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章末素養提升
物理 觀念 熱力學第 一定律 (1)內容：物體內能的改變量ΔU等于外界對物體　　　　　　　　　　　　　　　　　　　與物體從外界吸收的　　　　之和 (2)表達式：ΔU=　　　　　
能量守 恒定律 內容：能量既不會　　　　，也不會　　　　，它只能從一種形式　　　　為其他形式，或者從一個物體　　　　到其他物體，而能量的總值　　　　　　 第一類永動機不能制成的原因：違背了　　　　　　　
熱力學第 二定律 (1)克勞修斯表述：不可能使熱量從低溫物體傳向高溫物體而　　　　　　　　　　　　　　　　　　 (2)開爾文表述：不可能從單一熱源吸收熱量，使之完全用來做功，而　　　 (3)第二類永動機不能制成的原因：違背了　　　　　　　　
科學 思維 1.經歷絕熱過程模型的構建過程，會推導熱力學第一定律 2.能運用熱力學第一定律解釋和計算能量的轉化和轉移問題 3.能用熱力學第二定律解釋自然界中的能量轉化、轉移及方向性問題
科學態度 與責任 1.通過對能量守恒的探索過程，領會人類對自然的認識要有實踐的過程 2.了解永動機的探索過程，領會科學探索的艱辛與曲折性
例1　(2024·青海省海南州貴德高中模擬)對于熱力學第一定律和熱力學第二定律的理解，下列說法正確的是(　　)
A.一定質量的氣體膨脹對外做功100 J，同時從外界吸收80 J的熱量，則它的內能增大20 J
B.物體從外界吸收熱量，其內能一定增加；物體對外界做功，其內能一定減少
C.凡與熱現象有關的宏觀過程都具有方向性，在熱傳遞中，熱量能從高溫物體傳遞給低溫物體，而不能從低溫物體傳遞給高溫物體
D.熱現象過程中不可避免地出現能量耗散現象，能量耗散符合熱力學第二定律
例2　(多選)(2023·福建霞浦縣高二檢測)如圖所示，a、b、c、d表示一定質量的理想氣體狀態變化過程中的四個狀態，圖中ad平行于橫坐標軸，ab的延長線過原點，以下說法正確的是(　　)
A.從狀態d到c，氣體不吸熱也不放熱
B.從狀態c到b，氣體放熱
C.從狀態a到d，氣體對外做功
D.從狀態b到a，氣體吸熱
例3　(2022·福建卷)帶有活塞的氣缸內封閉一定質量的理想氣體，氣體開始處于a狀態，然后經過a→b→c狀態變化過程到達c狀態。在V-T圖中變化過程如圖所示。
(1)氣體從a狀態經過a→b到達b狀態的過程中壓強　　　　。(填“增大”“減小”或“不變”)
(2)氣體從b狀態經過b→c到達c狀態的過程要　　　　。(填“吸收”或“放出”)熱量。
例4　(2024·四川省達州市模擬)絕熱的活塞與氣缸之間封閉一定質量的理想氣體，氣缸開口向上置于水平面上，活塞與氣缸壁之間無摩擦，缸內氣體的內能UP=72 J，如圖甲所示。已知活塞橫截面積S=5×10-4 m2，其質量為m=1 kg，大氣壓強p0=1.0×105 Pa，重力加速度g=10 m/s2。如果通過電熱絲給封閉氣體緩慢加熱，活塞由原來的P位置移動到Q位置，此過程封閉氣體的V-T圖像如圖乙所示，且知氣體內能與熱力學溫度成正比。求：
(1)封閉氣體最后的體積；
(2)封閉氣體吸收的熱量。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　
