資源簡介

第3講　熱力學(xué)定律與能量守恒定律
　　
1.〔多選〕下列有關(guān)物體內(nèi)能改變的說法中，正確的是（　　）
A.外界對物體做功，物體的內(nèi)能一定增加
B.外界對物體傳遞熱量，物體的內(nèi)能一定增加
C.物體對外界做功，物體的內(nèi)能可能增加
D.物體向外界放熱，物體的內(nèi)能可能增加
2.〔多選〕用密封性好、充滿氣體的塑料袋包裹易碎品，如圖所示，充氣袋四周被擠壓時，假設(shè)袋內(nèi)氣體與外界無熱交換，則袋內(nèi)氣體（　　）
A.體積減小，內(nèi)能增大
B.體積減小，壓強(qiáng)減小
C.對外界做負(fù)功，內(nèi)能增大
D.對外界做正功，壓強(qiáng)減小
3.〔多選〕如圖所示為電冰箱的工作原理示意圖，壓縮機(jī)工作時，強(qiáng)迫制冷劑在冰箱內(nèi)外的管道中不斷循環(huán)，在蒸發(fā)器中制冷劑汽化吸收箱體內(nèi)的熱量，經(jīng)過冷凝器時制冷劑液化，放出熱量到箱體外。下列說法正確的是（　　）
A.熱量可以自發(fā)地從冰箱內(nèi)傳到冰箱外
B.電冰箱的制冷系統(tǒng)能夠不斷地把冰箱內(nèi)的熱量傳到外界，是因?yàn)槠湎牧穗娔?br/>C.電冰箱的工作原理違背熱力學(xué)第一定律
D.電冰箱除了將熱量從低溫?zé)釒靷鞯礁邷責(zé)釒焱猓ぷ鬟^程中所產(chǎn)生的其他一切影響，無論用任何辦法都不可能加以消除
4.一定質(zhì)量的理想氣體，體積由V1膨脹到V2，如果是通過等壓過程實(shí)現(xiàn)，做功為W1、傳遞熱量為Q1、內(nèi)能變化為ΔU1；如果是通過等溫過程實(shí)現(xiàn)，做功為W2、傳遞熱量為Q2、內(nèi)能變化為ΔU2，則下列關(guān)系式正確的是（　　）
A.W1＞W(wǎng)2，Q1＞Q2，ΔU1＞ΔU2
B.W1＞W(wǎng)2，Q1＞Q2，ΔU1＝ΔU2
C.W1＞W(wǎng)2，Q1＝Q2，ΔU1＝ΔU2
D.W1＜W2，Q1＝Q2，ΔU1＝ΔU2
5.〔多選〕（2025·山東日照期末考試）用隔板將一絕熱容器隔成A和B兩部分，A中有一定質(zhì)量的理想氣體，B為真空（如圖甲），現(xiàn)把隔板抽去，A中的氣體自動充滿整個容器（如圖乙），這個過程稱為氣體的自由膨脹。下列說法正確的是（　　）
A.自由膨脹過程中，氣體分子做無規(guī)則熱運(yùn)動
B.自由膨脹前后，氣體的壓強(qiáng)減小
C.自由膨脹前后，氣體的溫度不變
D.容器中的氣體在足夠長的時間內(nèi)，能全部自動回到A部分
6.（2024·山東高考6題）一定質(zhì)量理想氣體經(jīng)歷如圖所示的循環(huán)過程，a→b過程是等壓過程，b→c過程中氣體與外界無熱量交換，c→a過程是等溫過程。下列說法正確的是（　　）
A.a→b過程，氣體從外界吸收的熱量全部用于對外做功
B.b→c過程，氣體對外做功，內(nèi)能增加
C.a→b→c過程，氣體從外界吸收的熱量全部用于對外做功
D.a→b過程，氣體從外界吸收的熱量等于c→a過程放出的熱量
7.〔多選〕（2025·河北秦皇島市模擬）一定質(zhì)量的理想氣體，狀態(tài)變化依次經(jīng)歷a→b，再經(jīng)歷b→c的過程，其壓強(qiáng)p和溫度T的關(guān)系如圖所示，根據(jù)p-T圖像，下列說法正確的是（　　）
A.狀態(tài)a的體積小于狀態(tài)c的體積
B.狀態(tài)a的內(nèi)能大于狀態(tài)c的內(nèi)能
C.a→b的過程，氣體從外界吸熱
D.b→c的過程，氣體的分子數(shù)密度增大
8.（2025·福建莆田一中模擬考試）如圖所示，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a開始按箭頭所示經(jīng)一系列狀態(tài)變化又回到狀態(tài)a。由圖可知，氣體在a、b、c三個狀態(tài)的密度ρa(bǔ)、ρb、ρc的大小關(guān)系是　　　　，氣體分子的平均動能Eka、Ekb、Ekc的大小關(guān)系是　　　　，從狀態(tài)a又回到狀態(tài)a的過程，氣體　　　　（選填“從外界吸收”或“向外界放出”）熱量。
9.（2024·湖北高考13題）如圖所示，在豎直放置、開口向上的圓柱形容器內(nèi)用質(zhì)量為m的活塞密封一部分理想氣體，活塞橫截面積為S，能無摩擦地滑動。初始時容器內(nèi)氣體的溫度為T0，氣柱的高度為h。當(dāng)容器內(nèi)氣體從外界吸收一定熱量后，活塞緩慢上升h再次平衡。已知容器內(nèi)氣體內(nèi)能變化量ΔU與溫度變化量ΔT的關(guān)系式為ΔU＝CΔT，C為已知常量，大氣壓強(qiáng)恒為p0，重力加速度大小為g，所有溫度為熱力學(xué)溫度。求：
（1）再次平衡時容器內(nèi)氣體的溫度；
（2）此過程中容器內(nèi)氣體吸收的熱量。
10.（2024·貴州高考13題）制作水火箭是青少年科技活動的常見項(xiàng)目之一。某研究小組為了探究水火箭在充氣與噴水過程中氣體的熱學(xué)規(guī)律，把水火箭的塑料容器豎直固定，其中A、C分別是塑料容器的充氣口、噴水口，B是氣壓計(jì)，如圖a所示。在室溫環(huán)境下，容器內(nèi)裝入一定質(zhì)量的水，此時容器內(nèi)的氣體體積為V0，壓強(qiáng)為p0，現(xiàn)緩慢充氣后壓強(qiáng)變?yōu)?p0，不計(jì)容器的容積變化。
（1）設(shè)充氣過程中氣體溫度不變，求充入的氣體在該室溫環(huán)境下壓強(qiáng)為p0時的體積；
（2）打開噴水口閥門，噴出一部分水后關(guān)閉閥門，容器內(nèi)氣體從狀態(tài)M變化到狀態(tài)N，其壓強(qiáng)p與體積V的變化關(guān)系如圖b中實(shí)線所示，已知?dú)怏w在狀態(tài)N時的體積為V1，壓強(qiáng)為p1。求氣體在狀態(tài)N與狀態(tài)M時的熱力學(xué)溫度之比；
（3）圖b中虛線MN'是容器內(nèi)氣體在絕熱（既不吸熱也不放熱）條件下壓強(qiáng)p與體積V的變化關(guān)系圖線，試判斷氣體在圖b中沿實(shí)線從M到N的過程是吸熱還是放熱。（不需要說明理由）
第3講　熱力學(xué)定律與能量守恒定律
1.CD　做功和傳熱都能改變物體的內(nèi)能，根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W可知，當(dāng)外界對物體做功時，物體的內(nèi)能不一定增加，同理當(dāng)外界對物體傳遞熱量時，物體的內(nèi)能也不一定增加，故A、B錯誤；由ΔU＝Q＋W可知，若物體對外界做功的同時吸收熱量，物體的內(nèi)能可能增加，同理物體向外界放熱的同時外界對物體做功，物體的內(nèi)能可能增加，故C、D正確。
2.AC　充氣袋四周被擠壓時，體積減小，外界對氣體做功，即氣體對外界做負(fù)功，根據(jù)熱力學(xué)第一定律知，氣體的內(nèi)能增大，故A、C正確，D錯誤；氣體的內(nèi)能增大，溫度升高，體積減小，根據(jù)＝C可知?dú)怏w的壓強(qiáng)必定增大，故B錯誤。
3.BD　熱力學(xué)第一定律是熱現(xiàn)象中內(nèi)能與其他形式能的轉(zhuǎn)化規(guī)律，是能量守恒定律的具體表現(xiàn)，適用于所有的熱學(xué)過程，故C錯誤；根據(jù)熱力學(xué)第二定律，熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，必須借助于其他系統(tǒng)做功，故A錯誤，B正確；壓縮機(jī)工作時會發(fā)熱，將一部分電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能消耗掉，這種影響沒法消除，故D正確。
4.A　等壓過程中氣體膨脹，對外做功時力的大小不變，而等溫過程中氣體膨脹，壓強(qiáng)減小，對外做功的力減小，所做的功小于等壓過程做的功，W1＞W(wǎng)2；等壓過程時溫度升高，氣體內(nèi)能增大，而等溫過程時，氣體內(nèi)能不變，則ΔU1＞ΔU2；等壓過程氣體對外做的功多，內(nèi)能增大得多，所以等壓過程中氣體吸收的熱量多，Q1＞Q2，故選項(xiàng)A正確，B、C、D錯誤。
5.ABC　氣體分子一直在做無規(guī)則熱運(yùn)動，即使在自由膨脹過程中也是如此，故A正確；自由膨脹過程中由于不受阻力作用，因此氣體不做功，由于容器絕熱，因此Q＝0，由ΔU＝W＋Q可知，氣體內(nèi)能不變，因此溫度也不變，故C正確；自由膨脹后，溫度不變，體積變大，由玻意耳定律可知，壓強(qiáng)變小，故B正確；凡是與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程都具有方向性，是不可逆的，故D錯誤。
6.C　a→b過程是等壓變化且體積增大，則Wab＜0，由蓋－呂薩克定律可知Tb＞Ta，即ΔUab＞0，根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W可知a→b過程，氣體從外界吸收的熱量一部分用于對外做功，另一部分用于增加內(nèi)能，A錯誤；b→c過程中氣體與外界無熱量交換，即Qbc＝0，又由氣體體積增大可知Wbc＜0，由熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W可知?dú)怏w內(nèi)能減少，B錯誤；c→a過程為等溫過程，可知Tc＝Ta，ΔUac＝0，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知a→b→c過程，氣體從外界吸收的熱量全部用于對外做功，C正確；由A項(xiàng)分析可知Qab＝ΔUab－Wab，由B項(xiàng)分析可知Wbc＝ΔUbc，由C項(xiàng)分析可知0＝Wca＋Qca，又ΔUab＋ΔUbc＝0，聯(lián)立解得Qab－（－Qca）＝－Wca－Wbc－Wab，根據(jù)p-V圖像與坐標(biāo)軸所圍圖形的面積表示氣體對外界做的功，結(jié)合題圖可知Qab－（－Qca）≠0，所以a→b過程氣體從外界吸收的熱量Qab不等于c→a過程放出的熱量－Qca，D錯誤。
