学第一定律 ΔU = Q + W，代入得 ΔU = W。因为 W < 0，所以ΔU < 0。 3.结论推导：ΔU < 0 说明气体内能减少；对于理想气体，内能仅由温度决定，故内能减少意味着温度降低。 1.7.2013 第八题分析绝热膨胀过程。绝热意味着Q=0。膨胀意味着气体对外做功，W为负。根据ΔU=Q+W，内能变化ΔU为负，即内能减少。对于理想气体，内能减少意味着温度降低。所以整个过程是：气体对外做功，内能减少，温度降低。选B。 ‹#› 复习练习 - 题目 9 题目：关于能量守恒定律，下列说法错误的是（ ） A.能量既不会凭空产生，也不会凭空消失 B.不同形式的能量可以相互转化，总能量保持不变 C.热力学第一定律是能量守恒的一种具体形式 D.能量耗散说明能量不守恒，总能量在不断减少 正确答案 D 解析：能量耗散并非指能量消失，而是能量从高品质的可用形式转化为低品质的内能，能量总量始终守恒，符合能量守恒定律。A、B、C均是能量守恒定律的正确表述。 1.7.2013 第九题判断关于能量守恒定律的错误说法。A、B、C都是正确的。D选项错误，能量耗散是指能量的品质降低了，变得难以利用，但能量的总量是守恒的，并没有减少。所以选D。 ‹#› 复习练习 - 题目 10 题目：下列过程中，违背热力学第二定律的是（ ） A. 电冰箱通过压缩机做功，将热量从低温内部传递到高温外部 B. 热机工作时，将部分内能转化为机械能，同时向低温热源放热 C. 热量自发地从高温物体传递到低温物体 D. 无需外界做功，热量直接从低温物体传递到高温物体 正确答案 D 无需外界做功，热量自发地从低温流向高温，这是不可能发生的。 💡 解题思路与分析 A. 不违背：冰箱的制冷过程消耗了电能（外界做功），并非“自发”传热。 B. 不违背：这是热机的工作原理，遵循开尔文表述，效率永远小于100%。 C. 不违背：热量自发地从高温物体向低温物体传递，是热力学第二定律的克劳修斯表述。 D. 违背：无需外界做功，热量直接自发地从低温物体流向高温物体，这是定律明确禁止的过程。 1.7.2013 第十题判断哪个过程违背热力学第二定律。A选项的电冰箱消耗了电能，所以不违背。B和C都是符合定律的自然过程。D选项描述的是热量自发地从低温到高温，这是不可能的，直接违背了热力学第二定律。所以选D。 ‹#› 复习练习 - 题目 11 题目：改变物体内能的两种方式是做功和热传递，二者在改变内能上是等效的。 做功 · 能量转化 做功是其他形式的能与内能之间发生的转化过程。 举个例子：冬天搓手取暖，是通过克服摩擦力做功，将机械能转化为内能。 热传递 · 能量转移 热传递是内能从一个物体转移到另一个物体的过程，发生的条件是存在温度差。 举个例子：用热水袋暖手，是内能从温度高的热水袋直接转移到了手上。 改变效果等效 做功和热传递虽然原理不同，但在改变物体内能上产生的最终效果是完全一样的。 比如，使一根铁丝温度升高，可以通过反复弯折（做功），也可以放在火上烤（热传递）。 1.7.2013 第十一题是填空题，考察基础知识。改变物体内能的两种方式是做功和热传递。做功是能量的转化，热传递是能量的转移，它们在改变内能的效果上是等效的。 ‹#› 复习练习 - 题目 12 题目：第一类永动机违背________定律，第二类永动机违背________定律。 答案：能量守恒定律（或热力学第一定律） ； 热力学第二定律 第一类永动机 试图不消耗任何能量却能不断对外做功，违背了能量守恒定律 (热力学第一定律)。 第二类永动机 试图从单一热源吸热并完全转化为功而不产生其他影响，违背了热力学第二定律。 1.7.2013 第十二题也是填空题。第一类永动机违背能量守恒定律，也就是热力学第一定律。第二类永动机不违背能量守恒，但违背了热力学第二定律。 ‹#› 复习练习 - 题目 13 题目描述 | 2026·上海杨浦·二模 在水火箭探究实验中，已知容器内初始气体体积为V₀，压强为p₀。缓慢充气后，容器内气体压强变为4p₀，且整个过程温度保持不变。 (1) 充入的气体在压强为 p₀ 时的体积为多少？ A．V₀ 　 B．2V₀ 　 C．3V₀ 　 D．4V₀ (2) 打开喷水口，气体从状态 M(4p₀, V₀) 变化到状态 N(p₁, V₁)，求 T_N / T_M 的比值？ A．p₁V₁/(4p₀V₀) B．4p₀V₀/(p₁V₁) C．p₁V₀/(4p₀V₁) D．4p₀V₁/(p₁V₀) (3) 试判断气体从状态 M 变化到状态 N 的过程是吸热还是放热，并简述理由。 参考答案 & 解析 答案：(1) C 　 (2) A 　 (3) 吸热 💡 解题思路： (1) 变质量等温变化：将原有气体与充入气体视为整体。