例5　(2023·遼寧省建平縣實驗中學高二月考)如圖所示，上端開口的光滑圓柱形氣缸豎直放置，橫截面積為10 cm2的活塞，將一定質量的理想氣體封閉在氣缸內。在氣缸內距缸底30 cm處設有卡槽a、b兩限制裝置，使活塞只能向上滑動。開始時活塞放在a、b上，活塞的質量為5 kg，氣體溫度為180 K。現緩慢加熱氣缸內氣體，當溫度為300 K，活塞恰好離開卡槽a、b；若繼續給氣缸內氣體緩慢加熱，活塞上升10 cm 的過程中，氣體的內能增加了240 J。(設大氣壓強為p0=1.0×105 Pa，g取10 m/s2)求：
(1)開始時氣缸內氣體的壓強；
(2)活塞上升10 cm時氣缸內氣體的溫度；
　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　
(3)活塞離開卡槽a、b之后上升10 cm的過程中，氣體吸收的熱量。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　
答案精析
所做的功W　熱量Q　Q+W　消失　創生　轉化
轉移　保持不變　能量守恒定律　不引起其他變化　不引起其他變化　熱力學第二定律
例1　D　[根據熱力學第一定律知ΔU=W+Q=-100 J+80 J=-20 J，它的內能減少20 J，故A錯誤；根據熱力學第一定律ΔU=W+Q，可知物體從外界吸收熱量，其內能不一定增加，物體對外界做功，其內能不一定減少，故B錯誤；通過做功的方式可以讓熱量從低溫物體傳遞給高溫物體，如電冰箱，故C錯誤；能量耗散過程體現了宏觀自然過程的方向性，符合熱力學第二定律，故D正確。]
例2　BCD　[從狀態d到c，溫度不變，壓強減小，根據玻意耳定律可知，氣體體積增加，氣體對外做功，但內能不變。根據熱力學第一定律ΔU=W+Q可知，氣體吸收熱量，A錯誤；從狀態a到d，是等壓變化，氣體溫度升高，由蓋-呂薩克定律可知，氣體體積增大，氣體對外做功，C正確；由圖像可知，從狀態b到a過程，p與T成正比，是等容變化，氣體體積不變，氣體不對外做功，外界也不對氣體做功，但溫度升高，其內能增加。根據熱力學第一定律ΔU=W+Q可知，氣體吸熱，D正確；在ab線上取與c壓強相等的點e，則狀態c到e是等壓變化，根據蓋-呂薩克定律可知，氣體體積減小。從選項C中分析可知，狀態e與b體積相等。故從狀態c到b，體積減小，外界對氣體做功，但溫度降低，內能減小。根據熱力學第一定律ΔU=W+Q可知，氣體放熱，B正確。]
例3　增大　放出
解析　(1)由V-T圖像可知，氣體從a狀態經過a→b到達b狀態的過程中，氣體的體積保持不變，溫度升高，根據查理定律可知氣體的壓強增大。
(2)由V-T圖像可知，氣體從b狀態經過b→c到達c狀態的過程，氣體的溫度保持不變，則氣體的內能保持不變；氣體的體積減小，則外界對氣體做正功，根據熱力學第一定律可知，氣體對外放出熱量。
例4　(1)6×10-4 m3　(2)60 J
解析　(1)以氣體為研究對象，根據等壓變化規律，
有=
解得VQ=6×10-4 m3
(2)由氣體的內能與熱力學溫度成正比有=
解得UQ=108 J
活塞從P位置緩慢移到Q位置，活塞受力平衡，氣體發生等壓變化，以活塞為研究對象有pS=p0S+mg，
解得p=p0+=1.2×105 Pa，
氣體對外界做功，則W=-p(VQ-VP)=-24 J
由熱力學第一定律有UQ-UP=Q+W，
得氣體變化過程吸收的總熱量為Q=60 J。
例5　(1)9×104 Pa　(2)400 K　(3)255 J
解析　(1)活塞剛好離開卡槽時，
有mg+p0S=p2S
根據等容變化規律得=
解得p1=p2=9×104 Pa。
(2)活塞離開卡槽后，氣體為等壓變化，
根據等壓變化規律得=
解得T3=T2=400 K。