圖像分析
7.AC　由理想氣體的狀態(tài)方程＝C，可得p＝T，即p-T圖線上的點(diǎn)與坐標(biāo)原點(diǎn)連線的斜率與體積成反比，由題圖可知ka＝kb＞kc，則有Va＝Vb＜Vc，可知狀態(tài)a的體積小于狀態(tài)c的體積，b→c的過程，氣體的分子數(shù)密度減小，A正確，D錯誤；由題圖可知Ta＜Tc，可知狀態(tài)a的內(nèi)能小于狀態(tài)c的內(nèi)能，B錯誤；a→b的過程，氣體溫度升高，內(nèi)能增大，即ΔU＞0，從狀態(tài)a到狀態(tài)b氣體做等容變化，則W＝0，由熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W，可知Q＞0，氣體從外界吸熱，C正確。
8.ρa(bǔ)＞ρb＝ρc　Eka＝Ekc＜Ekb　從外界吸收
解析：由題圖可知，氣體體積關(guān)系為Va＜Vb＝Vc，氣體的質(zhì)量一定，則密度關(guān)系為ρa(bǔ)＞ρb＝ρc；由理想氣體狀態(tài)方程＝C可知，氣體溫度T＝，由題圖數(shù)據(jù)可得Ta＝Tc＜Tb，溫度越高，分子平均動能越大，則分子平均動能的關(guān)系為Eka＝Ekc＜Ekb；p-V圖像中，氣體沿順時針變化回到初狀態(tài)，可知?dú)怏w對外做功，從狀態(tài)a又回到狀態(tài)a，溫度不變，內(nèi)能不變，由熱力學(xué)第一定律可知，氣體從外界吸收熱量。
9.（1）T0　（2）（CT0＋mgh＋p0Sh）
解析：（1）設(shè)容器內(nèi)氣體初、末狀態(tài)體積分別為V0、V，末狀態(tài)溫度為T，由蓋－呂薩克定律得
＝
其中V0＝Sh，V＝S
聯(lián)立解得T＝T0。
（2）設(shè)此過程中容器內(nèi)氣體吸收的熱量為Q，外界對氣體做的功為W，由熱力學(xué)第一定律得ΔU＝Q＋W
其中ΔU＝C（T－T0）
W＝－（mg＋p0S）h
聯(lián)立解得Q＝（CT0＋mgh＋p0Sh）。
10.（1）3V0　 （2）　（3）吸熱
解析：（1）設(shè)充入的氣體在該室溫環(huán)境下壓強(qiáng)為p0時的體積為V，充氣過程中氣體溫度不變，則有p0V0＋p0V＝4p0V0
解得V＝3V0。
（2）容器內(nèi)氣體從狀態(tài)M變化到狀態(tài)N，由理想氣體的狀態(tài)方程可得
＝
可得＝。
（3）由p-V圖像與橫坐標(biāo)軸所圍面積表示氣體做功可知，從M到N的過程對外做功更多，N和N'都是從M狀態(tài)變化而來，應(yīng)該相同，可得TN＞TN'
可知從M到N的過程內(nèi)能降低得更少。由熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W可知，從M到N'的過程絕熱，內(nèi)能的減少量等于氣體對外做功；從M到N的過程氣體對外做功更多，內(nèi)能降低反而更少，則氣體必然吸熱。
3 / 3第3講　熱力學(xué)定律與能量守恒定律
熱力學(xué)第一定律
1.改變物體內(nèi)能的兩種方式：　　　　和傳熱。
2.熱力學(xué)第一定律
（1）內(nèi)容：一個熱力學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)能變化量等于外界向它傳遞的　　　　與外界對它所做的功的　　　。
（2）表達(dá)式：ΔU＝　　　　。
（3）ΔU＝　　　　中正、負(fù)號法則
物理量意義符號 W Q ΔU
＋ 外界對物體做功 物體　　　熱量 內(nèi)能　
－ 物體對外界做功 物體　　　　　　熱量 內(nèi)能　　　　　　
3.能量守恒定律
（1）內(nèi)容
能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式，或者從一個物體　　　到別的物體，在轉(zhuǎn)化或　　　　的過程中，能量的總量保持不變。
（2）條件性
能量守恒是自然界的普遍規(guī)律，某一種形式的能是否守恒是有條件的。
（3）第一類永動機(jī)是不可能制成的，它違背了　　　　　。
熱力學(xué)第二定律
1.熱力學(xué)第二定律的兩種表述
（1）克勞修斯表述：熱量不能　　　　從低溫物體傳到高溫物體。
（2）開爾文表述：不可能從　　　　熱庫吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響。
2.熱力學(xué)第二定律的微觀意義
一切自發(fā)過程總是沿著分子熱運(yùn)動的無序性增大的方向進(jìn)行。
3.用熵的概念表示熱力學(xué)第二定律
在自發(fā)過程中，系統(tǒng)總是自發(fā)地向　　　　方向發(fā)展，即一個孤立系統(tǒng)的熵值總是　　　　的。（　　　　　　　）
4.第二類永動機(jī)
從單一熱庫吸收熱量并把它全部用來對外做功，而不產(chǎn)生其他影響的機(jī)器。
它違背了　　　　　　　，不可能實(shí)現(xiàn)。
5.能源是有限的
（1）每天我們使用的能源最后都轉(zhuǎn)化成了內(nèi)能，能源消耗使得周圍環(huán)境升溫。根據(jù)熱力學(xué)第二定律，分散在環(huán)境中的內(nèi)能不能自動聚集起來驅(qū)動機(jī)器做功了。這樣的轉(zhuǎn)化過程叫作“　　　　　　”。
（2）所謂能源，其實(shí)是指具有高品質(zhì)的容易利用的　　　　　　，例如石油、天然氣、煤等。能源的使用過程中雖然能的總量保持守恒，但能量的　　　　下降了。雖然能量總量不會減少，但能源會逐步減少，因此能源是有限的資源。
1.做功和傳熱都能改變物體的內(nèi)能，其實(shí)質(zhì)是相同的。（　　）
2.絕熱過程中，外界壓縮氣體做功20 J，則氣體的內(nèi)能減少20 J。（　　）
3.根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，凡與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程都具有方向性。（　　）
4.隨著技術(shù)不斷進(jìn)步，熱機(jī)的效率可能達(dá)到100％。（　　）
5.對能源的過度消耗將使自然界的能量不斷減少，形成能源危機(jī)。（　　）
　　
1.（人教版選擇性必修第三冊P53“練習(xí)與應(yīng)用”T1改編）用活塞壓縮汽缸里的空氣，對空氣做了900 J的功，同時汽缸向外散熱210 J，汽缸里空氣的內(nèi)能（　　）
A.增加了1 110 J B.減少了1 110 J
C.增加了690 J D.減少了690 J
2.〔多選〕（人教版選擇性必修第三冊P63“練習(xí)與應(yīng)用”T2改編）下列現(xiàn)象中能夠發(fā)生的是（　　）
A.一杯熱茶在打開杯蓋后，茶會自動變得更熱
B.蒸汽機(jī)把蒸汽的內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化成機(jī)械能
C.桶中混濁的泥水在靜置一段時間后，泥沙下沉，上面的水變清，泥、水自動分離
D.電冰箱通電后把箱內(nèi)低溫物體的熱量傳到箱外高溫物體
3.〔多選〕（2024·河北高考9題）如圖，水平放置的密閉絕熱汽缸被導(dǎo)熱活塞分成左右兩部分，左側(cè)封閉一定質(zhì)量的理想氣體，右側(cè)為真空，活塞與汽缸右壁中央用一根輕質(zhì)彈簧水平連接。汽缸內(nèi)壁光滑且水平長度大于彈簧自然長度，彈簧的形變始終在彈性限度內(nèi)且體積忽略不計(jì)。活塞初始時靜止在汽缸正中間，后因活塞密封不嚴(yán)發(fā)生緩慢移動，活塞重新靜止后（　　）
A.彈簧恢復(fù)至自然長度
B.活塞兩側(cè)氣體質(zhì)量相等
C.與初始時相比，汽缸內(nèi)氣體的內(nèi)能增加
D.與初始時相比，活塞左側(cè)單位體積內(nèi)氣體分子數(shù)減少
考點(diǎn)一　熱力學(xué)定律與能量守恒定律
1.熱力學(xué)第一定律表達(dá)式的正、負(fù)號法則
物理量 ＋ －
W 外界對物體做功 物體對外界做功
Q 物體吸收熱量 物體放出熱量
ΔU 內(nèi)能增加 內(nèi)能減少
2.熱力學(xué)第一定律的三種特殊情況
（1）絕熱過程：Q＝0，W＝ΔU，外界對物體做的功等于物體內(nèi)能的增加。
（2）不做功的過程：W＝0，Q＝ΔU，物體吸收的熱量等于物體內(nèi)能的增加。
（3）內(nèi)能不變的過程：W＋Q＝0，即物體吸收的熱量全部用來對外做功，或外界對物體做的功等于物體放出的熱量。
3.在熱力學(xué)第二定律的表述中，“自發(fā)地”“不產(chǎn)生其他影響”的含義
（1）“自發(fā)地”指明了熱傳遞等熱力學(xué)宏觀現(xiàn)象的方向性，不需要借助外界提供能量。
（2）“不產(chǎn)生其他影響”的含義是發(fā)生的熱力學(xué)宏觀過程只在本系統(tǒng)內(nèi)完成，對周圍環(huán)境不產(chǎn)生熱力學(xué)方面的影響。如吸熱、放熱、做功等。
4.兩類永動機(jī)的比較
第一類永動機(jī) 第二類永動機(jī)
不需要任何動力或燃料，卻能不斷地對外做功的機(jī)器 從單一熱源吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響的機(jī)器
