第三章

熱力學定律第2節(jié)

熱力學第一定律

第3節(jié)

能量守恒定律圖解課標要點_______________________________

手動壓水器通過活塞將壓縮氣囊中的空氣壓入下方的水桶中，水桶中氣體壓強增大，使桶中的水從細管中流出。那么從能量的角度分析，壓力對氣囊做了功，有什么能量增加了呢？如果環(huán)境溫度始終不變，桶內(nèi)外氣體有沒有熱交換呢？學完本節(jié)內(nèi)容，你就會得到答案。學思用·典例詳解例1-1

做功和傳熱都可以改變物體的內(nèi)能，以下說法正確的是(

)DA.物體放出熱量，內(nèi)能一定減少B.物體對外做功，內(nèi)能一定減少C.物體吸收熱量，同時對外做功，內(nèi)能一定減少D.物體放出熱量，同時對外做功，內(nèi)能一定減少

.

.【學會了嗎丨變式題】

A圖3-2-1

B圖3-2-2A.夜晚蓄電池放電，將電能轉(zhuǎn)化為化學能B.風力發(fā)電，將機械能轉(zhuǎn)化為電能C.太陽能電池板將太陽能轉(zhuǎn)化為光能D.太陽能、風能屬于不可再生能源【解析】選項分析正誤A蓄電池在夜晚放電時，將化學能轉(zhuǎn)化為電能。B風力發(fā)電將空氣的機械能轉(zhuǎn)化為電能?！藽太陽能電池板把太陽能轉(zhuǎn)化為電能。D太陽能、風能屬于可再生能源。例2-3

如圖3-2-3所示，一演示用的“永動機”轉(zhuǎn)輪由5根輕桿和轉(zhuǎn)軸構(gòu)成，輕桿的末端裝有用形狀記憶合金制成的葉片。輕推轉(zhuǎn)輪后，進入熱水的葉片因伸展而“劃水”，推動轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動。離開熱水后，葉片形狀迅速恢復，轉(zhuǎn)輪因此能轉(zhuǎn)動較長時間，下列說法正確的是(

)D圖3-2-3A.轉(zhuǎn)輪依靠自身慣性轉(zhuǎn)動，不需要消耗外界能量B.轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動所需能量來自形狀記憶合金自身C.轉(zhuǎn)動的葉片不斷攪動熱水，水溫升高D.葉片在熱水中吸收的熱量一定大于在空氣中釋放的熱量【解析】葉片進入水中后吸熱，形狀發(fā)生改變而攪動熱水，由能量守恒定律知，轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動所需能量來源于熱水，熱水溫度會降低，故A、B、C錯誤；由能量守恒定律知，葉片吸收的熱量一部分轉(zhuǎn)化為葉片的彈性勢能，一部分釋放于空氣中，故D正確。

例3-5

（多選）下列關(guān)于第一類永動機的說法正確的是(

)ABDA.第一類永動機是不消耗任何能量卻能源源不斷地對外做功的機器B.第一類永動機不能制成的原因是違背了熱力學第一定律C.第一類永動機不能制成的原因是技術(shù)問題D.第一類永動機不能制成的原因是違背了能量守恒定律【解析】第一類永動機是不消耗任何能量卻能源源不斷對外做功的機器，這是人們的美好愿望，但它違背了能量守恒定律和熱力學第一定律，這也是它不能制成的原因。選項A、B、D正確，C錯誤。圖3-2-4

圖3-2-5

方法幫

解題課丨關(guān)鍵能力構(gòu)建題型1

熱力學第一定律與理想氣體狀態(tài)方程的綜合應用致經(jīng)典母題

致經(jīng)典·母題探究

B圖3-2-6

.