根据玻意耳定律 p₀(V₀ + V充) = 4p₀V₀，解得充入体积 V充 = 3V₀。 (2) 理想气体状态方程：由 (pₘVₘ)/Tₘ = (pₙVₙ)/Tₙ 变形，直接代入数据即可得到 T_N / T_M = p₁V₁/(4p₀V₀)。 (3) 热力学第一定律应用：气体体积增大，对外做功(W < 0)。由于末态温度高于绝热过程的末态温度，说明内能增加量(ΔU)更大。根据 ΔU = Q + W，为保证 ΔU 增加，气体必须从外界吸收热量(Q > 0)。 1.7.2013 第十三题是一道综合题，考察了气体实验定律和热力学定律的结合应用。第一问是典型的变质量问题，大家要记得用玻意耳定律时，把充入的气体和原有气体看成一个整体来计算，最后解得充入体积为3V₀。第二问比较基础，直接套用理想气体状态方程即可。第三问的吸放热判断是难点，我们要结合“体积增大对外做功”和“末态温度高于绝热过程”这两个关键信息，利用热力学第一定律，推导出气体必须从外界吸收热量才能满足条件。 ‹#› 复习练习 - 题目 14 题目描述 (2026·上海杨浦·一模) 红酒瓶内气体体积为 V₀，压强为 p₀。每次打入体积为 ΔV、压强为 p₀ 的空气。室温下，当瓶内气体压强达到 p₁ 时瓶塞弹出。请回答以下问题： (1) 打气时，气体分子热运动的平均速率如何变化？ A．变大 B．变小 C．不变 (2) 若要使瓶塞弹出，至少需要向瓶内打气多少次？ (3) 若不打气，而是对瓶内气体进行加热使瓶塞弹出，当热力学温度 T 达到多少时瓶塞会弹出？ 答案与解析 01. 分子平均速率 (答案：C) 温度是分子平均动能的唯一标志。题目明确说明“室温下”打气，温度保持不变，因此分子平均动能不变，分子平均速率也不变。 02. 打气次数计算 (变质量问题) 将瓶内原有气体与打入的 n 次气体视为一个整体，该过程为等温变化。根据玻意耳定律： p₀(V₀ + nΔV) = p₁V₀ →n = (p₁ - p₀)V₀ / (p₀ΔV) 03. 加热升温过程 (等容变化) 瓶塞弹出前，瓶内气体体积不变，遵循查理定律： p₀ / T₀ = p₁ / T →T = (p₁ / p₀)T₀(T₀为初始热力学温度) 1.7.2013 第十四题，第一问，室温下打气，温度不变，分子平均速率不变，选C。第二问，变质量问题，用玻意耳定律列方程求解次数n。第三问，加热是等容变化，用查理定律求解温度T。 ‹#› 复习练习 - 题目 15 题目内容 （2026·上海闵行·二模）1mol理想气体在布雷顿循环中p-V关系如图。 (1) 以下说法正确的是________ A. a→b过程，气体温度下降 B. b→c过程，外界对气体做正功 C. c→d过程，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数减少 D. d→a过程，单位体积内分子数变少 (2) 若 T_d = 300K，则 T_a 为多少K？ (3) 若 b→c 过程 ΔU = +1000J，气体吸收热量为多少？ 参考答案 (1) 正确选项：C (2) 温度计算： Tₐ ≈674 K (3) 热量计算： Q ≈1666.7 J 解题思路 ① 过程定性分析： a→b绝热压缩，升温(A错)；b→c等压加热，气体对外做功(B错)；c→d绝热膨胀，分子碰撞减少(C对)；d→a等压冷却，分子密度增大(D错)。 ② 状态方程计算： 根据理想气体状态方程 pV = nRT，T 与 pV 成正比。代入图中p-V关系比例，可求出Tₐ。 ③ 热力学第一定律： b→c为等压膨胀，W为负。由 ΔU = Q + W，可得 Q = ΔU - W，代入数值即可算出气体吸收的热量。 1.7.2013 第十五题是p-V图的综合分析。第一问逐一分析各过程：a→b绝热压缩升温；b→c等压膨胀，气体对外做功；c→d绝热膨胀，碰撞次数减少；d→a等压冷却，分子数密度变大。选C。第二问利用理想气体状态方程，T与pV成正比来计算。第三问利用热力学第一定律，结合做功的计算来求吸热。 ‹#› 复习练习 - 题目 16 题目：一定质量的理想气体发生如图所示的变化，A、C间是双曲线（等温）。下列说法正确的是（ ） A.C→A过程气体做功量小于A→B过程 B.状态B的平均分子速率小于状态A C.从A→B，气体吸收热量小于气体对外界做的功 D.气体状态B的内能小于状态C的内能 正确答案：A （注：原答案B错误） 解析：A正确，做功看p-V图面积，A→B面积大于C→A；B错误，A→B是等压升温，T_B > T_A，故B分子平均速率更大；C错误，A→B内能增加且对外做功，故吸热一定大于做功；D错误，T_B > T_A = T_C，故内能B>C。 