違背能量守恒定律，不可能制成 不違背能量守恒定律，但違背熱力學(xué)第二定律，不可能制成
【練1】 關(guān)于兩類永動機(jī)和熱力學(xué)的兩個定律，下列說法正確的是（　　）
A.第二類永動機(jī)不可能制成是因?yàn)檫`反了熱力學(xué)第一定律
B.第一類永動機(jī)不可能制成是因?yàn)檫`反了熱力學(xué)第二定律
C.由熱力學(xué)第一定律可知做功不一定改變內(nèi)能，傳熱也不一定改變內(nèi)能，但同時做功和傳熱一定會改變內(nèi)能
D.由熱力學(xué)第二定律可知從單一熱庫吸收熱量，完全變成功是可能的
【練2】 日常生活中使用的燃油汽車，其動力來源于發(fā)動機(jī)內(nèi)部的汽缸，在汽缸內(nèi)，通過氣體燃燒將氣體的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，下列說法正確的是（　　）
A.現(xiàn)代汽車技術(shù)已經(jīng)非常先進(jìn)，能夠使氣體燃燒釋放的熱量全部轉(zhuǎn)化成機(jī)械能
B.氣體燃燒過程符合熱力學(xué)第二定律，內(nèi)能無法全部用來做功以轉(zhuǎn)化成機(jī)械能
C.氣體燃燒釋放的熱量沒有全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，故該過程不符合熱力學(xué)第一定律
D.發(fā)動機(jī)工作時，若沒有漏氣和摩擦，也沒有發(fā)動機(jī)的熱量損失，則燃料產(chǎn)生的熱量能夠完全轉(zhuǎn)化成機(jī)械能
【練3】 如圖是爬山所帶氧氣瓶，氧氣瓶里的氣體容積質(zhì)量不變，爬高過程中，溫度減小，則氣體（　　）
A.對外做功 B.內(nèi)能減小
C.吸收熱量 D.壓強(qiáng)不變
【練4】 （2025·江蘇宿遷市模擬）下列關(guān)于能量守恒定律的認(rèn)識，錯誤的是（　　）
A.某種形式的能量減少，一定存在其他形式的能量增加
B.某個物體的能量減少，必然有其他物體的能量增加
C.對物體做功，物體的內(nèi)能可能減小
D.石子從空中落下，最后停止在地面上，說明石子的能量消失了
考點(diǎn)二　熱力學(xué)第一定律與氣體狀態(tài)變化圖像的綜合
　處理熱力學(xué)第一定律與氣體狀態(tài)變化圖像的綜合問題的思路
（1）根據(jù)氣體狀態(tài)變化圖像的特點(diǎn)判斷氣體的溫度、體積的變化情況，從而判斷氣體與外界的吸、放熱情況及做功情況。
（2）在p-V圖像中，圖線與V軸圍成的面積表示氣體對外界或外界對氣體做的功。
（3）結(jié)合熱力學(xué)第一定律判斷有關(guān)問題。
〔多選〕（2024·新課標(biāo)卷21題）如圖，一定量理想氣體的循環(huán)由下面4個過程組成：1→2為絕熱過程（過程中氣體不與外界交換熱量），2→3為等壓過程，3→4為絕熱過程，4→1為等容過程。上述四個過程是四沖程柴油機(jī)工作循環(huán)的主要過程。下列說法正確的是（　　）
A.1→2過程中，氣體內(nèi)能增加
B.2→3過程中，氣體向外放熱
C.3→4過程中，氣體內(nèi)能不變
D.4→1過程中，氣體向外放熱
嘗試解答
（本題取材于魯科版選擇性必修第三冊P61“節(jié)練習(xí)”T4）
　〔多選〕如圖所示，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a經(jīng)等容過程到達(dá)狀態(tài)b，再經(jīng)過等壓過程到達(dá)狀態(tài)c，最后經(jīng)等溫過程回到初態(tài)a。下列說法正確的是（　　）
A.在過程ca中，外界對氣體做功
B.在過程ab中，氣體對外界做功
C.在過程bc中，氣體從外界吸收熱量
D.在過程ca中，氣體從外界吸收熱量
〔多選〕（2024·海南高考11題）如圖，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a開始經(jīng)ab、bc、ca三個過程回到原狀態(tài)，已知ab垂直于T軸，bc延長線過坐標(biāo)原點(diǎn)O，下列說法正確的是（　　）
A.bc過程外界對氣體做功
B.ca過程氣體壓強(qiáng)不變
C.ab過程氣體放出熱量
D.ca過程氣體內(nèi)能減小
嘗試解答
一定質(zhì)量的理想氣體由狀態(tài)a開始，經(jīng)歷ab、bc、ca三個過程回到原狀態(tài)，其p-T圖像如圖所示，氣體在三個狀態(tài)的體積分別為Va、Vb、Vc，壓強(qiáng)分別為pa、pb、pc。已知pb＝p0，pc＝4p0，則下列說法正確的是（　　）
A.pa＝3p0
B.Vb＝3Vc
C.從狀態(tài)a到狀態(tài)b，氣體對外做功
D.從狀態(tài)c到狀態(tài)a，氣體從外界吸熱
嘗試解答
熱力學(xué)第一定律與氣體實(shí)驗(yàn)定律的綜合
　求解氣體實(shí)驗(yàn)定律與熱力學(xué)第一定律的綜合問題的一般思路
（2024·重慶高考3題）某救生手環(huán)主要由高壓氣罐密閉。氣囊內(nèi)視為理想氣體。密閉氣囊與人一起上浮的過程中。若氣囊內(nèi)氣體溫度不變，體積增大，則（　　）
A.外界對氣囊內(nèi)氣體做正功
B.氣囊內(nèi)氣體壓強(qiáng)增大
C.氣囊內(nèi)氣體內(nèi)能增大
D.氣囊內(nèi)氣體從外界吸熱
嘗試解答
（2025·江蘇省南京市六校聯(lián)考）如圖所示，一臺四沖程內(nèi)燃機(jī)，活塞在壓縮沖程某段時間內(nèi)移動的距離為L，這段過程對氣體的壓力逐漸增大，其做的功相當(dāng)于恒力F使活塞移動相同距離所做的功。已知活塞的面積為S，開始壓縮時汽缸內(nèi)氣體的體積為V0，溫度為T0，壓強(qiáng)為p0。假設(shè)氣體可視為理想氣體，溫度處處相同。
（1）若氣體被壓縮后的溫度為T，則被壓縮后氣體的壓強(qiáng)p為多大？
（2）上述壓縮過程中，氣體傳遞給汽缸的熱量為Q，則氣體內(nèi)能的變化量是多少？
嘗試解答
（2024·浙江1月選考17題）如圖所示，一個固定在水平面上的絕熱容器被隔板A分成體積均為V1＝750 cm3的左右兩部分。面積為S＝100 cm2的絕熱活塞B被鎖定，隔板A的左側(cè)為真空，右側(cè)中一定質(zhì)量的理想氣體處于溫度T1＝300 K、壓強(qiáng)p1＝2.04×105 Pa的狀態(tài)1。抽取隔板A，右側(cè)中的氣體就會擴(kuò)散到左側(cè)中，最終達(dá)到狀態(tài)2。然后解鎖活塞B，同時施加水平恒力F，仍使其保持靜止，當(dāng)電阻絲C加熱時，活塞B能緩慢滑動（無摩擦），使氣體達(dá)到溫度T3＝350 K的狀態(tài)3，氣體內(nèi)能增加ΔU＝63.8 J。已知大氣壓強(qiáng)p0＝1.01×105 Pa，隔板厚度不計(jì)。
（1）氣體從狀態(tài)1到狀態(tài)2是　　　　（選填“可逆”或“不可逆”）過程，分子平均動能　　　　（選填“增大”“減小”或“不變”）；
（2）求水平恒力F的大小；
（3）求電阻絲C放出的熱量Q。
嘗試解答
第3講　熱力學(xué)定律與能量守恒定律
【立足“四層”·夯基礎(chǔ)】
基礎(chǔ)知識梳理
知識點(diǎn)1
1.做功　2.（1）熱量　和　（2）Q＋W　（3）Q＋W　吸收
增加　放出　減少　3.（1）轉(zhuǎn)移　轉(zhuǎn)移　（3）能量守恒定律
知識點(diǎn)2
1.（1）自發(fā)地　（2）單一　3.無序　不減少　熵增加原理
4.熱力學(xué)第二定律　5.（1）能量耗散　（2）儲能物質(zhì)　品質(zhì)
易錯易混辨析
1.×　2.×　3.√　4.×　5.×
雙基落實(shí)筑牢
1.C　由熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q，得ΔU＝900 J－210 J＝690 J，即內(nèi)能增加690 J，C正確。
2.CD　熱量只會自發(fā)地從高溫物體傳到低溫物體，而不會自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，故A錯誤；機(jī)械能可以完全轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而內(nèi)能卻不能完全轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，故B錯誤；桶中混濁的泥水在靜置一段時間后，泥沙下沉，上面的水變清，泥、水自動分離是因?yàn)槟嗌车拿芏却笥谒士梢苑蛛x，故C正確；電冰箱通電后由于壓縮機(jī)做功從而將箱內(nèi)低溫物體的熱量傳到箱外的高溫物體，故D正確。
3.ACD　活塞密封不嚴(yán)，左側(cè)封閉氣體向右側(cè)真空擴(kuò)散，當(dāng)活塞重新靜止時，活塞左右兩側(cè)氣體壓強(qiáng)相等，對活塞受力分析可知，其不受彈簧彈力，即彈簧恢復(fù)至自然長度，A正確；由于初始時活塞左側(cè)有氣體、右側(cè)真空且活塞靜止，則初始時彈簧處于壓縮狀態(tài)，又此時活塞靜止在汽缸正中間，則當(dāng)活塞重新靜止時，有V左＜V右，又活塞左右兩側(cè)氣體為同種氣體且壓強(qiáng)和溫度都相等，則活塞左右兩側(cè)氣體的密度相等，由m＝ρV可知，活塞左側(cè)氣體的質(zhì)量小于右側(cè)氣體的質(zhì)量，B錯誤；由于系統(tǒng)絕熱，則氣體與彈簧組成的系統(tǒng)能量守恒，與初始時相比，活塞重新靜止時彈簧的彈性勢能減少，則氣體的內(nèi)能增加，C正確；結(jié)合A項(xiàng)分析可知，與初始時相比，氣體的體積增大，總分子數(shù)不變，所以活塞左側(cè)單位體積內(nèi)氣體分子數(shù)減少，D正確。