.母題

致經(jīng)典·母題探究

【答案】內(nèi)能增加

易混易錯

氣體自由膨脹過程（向真空膨脹）對外界不做功?！緦W會了嗎丨變式題】圖3-2-7

B

【解析】選項分析正誤AB氣體溫度升高，則氣體內(nèi)能增加?！藽氣體體積減小，則外界對氣體做正功。D題型2

氣體做功和熱量變化的求解

圖3-2-8（1）汽缸內(nèi)氣體與大氣達到平衡時的體積；

（2）在活塞下降過程中，活塞對氣體做的功及汽缸內(nèi)氣體放出的熱量。

【學會了嗎丨變式題】圖3-2-9

（1）求所加細砂的質(zhì)量；

（2）分析活塞下移過程氣體吸熱還是放熱？并求出吸收或放出了多少熱量。

圖3-2-10

C

巧畫圖像破疑難

【解析】【學會了嗎丨變式題】圖3-2-11

AD

圖3-2-12

BC

【解析】【學會了嗎丨變式題】圖3-2-13

BCEA.氣體一直對外做功B.氣體的內(nèi)能一直增加C.氣體一直從外界吸熱D.氣體吸收的熱量等于其對外做的功E.氣體吸收的熱量等于其內(nèi)能的增加量

ABD圖3-2-14

【學會了嗎丨變式題】圖3-2-15

D

高考幫

考試課丨核心素養(yǎng)聚焦考情揭秘素養(yǎng)點擊基本考查點熱力學第一定律及能量守恒定律的理解及應用。1.知道熱力學第一定律，掌握熱力學第一定律的應用。2.了解能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)過程，體會探索過程中的挫折和失敗對科學發(fā)現(xiàn)的重要意義。3.能運用兩個定律解釋自然現(xiàn)象，求解實際問題。熱點及難點熱力學第一定律與氣體狀態(tài)方程及圖像的綜合應用。題型及難度常以選擇題形式出現(xiàn)，試題難度中等。高考中地位本章的核心內(nèi)容，高考命題熱點?？枷?

熱力學第一定律的應用例13

(2025·安徽卷)在恒溫容器內(nèi)的水中，讓一個導熱良好的氣球緩慢上升。若氣球無漏氣，球內(nèi)氣體（可視為理想氣體）溫度不變，則氣球上升過程中，球內(nèi)氣體(

)AA.對外做功，內(nèi)能不變

B.向外放熱，內(nèi)能減少C.分子的平均動能變小

D.吸收的熱量等于內(nèi)能的增加量命題探源本題與教材第64頁“復習與提高”A組第4題類似。素養(yǎng)探源核心素養(yǎng)考查途徑物理觀念本題結(jié)合氣球在水中緩慢上升這一情境,考查考生對熱力學第一定律相關(guān)內(nèi)容及理想氣體狀態(tài)方程的掌握情況。突出考查考生對基礎(chǔ)知識的理解,強調(diào)物理觀念的形成?？茖W思維通過對氣球在水中上升這一情境的簡化和抽象,建構(gòu)理想氣體等溫變化的模型。建構(gòu)模型尋本質(zhì)【解析】【類題鏈接丨變式題】類題1

(2024·重慶卷)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(

)DA.外界對氣囊內(nèi)氣體做正功

B.氣囊內(nèi)氣體壓強增大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】

.考向2

熱力學第一定律與理想氣體狀態(tài)方程的綜合應用圖3-2-16

（1）從狀態(tài)2到狀態(tài)3，氣體分子平均速率______（填“增大”“不變”或“減小”），單位時間撞擊單位面積瓶壁的分子數(shù)______（填“增大”“不變”或“減小”）；不變減小

本題考查了氣體壓強的微觀意義、玻意耳定律、蓋-呂薩克定律等，通過瓶內(nèi)氣體的等壓和等容變化情境，考查了考生對理想氣體實驗定律和熱力學第一定律的理解。試題立足必備知識，關(guān)注學科能力，難度區(qū)分有度，全面評估考生的學科能力和科學素養(yǎng)?！绢愵}鏈接丨變式題】圖3-2-17

AD

【解析】

選項分析正誤A√BC選項分析正誤D√續(xù)表練習幫

習題課丨學業(yè)質(zhì)量測評A

基礎(chǔ)練丨知識測評建議時間：25分鐘

DA.化學能轉(zhuǎn)化為電能

B.內(nèi)能轉(zhuǎn)化為電能C.光能轉(zhuǎn)化為電能

D.機械能轉(zhuǎn)化為電能【解析】壓電陶瓷片進行能量轉(zhuǎn)化時要消耗機械能，消耗的機械能轉(zhuǎn)化成了電能，故A、B、C錯誤，D正確。2.下列說法正確的是(