(3)活塞離開卡槽后，氣體對外界做功
則W=-p2·SΔh=-15 J
根據熱力學第一定律得Q=ΔU-W=255 J。(共19張PPT)
DISANZHANG
第3章
章末素養提升
再現
素養知識
物理 觀念 熱力學第 一定律 (1)內容：物體內能的改變量ΔU等于外界對物體_________
與物體從外界吸收的 之和
(2)表達式：ΔU=_______
能量守 恒定律 內容：能量既不會　　　，也不會　　　，它只能從一種形式　　　為其他形式，或者從一個物體　　　到其他物體，而能量的總值__________
第一類永動機不能制成的原因：違背了_____________
所做的功
W
熱量Q
Q+W
消失
創生
轉化
轉移
保持不變
能量守恒定律
物理 觀念 熱力學第 二定律 (1)克勞修斯表述：不可能使熱量從低溫物體傳向高溫物體而________________
(2)開爾文表述：不可能從單一熱源吸收熱量，使之完全用來做功，而________________
(3)第二類永動機不能制成的原因：違背了_______________
不引起其他變化
不引起其他變化
熱力學第二定律
科學 思維 1.經歷絕熱過程模型的構建過程，會推導熱力學第一定律
2.能運用熱力學第一定律解釋和計算能量的轉化和轉移問題
3.能用熱力學第二定律解釋自然界中的能量轉化、轉移及方向性問題
科學態度 與責任 1.通過對能量守恒的探索過程，領會人類對自然的認識要有實踐的過程
2.了解永動機的探索過程，領會科學探索的艱辛與曲折性
　(2024·青海省海南州貴德高中模擬)對于熱力學第一定律和熱力學第二定律的理解，下列說法正確的是
A.一定質量的氣體膨脹對外做功100 J，同時從外界吸收80 J的熱量，則它的內
　能增大20 J
B.物體從外界吸收熱量，其內能一定增加；物體對外界做功，其內能一定減少
C.凡與熱現象有關的宏觀過程都具有方向性，在熱傳遞中，熱量能從高溫物體
　傳遞給低溫物體，而不能從低溫物體傳遞給高溫物體
D.熱現象過程中不可避免地出現能量耗散現象，能量耗散符合熱力學第二定律
例1
提能
綜合訓練
√
根據熱力學第一定律知ΔU=W+Q=-100 J+80 J=-20 J，它的內能減少20 J，故A錯誤；
根據熱力學第一定律ΔU=W+Q，可知物體從外界吸收熱量，其內能不一定增加，物體對外界做功，其內能不一定減少，故B錯誤；
通過做功的方式可以讓熱量從低溫物體傳遞給高溫物體，如電冰箱，故C錯誤；
能量耗散過程體現了宏觀自然過程的方向性，符合熱力學第二定律，故D正確。
　(多選)(2023·福建霞浦縣高二檢測)如圖所示，a、b、c、d表示一定質量的理想氣體狀態變化過程中的四個狀態，圖中ad平行于橫坐標軸，ab的延長線過原點，以下說法正確的是
A.從狀態d到c，氣體不吸熱也不放熱
B.從狀態c到b，氣體放熱
C.從狀態a到d，氣體對外做功
D.從狀態b到a，氣體吸熱
例2
√
√
√
從狀態d到c，溫度不變，壓強減小，根據玻意耳定
律可知，氣體體積增加，氣體對外做功，但內能不
變。根據熱力學第一定律ΔU=W+Q可知，氣體吸收
熱量，A錯誤；
從狀態a到d，是等壓變化，氣體溫度升高，由蓋-呂薩克定律可知，氣體體積增大，氣體對外做功，C正確；
由圖像可知，從狀態b到a過程，p與T成正比，是等容變化，氣體體積不變，氣體不對外做功，外界也不對氣體做功，但溫度升高，其內能增加。根據熱力學第一定律ΔU=W+Q可知，氣體吸熱，D正確；
在ab線上取與c壓強相等的點e，則狀態c到e是等壓