【著眼“四翼”·探考點(diǎn)】
考點(diǎn)一
【練1】 D　第一類永動機(jī)違反能量守恒定律，第二類永動機(jī)違反熱力學(xué)第二定律，故A、B錯誤；由熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W，可知做功不一定改變內(nèi)能，傳熱也不一定改變內(nèi)能，同時做功和傳熱也不一定會改變內(nèi)能，故C錯誤；由熱力學(xué)第二定律可知從單一熱庫吸收熱量，完全變成功是可能的，但會引起其他變化，故D正確。
【練2】 B　根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，熱機(jī)的效率不可能達(dá)到100％，現(xiàn)代汽車技術(shù)已經(jīng)非常先進(jìn)，但也不能夠使氣體燃燒釋放的熱量全部轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，A錯誤；氣體燃燒過程符合熱力學(xué)第二定律，內(nèi)能無法全部用來做功以轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，B正確；氣體燃燒釋放的熱量沒有全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，但該過程符合熱力學(xué)第一定律，C錯誤；根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，熱機(jī)的效率不可能達(dá)到100％，發(fā)動機(jī)工作時，就算沒有漏氣和摩擦，也沒有發(fā)動機(jī)的熱量損失，燃料產(chǎn)生的熱量也不能完全轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，D錯誤。
【練3】 B　由于爬山過程中氣體體積不變，故氣體不對外做功，故A錯誤；爬山過程中溫度減小，則氣體內(nèi)能減小，故B正確；根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知ΔU＝W＋Q，爬山過程中氣體不做功，但內(nèi)能減小，故可知?dú)怏w放出熱量，故C錯誤；爬山過程中氧氣瓶里的氣體容積、質(zhì)量均不變，溫度減小，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程＝C，可知?dú)怏w壓強(qiáng)減小，故D錯誤。
【練4】 D　根據(jù)能量守恒定律可知，某種形式的能量減少，其他形式的能量一定增加，故A正確；某個物體的能量減少，根據(jù)能量守恒定律知，必然有其他物體的能量增加，故B正確；對物體做功，若物體同時向外界放熱，物體的內(nèi)能可能減小，故C正確；石子在運(yùn)動和碰撞中機(jī)械能轉(zhuǎn)化為物體及周圍物體的內(nèi)能，能量并沒有消失，故D錯誤。
考點(diǎn)二
【例1】 AD　1→2為絕熱過程，Q＝0，氣體體積減小，外界對氣體做功，W＞0，由熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W可知ΔU＞0，氣體內(nèi)能增加，A正確；2→3為等壓膨脹過程，W＜0，由蓋－呂薩克定律可知?dú)怏w溫度升高，內(nèi)能增加，即ΔU＞0，由熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W可知Q＞0，氣體從外界吸熱，B錯誤；3→4過程為絕熱過程，Q＝0，氣體體積增大，W＜0，由熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W可知ΔU＜0，氣體內(nèi)能減少，C錯誤；4→1過程中，氣體做等容變化，W＝0，又壓強(qiáng)減小，則由查理定律可知?dú)怏w溫度降低，內(nèi)能減少，即ΔU＜0，由熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W可知Q＜0，氣體對外放熱，D正確。
考教銜接 AC
【例2】 AC　由于bc過程氣體體積減小，則外界對氣體做功，A正確；根據(jù)pV＝CT（C為常量）可得V＝T，根據(jù)題圖可知，ca過程，圖線上的點(diǎn)與坐標(biāo)原點(diǎn)連線的斜率增大，則p減小，B錯誤；ab過程氣體溫度不變，內(nèi)能不變，即ΔU＝0，體積減小，外界對氣體做功，即W＞0，結(jié)合熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W可知，Q＜0，即氣體放出熱量，C正確；ca過程，氣體溫度升高，內(nèi)能增大，D錯誤。
【例3】 D　從狀態(tài)a到狀態(tài)b，氣體體積不變，氣體不對外做功，由查理定律可得＝，又pb＝p0，解得pa＝2p0，故A、C錯誤；從狀態(tài)b到狀態(tài)c，氣體溫度不變，由玻意耳定律可得pbVb＝pcVc，解得Vb＝4Vc，故B錯誤；從狀態(tài)c到狀態(tài)a，溫度升高，內(nèi)能增大，體積增大，氣體對外做功，根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W，可知?dú)怏w吸收熱量，故D正確。
【聚焦“素養(yǎng)”·提能力】
【典例1】 D　氣囊上浮過程，密閉氣體溫度不變，由玻意耳定律pV＝C可知，體積變大，則壓強(qiáng)變小，氣體對外做功，故A、B錯誤；氣體溫度不變，內(nèi)能不變，氣體對外做功，W＜0，由熱力學(xué)第一定律ΔU ＝ Q＋W，可知Q＞0，需要從外界吸熱，故C錯誤，D正確。
【典例2】 （1）　（2）FL－Q
解析：（1）根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程有
＝
解得p＝。
（2）壓縮過程活塞對氣體所做的功W＝FL
根據(jù)熱力學(xué)第一定律有ΔU＝W－Q＝FL－Q。
【典例3】 （1）不可逆　不變　（2）10 N　（3）89.3 J
解析：（1）根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，氣體從狀態(tài)1到狀態(tài)2是不可逆過程，由于隔板A的左側(cè)為真空，可知?dú)怏w從狀態(tài)1到狀態(tài)2，氣體不做功，又沒有發(fā)生熱傳遞，所以氣體的內(nèi)能不變，氣體的溫度不變，分子平均動能不變。
（2）氣體從狀態(tài)1到狀態(tài)2發(fā)生等溫變化，則有p1V1＝p2·2V1
解得狀態(tài)2氣體的壓強(qiáng)為p2＝＝1.02×105 Pa
解鎖活塞B，同時施加水平恒力F，仍使其保持靜止，以活塞B為對象，根據(jù)受力平衡可得
p2S＝p0S＋F
解得F＝（p2－p0）S＝（1.02×105－1.01×105）×100×10－4 N＝10 N。
（3）當(dāng)電阻絲C加熱時，活塞B能緩慢滑動（無摩擦），使氣體達(dá)到溫度T3＝350 K的狀態(tài)3，可知?dú)怏w做等壓變化，則有＝
可得狀態(tài)3氣體的體積為V3＝·2V1＝×2×750 cm3＝1 750 cm3
該過程氣體對外做功為W＝p2ΔV＝p2（V3－2V1）＝1.02×105×（1 750－2×750）×10－6 J＝25.5 J
根據(jù)熱力學(xué)第一定律可得ΔU＝－W＋Q'
解得氣體吸收的熱量為Q'＝ΔU＋W＝63.8 J＋25.5 J＝89.3 J
可知電阻絲C放出的熱量為Q＝Q'＝89.3 J。
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第3講　熱力學(xué)定律與能量守恒定律
高中總復(fù)習(xí)·物理
目 錄
01
立足”四層”·夯基礎(chǔ)
02
著眼“四翼”·探考點(diǎn)
03
聚焦“素養(yǎng)”·提能力
04
培養(yǎng)“思維”·重落實(shí)
概念 公式 定理
立足“四層”·夯基礎(chǔ)
熱力學(xué)第一定律
1. 改變物體內(nèi)能的兩種方式： 和傳熱。
2. 熱力學(xué)第一定律
做功　
（1）內(nèi)容：一個熱力學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)能變化量等于外界向它傳遞的
與外界對它所做的功的 。
（2）表達(dá)式：ΔU＝ 。
熱量　
和　
Q＋W　
（3）ΔU＝ 中正、負(fù)號法則
物理量意義符號 W Q ΔU
＋ 外界對物體做功 物體 熱
量 內(nèi)能
－ 物體對外界做功 物體 熱
量 內(nèi)能
Q＋W　
吸收　
增加　
放出　
減少　
3. 能量守恒定律
（1）內(nèi)容
能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形
式，或者從一個物體 到別的物體，在轉(zhuǎn)化或 的過程中，
能量的總量保持不變。
（2）條件性
能量守恒是自然界的普遍規(guī)律，某一種形式的能是否守恒是有條件的。
（3）第一類永動機(jī)是不可能制成的，它違背了 。
轉(zhuǎn)移　
轉(zhuǎn)移　
能量守恒定律　
熱力學(xué)第二定律
1. 熱力學(xué)第二定律的兩種表述
（1）克勞修斯表述：熱量不能 從低溫物體傳到高溫物體。
（2）開爾文表述：不可能從 熱庫吸收熱量，使之完全變成功，
而不產(chǎn)生其他影響。
2. 熱力學(xué)第二定律的微觀意義
一切自發(fā)過程總是沿著分子熱運(yùn)動的無序性增大的方向進(jìn)行。
自發(fā)地　
單一　