1.7.2013 第十六题，分析p-V图。A选项，做功看面积，A→B的面积大，正确。B选项，A→B升温，所以B的分子平均速率大于A，原答案有误。C选项，A→B内能增加，对外做功，所以吸热一定大于做功。D选项，B点温度高于C点，内能更大。所以正确选项应为A。 ‹#› 复习练习 - 题目 17 题目：L型玻璃管气体实验定律应用 如图所示为一粗细均匀、内径很小的L型玻璃管，竖直管开口且足够长，水平管右端封闭。向竖直管中缓慢注入水银，封闭一定质量理想气体。已知p₀ = 75 cmHg，T₁ = 300 K。 (1) 若竖直管水银柱高h=15cm，求封闭气体压强p₁； (2) 加热使水平管中5cm长水银全部进入竖直管，求气体温度T₂； (3) 继续加热至T₃ = 570 K，求竖直管水银面上升总高度H。 参考答案： (1)p₁ = 90 cmHg (2)T₂ = 475 K (3)H = 8 cm 💡 解题思路解析 ① 初始压强：p₁ = p₀ + h = 75 + 15 = 90 cmHg。 ② 状态方程求T₂：初态(p₁,V₁,T₁)=(90,5S,300)，末态(p₂,V₂,T₂)=(95,10S,T₂)。代入(p₁V₁)/T₁=(p₂V₂)/T₂，解得T₂=475K。 ③ 等压变化求H：盖-吕萨克定律V₂/T₂=V₃/T₃，得V₃=1.2V₂。体积增加导致水银额外上升2cm，总高度H=8cm。 1.7.2013 我们来看这道更新后的题目。这是一道关于气体实验定律的综合应用题。第一问比较简单，根据力的平衡，封闭气体的压强等于大气压加上水银柱的压强。第二问，水银全部进入竖直管，气体的压强、体积和温度都发生了变化，需要用理想气体状态方程来解。第三问，继续加热是等压变化，用盖-吕萨克定律求出体积变化，进而算出高度变化。 ‹#› 复习练习 - 题目 18 题目描述 （多选）一定质量的理想气体，经过一个压缩过程后，体积减小为原来的一半，这个过程可以是等温的、绝热的或等压的过程，如图所示，在这三个过程中（ ） （A）绝热过程不做功 （B）a、b、c、d中d的温度最高 （C）等压过程内能减小 （D）等温过程要吸热 （E）绝热过程内能增加 参考答案 BCE 解题思路与过程 【详解】A．由p—V图像知ab是等压过程，ac压强与体积乘积为一个定值2pV，即ac是等温过程，则ad是绝热过程。p—V图像中面积表示气体做功，由图像知 Wab<Wac<Wad 即绝热过程外界对气体做功，A错误； B．由克拉珀龙方程 pV=nRT，可知热力学温度 Tb<Tc=Ta<Td， B正确； C．理想气体的内能取决于温度和分子个数，等压ab过程，温度减小，内能减小，C正确； D．等温ac过程内能不变，根据热力学第一定律有 体积减小，外界对气体做功，则气体放热，D错误； E．绝热ad过程，外界对气体做功，气体内能增加， E正确。 1.7.2013 我们来看这道更新后的题目。这道题结合了力学平衡和气体实验定律。 首先，当活塞速度最大时，它处于受力平衡状态，据此可以求出气体的末态压强：内部气体压强等于大气压加上活塞重力产生的压强。 然后，确定气体的初态和末态参量，注意温度要转换为开尔文。最后应用理想气体状态方程，即可求出气柱的最终长度为22厘米。 这道题来源于湖北的一次高三开学考试，也是人教社导学案中的典型例题。 ‹#› 复习练习 - 题目 19 题目：理想气体循环过程：A→B(等温)→C(绝热)→D(等温)→A(绝热)。AB温度T₁，CD温度T₂，则T₁ __________ T₂，循环后气体 __________ 热量。 💡 参考答案 1. 温度比较：T₁ > T₂ 2. 热量变化：净吸收 热量 🔍 逻辑推导与分析 ① 温度逻辑：B→C绝热膨胀，气体对外做功，内能减小，故温度降低 (T_C < T₁)。D→A绝热压缩，外界对气体做功，内能增加，故温度升高 (T₁ > T_D)。综合可得 T₁ > T₂。 ② 能量守恒：此循环为顺时针，气体对外做净功 (W < 0)。理想气体内能只与温度有关，循环后 ΔU = 0。根据热力学第一定律 ΔU = Q + W → Q = -W > 0，即气体净吸热。 1.7.2013 第十九题分析循环过程。通过分析每个绝热和等温过程的温度变化，可以得出T1大于T2。循环过程是顺时针的，p-V图中面积表示对外做功。根据热力学第一定律，内能变化为零，对外做功则必须吸收热量。 ‹#› 感谢观看 THANKS FOR WATCHING 探索物理奥秘 · 永不止步 1.7.2013 今天的复习到此结束。希望通过这次梳理，大家对能量与热力学定律有了更深刻的理解。物理的世界充满了规律与奥秘，希望大家能保持好奇心，继续探索。感谢大家的观看！ ‹#› $