變化，根據蓋-呂薩克定律可知，氣體體積減小。
從選項C中分析可知，狀態e與b體積相等。故從狀
態c到b，體積減小，外界對氣體做功，但溫度降低，
內能減小。根據熱力學第一定律ΔU=W+Q可知，氣體放熱，B正確。
　(2022·福建卷)帶有活塞的氣缸內封閉一定質量的理想氣體，氣體開始處于a狀態，然后經過a→b→c狀態變化過程到達c狀態。在V-T圖中變化過程如圖所示。
例3
(1)氣體從a狀態經過a→b到達b狀態的過程中壓強　　　　。(填“增大”“減小”或“不變”)
增大
由V-T圖像可知，氣體從a狀態經過a→b到達b狀態的過程中，氣體的體積保持不變，溫度升高，根據查理定律可知氣體的壓強增大。
(2)氣體從b狀態經過b→c到達c狀態的過程要　　　　。(填“吸收”或“放出”)熱量。
放出
由V-T圖像可知，氣體從b狀態經過b→c到達c狀態的過程，氣體的溫度保持不變，則氣體的內能保持不變；氣體的體積減小，則外界對氣體做正功，根據熱力學第一定律可知，氣體對外放出熱量。
　(2024·四川省達州市模擬)絕熱的活塞與氣缸之間封閉一定質量的理想氣體，氣缸開口向上置于水平面上，活塞與氣缸壁之間無摩擦，缸內氣體的內能UP=72 J，如圖甲所示。已知活塞橫截面積S=5×10-4 m2，其質量為m=1 kg，大氣壓強p0=1.0×105 Pa，重力加速度g=10 m/s2。如果通過電熱絲給封閉氣體緩慢加熱，活塞由原來的P位置移動到Q位置，此過程封閉氣體的V-T圖像如圖乙所示，且知氣體內能與熱力學溫度成正比。求：
例4
(1)封閉氣體最后的體積；
答案　6×10-4 m3
以氣體為研究對象，根據等壓變化規律，
有=，解得VQ=6×10-4 m3
(2)封閉氣體吸收的熱量。
答案　60 J
由氣體的內能與熱力學溫度成正比有=
解得UQ=108 J
活塞從P位置緩慢移到Q位置，
活塞受力平衡，氣體發生等壓
變化，以活塞為研究對象有
pS=p0S+mg，
解得p=p0+=1.2×105 Pa，
氣體對外界做功，則W=-p(VQ-VP)=-24 J
由熱力學第一定律有UQ-UP=Q+W，
得氣體變化過程吸收的總熱量為Q=60 J。
　(2023·遼寧省建平縣實驗中學高二月考)如圖所示，上端開口的光滑圓柱形氣缸豎直放置，橫截面積為10 cm2的活塞，將一定質量的理想氣體封閉在氣缸內。在氣缸內距缸底30 cm處設有卡槽a、b兩限制裝置，使活塞只能向上滑動。開始時活塞放在a、b上，活塞的質量為5 kg，氣體溫度為180 K。現緩慢加熱氣缸內氣體，當溫度為300 K，活塞恰好離開卡槽a、b；若繼續給氣缸內氣體緩慢加熱，活塞上升10 cm 的
過程中，氣體的內能增加了240 J。(設大氣壓強為p0=1.0×
105 Pa，g取10 m/s2)求：
(1)開始時氣缸內氣體的壓強；
例5
答案　9×104 Pa
活塞剛好離開卡槽時，有
mg+p0S=p2S
根據等容變化規律得=
解得p1=p2=9×104 Pa。
(2)活塞上升10 cm時氣缸內氣體的溫度；
答案　400 K
活塞離開卡槽后，氣體為等壓變化，
根據等壓變化規律得=
解得T3=T2=400 K。
(3)活塞離開卡槽a、b之后上升10 cm的過程中，氣體吸收的熱量。
答案　255 J
活塞離開卡槽后，氣體對外界做功
則W=-p2·SΔh=-15 J
根據熱力學第一定律得
Q=ΔU-W=255 J。

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