3. 用熵的概念表示熱力學(xué)第二定律
在自發(fā)過程中，系統(tǒng)總是自發(fā)地向 方向發(fā)展，即一個孤立系統(tǒng)的
熵值總是 的。（　 　）
4. 第二類永動機(jī)
從單一熱庫吸收熱量并把它全部用來對外做功，而不產(chǎn)生其他影響的
機(jī)器。
它違背了 ，不可能實(shí)現(xiàn)。
無序　
不減少　
熵增加原理
熱力學(xué)第二定律　
5. 能源是有限的
（1）每天我們使用的能源最后都轉(zhuǎn)化成了內(nèi)能，能源消耗使得周圍環(huán)境
升溫。根據(jù)熱力學(xué)第二定律，分散在環(huán)境中的內(nèi)能不能自動聚集起來驅(qū)動
機(jī)器做功了。這樣的轉(zhuǎn)化過程叫作“ ”。
（2）所謂能源，其實(shí)是指具有高品質(zhì)的容易利用的 ，例如
石油、天然氣、煤等。能源的使用過程中雖然能的總量保持守恒，但能量
的 下降了。雖然能量總量不會減少，但能源會逐步減少，因此能
源是有限的資源。
能量耗散　
儲能物質(zhì)　
品質(zhì)　
1. 做功和傳熱都能改變物體的內(nèi)能，其實(shí)質(zhì)是相同的。 （　×　）
2. 絕熱過程中，外界壓縮氣體做功20 J，則氣體的內(nèi)能減少20 J。
（　×　）
3. 根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，凡與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程都具有方向性。
（　√　）
4. 隨著技術(shù)不斷進(jìn)步，熱機(jī)的效率可能達(dá)到100％。 （　×　）
5. 對能源的過度消耗將使自然界的能量不斷減少，形成能源危機(jī)。
（　×　）
×
×
√
×
×
1. （人教版選擇性必修第三冊P53“練習(xí)與應(yīng)用”T1改編）用活塞壓縮汽
缸里的空氣，對空氣做了900 J的功，同時汽缸向外散熱210 J，汽缸里空氣
的內(nèi)能（　　）
A. 增加了1 110 J B. 減少了1 110 J
C. 增加了690 J D. 減少了690 J
解析： 　由熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q，得ΔU＝900 J－210 J＝690 J，即
內(nèi)能增加690 J，C正確。
√
2. 〔多選〕（人教版選擇性必修第三冊P63“練習(xí)與應(yīng)用”T2改編）下列
現(xiàn)象中能夠發(fā)生的是（　　）
A. 一杯熱茶在打開杯蓋后，茶會自動變得更熱
B. 蒸汽機(jī)把蒸汽的內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化成機(jī)械能
C. 桶中混濁的泥水在靜置一段時間后，泥沙下沉，上面的水變清，泥、水
自動分離
D. 電冰箱通電后把箱內(nèi)低溫物體的熱量傳到箱外高溫物體
√
√
解析： 　熱量只會自發(fā)地從高溫物體傳到低溫物體，而不會自發(fā)地從低
溫物體傳到高溫物體，故A錯誤；機(jī)械能可以完全轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而內(nèi)能卻
不能完全轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，故B錯誤；桶中混濁的泥水在靜置一段時間后，
泥沙下沉，上面的水變清，泥、水自動分離是因?yàn)槟嗌车拿芏却笥谒?br/>可以分離，故C正確；電冰箱通電后由于壓縮機(jī)做功從而將箱內(nèi)低溫物體
的熱量傳到箱外的高溫物體，故D正確。
3. 〔多選〕（2024·河北高考9題）如圖，水平放置的密閉絕熱汽缸被導(dǎo)熱
活塞分成左右兩部分，左側(cè)封閉一定質(zhì)量的理想氣體，右側(cè)為真空，活塞
與汽缸右壁中央用一根輕質(zhì)彈簧水平連接。汽缸內(nèi)壁光滑且水平長度大于
彈簧自然長度，彈簧的形變始終在彈性限度內(nèi)且體積忽略不計(jì)。活塞初始
時靜止在汽缸正中間，后因活塞密封不嚴(yán)發(fā)生緩慢移動，活塞重新靜止后
（　　）
A. 彈簧恢復(fù)至自然長度
B. 活塞兩側(cè)氣體質(zhì)量相等
C. 與初始時相比，汽缸內(nèi)氣體的內(nèi)能增加
D. 與初始時相比，活塞左側(cè)單位體積內(nèi)氣體分子數(shù)
減少
√
√
√
解析： 　活塞密封不嚴(yán)，左側(cè)封閉氣體向右側(cè)真空擴(kuò)散，當(dāng)活塞重新
靜止時，活塞左右兩側(cè)氣體壓強(qiáng)相等，對活塞受力分析可知，其不受彈簧
彈力，即彈簧恢復(fù)至自然長度，A正確；由于初始時活塞左側(cè)有氣體、右
側(cè)真空且活塞靜止，則初始時彈簧處于壓縮狀態(tài)，又此時活塞靜止在汽缸
正中間，則當(dāng)活塞重新靜止時，有V左＜V右，又活塞左右兩側(cè)氣體為同種
氣體且壓強(qiáng)和溫度都相等，則活塞左右兩側(cè)氣體的密度相等，由m＝ρV可
知，活塞左側(cè)氣體的質(zhì)量小于右側(cè)氣體的質(zhì)量，B錯誤；由于系統(tǒng)絕熱，
則氣體與彈簧組成的系統(tǒng)能量守恒，與初始時相比，活塞重新靜止時彈簧
的彈性勢能減少，則氣體的內(nèi)能增加，C正確；結(jié)合A項(xiàng)分析可知，與初始
時相比，氣體的體積增大，總分子數(shù)不變，所以活塞左側(cè)單位體積內(nèi)氣體
分子數(shù)減少，D正確。
題型 規(guī)律 方法
著眼“四翼”·探考點(diǎn)
考點(diǎn)一　熱力學(xué)定律與能量守恒定律
1. 熱力學(xué)第一定律表達(dá)式的正、負(fù)號法則
物理量 ＋ －
W 外界對物體做功 物體對外界做功
Q 物體吸收熱量 物體放出熱量
ΔU 內(nèi)能增加 內(nèi)能減少
2. 熱力學(xué)第一定律的三種特殊情況
（1）絕熱過程：Q＝0，W＝ΔU，外界對物體做的功等于物體內(nèi)能的
增加。
（2）不做功的過程：W＝0，Q＝ΔU，物體吸收的熱量等于物體內(nèi)能
的增加。
（3）內(nèi)能不變的過程：W＋Q＝0，即物體吸收的熱量全部用來對外做
功，或外界對物體做的功等于物體放出的熱量。
3. 在熱力學(xué)第二定律的表述中，“自發(fā)地”“不產(chǎn)生其他影響”的含義
（1）“自發(fā)地”指明了熱傳遞等熱力學(xué)宏觀現(xiàn)象的方向性，不需要借助
外界提供能量。
（2）“不產(chǎn)生其他影響”的含義是發(fā)生的熱力學(xué)宏觀過程只在本系統(tǒng)內(nèi)
完成，對周圍環(huán)境不產(chǎn)生熱力學(xué)方面的影響。如吸熱、放熱、做功等。
4. 兩類永動機(jī)的比較
第一類永動機(jī) 第二類永動機(jī)
不需要任何動力或燃料，卻能
不斷地對外做功的機(jī)器 從單一熱源吸收熱量，使之完全變成
功，而不產(chǎn)生其他影響的機(jī)器
違背能量守恒定律，不可能制
成 不違背能量守恒定律，但違背熱力學(xué)第
二定律，不可能制成
【練1】 關(guān)于兩類永動機(jī)和熱力學(xué)的兩個定律，下列說法正確的是
（　　）
A. 第二類永動機(jī)不可能制成是因?yàn)檫`反了熱力學(xué)第一定律
B. 第一類永動機(jī)不可能制成是因?yàn)檫`反了熱力學(xué)第二定律
C. 由熱力學(xué)第一定律可知做功不一定改變內(nèi)能，傳熱也不一定改變內(nèi)能，
但同時做功和傳熱一定會改變內(nèi)能
D. 由熱力學(xué)第二定律可知從單一熱庫吸收熱量，完全變成功是可能的
√
解析： 　第一類永動機(jī)違反能量守恒定律，第二類永動機(jī)違反熱力學(xué)第
二定律，故A、B錯誤；由熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W，可知做功不一定改
變內(nèi)能，傳熱也不一定改變內(nèi)能，同時做功和傳熱也不一定會改變內(nèi)能，
故C錯誤；由熱力學(xué)第二定律可知從單一熱庫吸收熱量，完全變成功是可
能的，但會引起其他變化，故D正確。
【練2】 日常生活中使用的燃油汽車，其動力來源于發(fā)動機(jī)內(nèi)部的汽缸，
在汽缸內(nèi)，通過氣體燃燒將氣體的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，下列說法正確的是
（　　）
A. 現(xiàn)代汽車技術(shù)已經(jīng)非常先進(jìn)，能夠使氣體燃燒釋放的熱量全部轉(zhuǎn)化成
機(jī)械能
B. 氣體燃燒過程符合熱力學(xué)第二定律，內(nèi)能無法全部用來做功以轉(zhuǎn)化成機(jī)
械能
C. 氣體燃燒釋放的熱量沒有全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，故該過程不符合熱力學(xué)第
一定律
D. 發(fā)動機(jī)工作時，若沒有漏氣和摩擦，也沒有發(fā)動機(jī)的熱量損失，則燃
料產(chǎn)生的熱量能夠完全轉(zhuǎn)化成機(jī)械能
√
解析： 根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，熱機(jī)的效率不可能達(dá)到100％，
現(xiàn)代汽車技術(shù)已經(jīng)非常先進(jìn)，但也不能夠使氣體燃燒釋放的熱量全部
轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，A錯誤；氣體燃燒過程符合熱力學(xué)第二定律，內(nèi)能無法
全部用來做功以轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，B正確；氣體燃燒釋放的熱量沒有全部
轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，但該過程符合熱力學(xué)第一定律，C錯誤；根據(jù)熱力學(xué)第
二定律可知，熱機(jī)的效率不可能達(dá)到100％，發(fā)動機(jī)工作時，就算沒有
漏氣和摩擦，也沒有發(fā)動機(jī)的熱量損失，燃料產(chǎn)生的熱量也不能完全
轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，D錯誤。
【練3】 如圖是爬山所帶氧氣瓶，氧氣瓶里的氣體容積質(zhì)量不變，爬高過
程中，溫度減小，則氣體（　　）
A. 對外做功
B. 內(nèi)能減小
C. 吸收熱量
D. 壓強(qiáng)不變
√
解析： 　由于爬山過程中氣體體積不變，故氣體不對外做功，故A錯誤；
爬山過程中溫度減小，則氣體內(nèi)能減小，故B正確；根據(jù)熱力學(xué)第一定律
可知ΔU＝W＋Q，爬山過程中氣體不做功，但內(nèi)能減小，故可知?dú)怏w放出
熱量，故C錯誤；爬山過程中氧氣瓶里的氣體容積、質(zhì)量均不變，溫度減
小，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程＝C，可知?dú)怏w壓強(qiáng)減小，故D錯誤。
【練4】 （2025·江蘇宿遷市模擬）下列關(guān)于能量守恒定律的認(rèn)識，錯誤的
是（　　）
A. 某種形式的能量減少，一定存在其他形式的能量增加
B. 某個物體的能量減少，必然有其他物體的能量增加
C. 對物體做功，物體的內(nèi)能可能減小
D. 石子從空中落下，最后停止在地面上，說明石子的能量消失了
√
解析： 　根據(jù)能量守恒定律可知，某種形式的能量減少，其他形式的能
量一定增加，故A正確；某個物體的能量減少，根據(jù)能量守恒定律知，必
然有其他物體的能量增加，故B正確；對物體做功，若物體同時向外界放
熱，物體的內(nèi)能可能減小，故C正確；石子在運(yùn)動和碰撞中機(jī)械能轉(zhuǎn)化為
物體及周圍物體的內(nèi)能，能量并沒有消失，故D錯誤。
考點(diǎn)二　熱力學(xué)第一定律與氣體狀態(tài)變化圖像的綜合
　處理熱力學(xué)第一定律與氣體狀態(tài)變化圖像的綜合問題的思路
（1）根據(jù)氣體狀態(tài)變化圖像的特點(diǎn)判斷氣體的溫度、體積的變化情況，
從而判斷氣體與外界的吸、放熱情況及做功情況。
（2）在p-V圖像中，圖線與V軸圍成的面積表示氣體對外界或外界對氣體
做的功。
（3）結(jié)合熱力學(xué)第一定律判斷有關(guān)問題。
〔多選〕（2024·新課標(biāo)卷21題）如圖，一定量理想氣體的循環(huán)由下
面4個過程組成：1→2為絕熱過程（過程中氣體不與外界交換熱量），
2→3為等壓過程，3→4為絕熱過程，4→1為等容過程。上述四個過程是四
沖程柴油機(jī)工作循環(huán)的主要過程。下列說法正確的是（　　）
A. 1→2過程中，氣體內(nèi)能增加
B. 2→3過程中，氣體向外放熱
C. 3→4過程中，氣體內(nèi)能不變
D. 4→1過程中，氣體向外放熱
√
√
解析：1→2為絕熱過程，Q＝0，氣體體積減小，外界對氣體做功，W＞
0，由熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W可知ΔU＞0，氣體內(nèi)能增加，A正確；
2→3為等壓膨脹過程，W＜0，由蓋－呂薩克定律可知?dú)怏w溫度升高，內(nèi)能
增加，即ΔU＞0，由熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W可知Q＞0，氣體從外界吸
熱，B錯誤；3→4過程為絕熱過程，Q＝0，氣體體積增大，W＜0，由熱力
學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W可知ΔU＜0，氣體內(nèi)能減少，C錯誤；4→1過程中，
氣體做等容變化，W＝0，又壓強(qiáng)減小，則由查理定律可知?dú)怏w溫度降低，
內(nèi)能減少，即ΔU＜0，由熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W可知Q＜0，氣體對外
放熱，D正確。
　〔多選〕如圖所示，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a經(jīng)等容過程到達(dá)狀態(tài)
b，再經(jīng)過等壓過程到達(dá)狀態(tài)c，最后經(jīng)等溫過程回到初態(tài)a。下列說法正確
的是（　　）
（本題取材于魯科版選擇性必修第三冊P61“節(jié)練習(xí)”T4）
A. 在過程ca中，外界對氣體做功
B. 在過程ab中，氣體對外界做功
C. 在過程bc中，氣體從外界吸收熱量
D. 在過程ca中，氣體從外界吸收熱量
√
√
〔多選〕（2024·海南高考11題）如圖，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a
開始經(jīng)ab、bc、ca三個過程回到原狀態(tài)，已知ab垂直于T軸，bc延長線過坐
標(biāo)原點(diǎn)O，下列說法正確的是（　　）
A. bc過程外界對氣體做功
B. ca過程氣體壓強(qiáng)不變
C. ab過程氣體放出熱量
D. ca過程氣體內(nèi)能減小
√
√
解析：由于bc過程氣體體積減小，則外界對氣體做功，A正確；根據(jù)pV＝
CT（C為常量）可得V＝T，根據(jù)題圖可知，ca過程，圖線上的點(diǎn)與坐標(biāo)
原點(diǎn)連線的斜率增大，則p減小，B錯誤；ab過程氣體溫度不變，內(nèi)能不
變，即ΔU＝0，體積減小，外界對氣體做功，即W＞0，結(jié)合熱力學(xué)第一定
律ΔU＝Q＋W可知，Q＜0，即氣體放出熱量，C正確；ca過程，氣體溫度
升高，內(nèi)能增大，D錯誤。
一定質(zhì)量的理想氣體由狀態(tài)a開始，經(jīng)歷ab、bc、ca三個過程回到原
狀態(tài)，其p-T圖像如圖所示，氣體在三個狀態(tài)的體積分別為Va、Vb、Vc，壓
強(qiáng)分別為pa、pb、pc。已知pb＝p0，pc＝4p0，則下列說法正確的是（　　）
A. pa＝3p0
B. Vb＝3Vc
C. 從狀態(tài)a到狀態(tài)b，氣體對外做功
D. 從狀態(tài)c到狀態(tài)a，氣體從外界吸熱
√
解析：從狀態(tài)a到狀態(tài)b，氣體體積不變，氣體不對外做功，由查理定律可
得＝，又pb＝p0，解得pa＝2p0，故A、C錯誤；從狀態(tài)b到狀態(tài)c，氣體
溫度不變，由玻意耳定律可得pbVb＝pcVc，解得Vb＝4Vc，故B錯誤；從狀
態(tài)c到狀態(tài)a，溫度升高，內(nèi)能增大，體積增大，氣體對外做功，根據(jù)熱力
學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W，可知?dú)怏w吸收熱量，故D正確。
　〔多選〕一定量的理想氣體從狀態(tài)a經(jīng)狀態(tài)b變化到狀態(tài)c，其過程如T-V
圖像上的兩條線段所示，則氣體在（　　）
A. 由a變化到b的過程中，氣體對外做功
B. 由b變化到c的過程中，氣體的壓強(qiáng)不變
C. 由a變化到b的過程中，氣體從外界吸熱
D. 由a變化到b的過程中，從外界吸收的熱量等于其增加的內(nèi)能
√
√
解析： 　根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程＝C可知T＝·V，即T-V圖像的斜率為
，故有pa＝pb＞pc，故B錯誤；理想氣體由a變化到b的過程中，因體積增
大，則氣體對外做功，故A正確；理想氣體由a變化到b的過程中，溫度升
高，則內(nèi)能增大，由熱力學(xué)第一定律有ΔU＝Q＋W，而ΔU＞0，W＜0，則
有ΔU＝Q－｜W｜，可得Q＞0，Q＞ΔU，即氣體從外界吸熱，且從外界吸
收的熱量大于其增加的內(nèi)能，故C正確，D錯誤。
現(xiàn)實(shí) 科技 應(yīng)用
聚焦“素養(yǎng)”·提能力
熱力學(xué)第一定律與氣體實(shí)驗(yàn)定律的綜合
　求解氣體實(shí)驗(yàn)定律與熱力學(xué)第一定律的綜合問題的一般思路
（2024·重慶高考3題）某救生手環(huán)主要由高壓氣罐密閉。氣囊內(nèi)視
為理想氣體。密閉氣囊與人一起上浮的過程中。若氣囊內(nèi)氣體溫度不變，
體積增大，則（　　）
A. 外界對氣囊內(nèi)氣體做正功
B. 氣囊內(nèi)氣體壓強(qiáng)增大
C. 氣囊內(nèi)氣體內(nèi)能增大
D. 氣囊內(nèi)氣體從外界吸熱
√
解析：氣囊上浮過程，密閉氣體溫度不變，由玻意耳定律pV＝C可知，體
積變大，則壓強(qiáng)變小，氣體對外做功，故A、B錯誤；氣體溫度不變，內(nèi)能
不變，氣體對外做功，W＜0，由熱力學(xué)第一定律ΔU ＝ Q＋W，可知Q＞
0，需要從外界吸熱，故C錯誤，D正確。
（2025·江蘇省南京市六校聯(lián)考）如圖所示，一臺四沖程內(nèi)燃機(jī)，
活塞在壓縮沖程某段時間內(nèi)移動的距離為L，這段過程對氣體的壓力逐漸
增大，其做的功相當(dāng)于恒力F使活塞移動相同距離所做的功。已知活塞的
面積為S，開始壓縮時汽缸內(nèi)氣體的體積為V0，溫度為T0，壓強(qiáng)為p0。假設(shè)
氣體可視為理想氣體，溫度處處相同。
（1）若氣體被壓縮后的溫度為T，則被壓縮后氣體的壓強(qiáng)p為多大？
答案： 　
解析： 根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程有＝
解得p＝。
（2）上述壓縮過程中，氣體傳遞給汽缸的熱量為Q，則氣體內(nèi)能的變化量
是多少？
答案： FL－Q
解析： 壓縮過程活塞對氣體所做的功W＝FL
根據(jù)熱力學(xué)第一定律有ΔU＝W－Q＝FL－Q。
（2024·浙江1月選考17題）如圖所示，一個固
定在水平面上的絕熱容器被隔板A分成體積均為V1＝
750 cm3的左右兩部分。面積為S＝100 cm2的絕熱活塞
B被鎖定，隔板A的左側(cè)為真空，右側(cè)中一定質(zhì)量的理想氣體處于溫度T1＝300 K、壓強(qiáng)p1＝2.04×105 Pa的狀態(tài)1。抽取隔板A，右側(cè)中的氣體就會擴(kuò)散到左側(cè)中，最終達(dá)到狀態(tài)2。然后解鎖活塞B，同時施加水平恒力F，仍使其保持靜止，當(dāng)電阻絲C加熱時，活塞B能緩慢滑動（無摩擦），使氣體達(dá)到溫度T3＝350 K的狀態(tài)3，氣體內(nèi)能增加ΔU＝63.8 J。已知大氣壓強(qiáng)p0＝1.01×105 Pa，隔板厚度不計(jì)。
（1）氣體從狀態(tài)1到狀態(tài)2是 （選填“可逆”或“不可逆”）
過程，分子平均動能 （選填“增大”“減小”或“不變”）；
解析： 根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，氣體從狀態(tài)1到狀態(tài)2是不可逆過
程，由于隔板A的左側(cè)為真空，可知?dú)怏w從狀態(tài)1到狀態(tài)2，氣體不做功，
又沒有發(fā)生熱傳遞，所以氣體的內(nèi)能不變，氣體的溫度不變，分子平均動
能不變。
不可逆　
不變　
（2）求水平恒力F的大小；
答案： 10 N　
解析： 氣體從狀態(tài)1到狀態(tài)2發(fā)生等溫變化，則有p1V1＝p2·2V1
解得狀態(tài)2氣體的壓強(qiáng)為p2＝＝1.02×105 Pa
解鎖活塞B，同時施加水平恒力F，仍使其保持靜止，以活塞B為對象，根
據(jù)受力平衡可得
p2S＝p0S＋F
解得F＝（p2－p0）S＝（1.02×105－1.01×105）×100×10－4 N＝10 N。
（3）求電阻絲C放出的熱量Q。
答案： 89.3 J
解析： 當(dāng)電阻絲C加熱時，活塞B能緩慢滑動（無摩擦），使氣體達(dá)
到溫度T3＝350 K的狀態(tài)3，可知?dú)怏w做等壓變化，則有＝
可得狀態(tài)3氣體的體積為V3＝·2V1＝×2×750 cm3＝1 750 cm3
該過程氣體對外做功為W＝p2ΔV＝p2（V3－2V1）＝1.02×105×（1 750－
2×750）×10－6 J＝25.5 J
根據(jù)熱力學(xué)第一定律可得ΔU＝－W＋Q'
解得氣體吸收的熱量為Q'＝ΔU＋W＝63.8 J＋25.5 J＝89.3 J
可知電阻絲C放出的熱量為Q＝Q'＝89.3 J。
培養(yǎng)“思維”·重落實(shí)
夯基 提能 升華
1. 〔多選〕下列有關(guān)物體內(nèi)能改變的說法中，正確的是（　　）
A. 外界對物體做功，物體的內(nèi)能一定增加
B. 外界對物體傳遞熱量，物體的內(nèi)能一定增加
C. 物體對外界做功，物體的內(nèi)能可能增加
D. 物體向外界放熱，物體的內(nèi)能可能增加
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√
√
解析： 做功和傳熱都能改變物體的內(nèi)能，根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝
Q＋W可知，當(dāng)外界對物體做功時，物體的內(nèi)能不一定增加，同理當(dāng)外界
對物體傳遞熱量時，物體的內(nèi)能也不一定增加，故A、B錯誤；由ΔU＝Q
＋W可知，若物體對外界做功的同時吸收熱量，物體的內(nèi)能可能增加，同
理物體向外界放熱的同時外界對物體做功，物體的內(nèi)能可能增加，故C、D
正確。
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2. 〔多選〕用密封性好、充滿氣體的塑料袋包裹易碎品，如圖所示，充氣
袋四周被擠壓時，假設(shè)袋內(nèi)氣體與外界無熱交換，則袋內(nèi)氣體（　　）
A. 體積減小，內(nèi)能增大
B. 體積減小，壓強(qiáng)減小
C. 對外界做負(fù)功，內(nèi)能增大
D. 對外界做正功，壓強(qiáng)減小
解析： 　充氣袋四周被擠壓時，體積減小，外界對氣體做功，即氣體對
外界做負(fù)功，根據(jù)熱力學(xué)第一定律知，氣體的內(nèi)能增大，故A、C正確，D
錯誤；氣體的內(nèi)能增大，溫度升高，體積減小，根據(jù)＝C可知?dú)怏w的壓
強(qiáng)必定增大，故B錯誤。
√
√
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10
3. 〔多選〕如圖所示為電冰箱的工作原理示
意圖，壓縮機(jī)工作時，強(qiáng)迫制冷劑在冰箱內(nèi)
外的管道中不斷循環(huán)，在蒸發(fā)器中制冷劑汽
化吸收箱體內(nèi)的熱量，經(jīng)過冷凝器時制冷劑
液化，放出熱量到箱體外。下列說法正確的是（　）
A. 熱量可以自發(fā)地從冰箱內(nèi)傳到冰箱外
B. 電冰箱的制冷系統(tǒng)能夠不斷地把冰箱內(nèi)的熱量傳到外界，是因?yàn)槠湎?br/>了電能
C. 電冰箱的工作原理違背熱力學(xué)第一定律
D. 電冰箱除了將熱量從低溫?zé)釒靷鞯礁邷責(zé)釒焱猓ぷ鬟^程中所產(chǎn)生的
其他一切影響，無論用任何辦法都不可能加以消除
√
√
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解析： 　熱力學(xué)第一定律是熱現(xiàn)象中內(nèi)能與其他形式能的轉(zhuǎn)化規(guī)律，是
能量守恒定律的具體表現(xiàn)，適用于所有的熱學(xué)過程，故C錯誤；根據(jù)熱力
學(xué)第二定律，熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，必須借助于其他
系統(tǒng)做功，故A錯誤，B正確；壓縮機(jī)工作時會發(fā)熱，將一部分電能轉(zhuǎn)化為
內(nèi)能消耗掉，這種影響沒法消除，故D正確。
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4. 一定質(zhì)量的理想氣體，體積由V1膨脹到V2，如果是通過等壓過程實(shí)現(xiàn)，
做功為W1、傳遞熱量為Q1、內(nèi)能變化為ΔU1；如果是通過等溫過程實(shí)現(xiàn)，
做功為W2、傳遞熱量為Q2、內(nèi)能變化為ΔU2，則下列關(guān)系式正確的是
（　　）
A. W1＞W(wǎng)2，Q1＞Q2，ΔU1＞ΔU2
B. W1＞W(wǎng)2，Q1＞Q2，ΔU1＝ΔU2
C. W1＞W(wǎng)2，Q1＝Q2，ΔU1＝ΔU2
D. W1＜W2，Q1＝Q2，ΔU1＝ΔU2
√
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解析： 　等壓過程中氣體膨脹，對外做功時力的大小不變，而等溫過
程中氣體膨脹，壓強(qiáng)減小，對外做功的力減小，所做的功小于等壓過
程做的功，W1＞W(wǎng)2；等壓過程時溫度升高，氣體內(nèi)能增大，而等溫過
程時，氣體內(nèi)能不變，則ΔU1＞ΔU2；等壓過程氣體對外做的功多，內(nèi)
能增大得多，所以等壓過程中氣體吸收的熱量多，Q1＞Q2，故選項(xiàng)A
正確，B、C、D錯誤。
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5. 〔多選〕（2025·山東日照期末考試）用隔板將一絕熱容器隔成A和B兩
部分，A中有一定質(zhì)量的理想氣體，B為真空（如圖甲），現(xiàn)把隔板抽去，
A中的氣體自動充滿整個容器（如圖乙），這個過程稱為氣體的自由膨
脹。下列說法正確的是（　　）
A. 自由膨脹過程中，氣體分子做
無規(guī)則熱運(yùn)動
B. 自由膨脹前后，氣體的壓強(qiáng)減小
C. 自由膨脹前后，氣體的溫度不變
D. 容器中的氣體在足夠長的時間內(nèi)，能全部自動回到A部分
√
√
√
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解析： 　氣體分子一直在做無規(guī)則熱運(yùn)動，即使在自由膨脹過程中也
是如此，故A正確；自由膨脹過程中由于不受阻力作用，因此氣體不做
功，由于容器絕熱，因此Q＝0，由ΔU＝W＋Q可知，氣體內(nèi)能不變，因此
溫度也不變，故C正確；自由膨脹后，溫度不變，體積變大，由玻意耳定
律可知，壓強(qiáng)變小，故B正確；凡是與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程都具有方向
性，是不可逆的，故D錯誤。
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6. （2024·山東高考6題）一定質(zhì)量理想氣體經(jīng)歷如圖所示的循環(huán)過程，
a→b過程是等壓過程，b→c過程中氣體與外界無熱量交換，c→a過程是等
溫過程。下列說法正確的是（　　）
A. a→b過程，氣體從外界吸收的熱量全部用于對外做功
B. b→c過程，氣體對外做功，內(nèi)能增加
C. a→b→c過程，氣體從外界吸收的熱量全部用于對外做
功
D. a→b過程，氣體從外界吸收的熱量等于c→a過程放出的熱量
√
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解析： 　a→b過程是等壓變化且體積增大，則Wab＜0，由蓋－呂薩克定
律可知Tb＞Ta，即ΔUab＞0，根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W可知a→b過
程，氣體從外界吸收的熱量一部分用于對外做功，另一部分用于增加內(nèi)
能，A錯誤；b→c過程中氣體與外界無熱量交換，即Qbc＝0，又由氣體體
積增大可知Wbc＜0，由熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W可知?dú)怏w內(nèi)能減少，B
錯誤；c→a過程為等溫過程，可知Tc＝Ta，ΔUac＝0，根據(jù)熱力學(xué)第一定律
可知a→b→c過程，氣體從外界吸收的熱量全部用于對外做功，C正確；
由A項(xiàng)分析可知Qab＝ΔUab－Wab，由B項(xiàng)分析可知Wbc＝ΔUbc，由C項(xiàng)分析可
知0＝Wca＋Qca，又ΔUab＋ΔUbc＝0，聯(lián)立解得Qab－（－Qca）＝－Wca－
Wbc－Wab，根據(jù)p-V圖像與坐標(biāo)軸所圍圖形的面積表示氣體對外界做的功，
結(jié)合題圖可知Qab－（－Qca）≠0，所以a→b過程氣體從外界吸收的熱量
Qab不等于c→a過程放出的熱量－Qca，D錯誤。
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圖像分析
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7. 〔多選〕（2025·河北秦皇島市模擬）一定質(zhì)量的理想氣體，狀態(tài)變化
依次經(jīng)歷a→b，再經(jīng)歷b→c的過程，其壓強(qiáng)p和溫度T的關(guān)系如圖所示，根
據(jù)p-T圖像，下列說法正確的是（　　）
A. 狀態(tài)a的體積小于狀態(tài)c的體積
B. 狀態(tài)a的內(nèi)能大于狀態(tài)c的內(nèi)能
C. a→b的過程，氣體從外界吸熱
D. b→c的過程，氣體的分子數(shù)密度增大
√
√
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解析： 　由理想氣體的狀態(tài)方程＝C，可得p＝T，即p-T圖線上的點(diǎn)
與坐標(biāo)原點(diǎn)連線的斜率與體積成反比，由題圖可知ka＝kb＞kc，則有Va＝Vb
＜Vc，可知狀態(tài)a的體積小于狀態(tài)c的體積，b→c的過程，氣體的分子數(shù)密
度減小，A正確，D錯誤；由題圖可知Ta＜Tc，可知狀態(tài)a的內(nèi)能小于狀態(tài)c
的內(nèi)能，B錯誤；a→b的過程，氣體溫度升高，內(nèi)能增大，即ΔU＞0，從
狀態(tài)a到狀態(tài)b氣體做等容變化，則W＝0，由熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W，
可知Q＞0，氣體從外界吸熱，C正確。
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8. （2025·福建莆田一中模擬考試）如圖所示，一
定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a開始按箭頭所示經(jīng)一系
列狀態(tài)變化又回到狀態(tài)a。由圖可知，氣體在a、b、
c三個狀態(tài)的密度ρa(bǔ)、ρb、ρc的大小關(guān)系是 ，
氣體分子的平均動能Eka、Ekb、Ekc的大小關(guān)系是 ，從狀態(tài)a又回到狀態(tài)a的過程，氣體 （選填“從外界吸收”或“向外界放出”）熱量。
ρa(bǔ)＞ρb＝ρc　
Eka＝Ekc＜Ekb　
從外界吸收　
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解析：由題圖可知，氣體體積關(guān)系為Va＜Vb＝Vc，氣體的質(zhì)量一定，則密
度關(guān)系為ρa(bǔ)＞ρb＝ρc；由理想氣體狀態(tài)方程＝C可知，氣體溫度T＝，
由題圖數(shù)據(jù)可得Ta＝Tc＜Tb，溫度越高，分子平均動能越大，則分子平均動
能的關(guān)系為Eka＝Ekc＜Ekb；p-V圖像中，氣體沿順時針變化回到初狀態(tài)，可
知?dú)怏w對外做功，從狀態(tài)a又回到狀態(tài)a，溫度不變，內(nèi)能不變，由熱力學(xué)
第一定律可知，氣體從外界吸收熱量。
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9. （2024·湖北高考13題）如圖所示，在豎直放置、開口
向上的圓柱形容器內(nèi)用質(zhì)量為m的活塞密封一部分理想氣
體，活塞橫截面積為S，能無摩擦地滑動。初始時容器內(nèi)
氣體的溫度為T0，氣柱的高度為h。當(dāng)容器內(nèi)氣體從外界
吸收一定熱量后，活塞緩慢上升h再次平衡。已知容器內(nèi)氣體內(nèi)能變
化量ΔU與溫度變化量ΔT的關(guān)系式為ΔU＝CΔT，C為已知常量，大氣壓強(qiáng)
恒為p0，重力加速度大小為g，所有溫度為熱力學(xué)溫度。求：
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（1）再次平衡時容器內(nèi)氣體的溫度；
答案： T0　
解析： 設(shè)容器內(nèi)氣體初、末狀態(tài)體積分別為V0、V，末狀態(tài)溫度為
T，由蓋－呂薩克定律得＝
其中V0＝Sh，V＝S
聯(lián)立解得T＝T0。
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（2）此過程中容器內(nèi)氣體吸收的熱量。
答案： （CT0＋mgh＋p0Sh）
解析： 設(shè)此過程中容器內(nèi)氣體吸收的熱量為Q，外界對氣體做的功為
W，由熱力學(xué)第一定律得ΔU＝Q＋W
其中ΔU＝C（T－T0）
W＝－（mg＋p0S）h
聯(lián)立解得Q＝（CT0＋mgh＋p0Sh）。
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10. （2024·貴州高考13題）制作水火箭是青少年科技活動的常見項(xiàng)目之
一。某研究小組為了探究水火箭在充氣與噴水過程中氣體的熱學(xué)規(guī)律，把
水火箭的塑料容器豎直固定，其中A、C分別是塑料容器的充氣口、噴水
口，B是氣壓計(jì)，如圖a所示。在室溫環(huán)境下，容器內(nèi)裝入一定質(zhì)量的水，
此時容器內(nèi)的氣體體積為V0，壓強(qiáng)為p0，現(xiàn)緩慢充氣后壓強(qiáng)變?yōu)?p0，不計(jì)
容器的容積變化。
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（1）設(shè)充氣過程中氣體溫度不變，求充入的氣體在該室溫環(huán)境下壓強(qiáng)為p0時的體積；
答案： 3V0　
解析： 設(shè)充入的氣體在該室溫環(huán)境下壓強(qiáng)為p0時的體積為V，充氣過
程中氣體溫度不變，則有p0V0＋p0V＝4p0V0
解得V＝3V0。
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（2）打開噴水口閥門，噴出一部分水后關(guān)閉閥門，容器內(nèi)氣體從狀態(tài)
M變化到狀態(tài)N，其壓強(qiáng)p與體積V的變化關(guān)系如圖b中實(shí)線所示，已知
氣體在狀態(tài)N時的體積為V1，壓強(qiáng)為p1。求氣體在狀態(tài)N與狀態(tài)M時的
熱力學(xué)溫度之比；
答案： 　
解析： 容器內(nèi)氣體從狀態(tài)M變化到狀態(tài)N，
由理想氣體的狀態(tài)方程可得＝
可得＝。
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（3）圖b中虛線MN'是容器內(nèi)氣體在絕熱（既不吸熱也不放熱）條件下壓
強(qiáng)p與體積V的變化關(guān)系圖線，試判斷氣體在圖b中沿實(shí)線從M到N的過程是
吸熱還是放熱。（不需要說明理由）
答案： 吸熱
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解析： 由p-V圖像與橫坐標(biāo)軸所圍面積表示氣體做功可知，從M到N的
過程對外做功更多，N和N'都是從M狀態(tài)變化而來，應(yīng)該相同，可得TN＞
TN'可知從M到N的過程內(nèi)能降低得更少。由熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W可知，從M到N'的過程絕熱，內(nèi)能的減少量等于氣體對外做功；從M到N的過程氣體對外做功更多，內(nèi)能降低反而更少，則氣體必然吸熱。
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THANKS
演示完畢 感謝觀看

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