)CA.隨著科技的發(fā)展，第一類永動機是可能制成的B.太陽照射到地球上的光能轉(zhuǎn)化成了其他形式的能量，但照射到宇宙空間的能量都消失了C.“既要馬兒跑，又要馬兒不吃草”違背了能量守恒定律，因而是不可能實現(xiàn)的D.有種“全自動”手表，不用上發(fā)條，也不用任何形式的電源，卻能一直走動，說明能量是可能憑空產(chǎn)生的【解析】第一類永動機違背了能量守恒定律，故永遠無法制成，A錯誤；太陽照射到宇宙空間的能量沒有消失，B錯誤；馬兒奔跑時需要消耗能量，故“既要馬兒跑，又要馬兒不吃草”違背了能量守恒定律，因而是不可能實現(xiàn)的，C正確；不用上發(fā)條，也不用任何形式的電源，卻能一直走動的“全自動”手表是通過手臂運動對其做功而工作的，D錯誤。3.(2023·天津卷)如圖所示是爬山所帶氧氣瓶，氧氣瓶里的氣體體積和質(zhì)量均不變，爬高過程中，溫度減小，則氣體(

)BA.對外做功

B.內(nèi)能減小

C.吸收熱量

D.壓強不變【解析】由于爬山過程中氣體體積不變，故氣體不對外做功，A錯誤；爬

D

.

.

BD

不變做正功吸熱

B

綜合練丨選考通關(guān)建議時間：35分鐘7.[鏈接教材第54頁“問題”]如圖所示是中國傳統(tǒng)玩具飲水鳥。在小鳥的面前放上一杯水，用手把鳥嘴浸到水里，小鳥“喝”了一口水后，又直立起來。之后，無需人的干預，小鳥直立一會兒就會自己俯下身去使鳥嘴浸入水中“喝”水，然后又會直立起來。就這樣周而復始，小鳥不停地點頭“喝”水，則下列說法正確的是(

)AA.飲水鳥上下運動的能量來源于周圍空氣的內(nèi)能B.水杯中的水干了之后，小鳥還能點頭“喝”水C.這種玩具飲水鳥是一種永動機D.此現(xiàn)象違背了熱力學第一定律【解析】玩具飲水鳥的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示，飲水鳥的頭和肚子分別為兩個薄壁玻璃球，中間以一個玻璃管連接，肚子內(nèi)部裝有易揮發(fā)的液體。其原理是先把鳥嘴浸濕，水分蒸發(fā)時吸熱使得頭部玻璃球內(nèi)氣壓小于下面玻璃球中的氣壓，從而使玻璃管中的液體上升時，整體重心上移，鳥的身體變得不穩(wěn)定而發(fā)生傾斜，傾斜到一定程度，玻璃管口脫離液面，從而使玻璃管內(nèi)的液體又回流到肚子中，使鳥的身體再回到開始的豎直狀態(tài)，而在剛才傾斜的過程中鳥嘴剛好又沾到了水，鳥回到豎直狀態(tài)后，鳥嘴中的水分蒸發(fā)，重復之前的運動，即飲水鳥上下運動的能量來源于周圍空氣的內(nèi)能，故A正確；根據(jù)上述分析可知，當水杯中的水干了之后，由于不能形成頭部玻璃球和肚子玻璃球內(nèi)氣體的壓強差，小鳥不能再傾斜，也就是說小鳥不能再點頭“喝”水，故B錯誤；這種玩具飲水鳥的運動仍然遵循能量守恒定律，沒有違背熱力學第一定律，它不是一種永動機，故C、D錯誤。

DA.氣體對外界做功，內(nèi)能減少

B.外界對氣體做功，內(nèi)能增加C.氣體壓強變小，溫度降低

D.氣體壓強變小，溫度不變

BD

D

【解析】選項分析正誤A在擠壓氣囊過程中，氣體的溫度始終不變，而桶內(nèi)氣體的體積也不變，但在擠壓氣囊的過程中，桶內(nèi)氣體的質(zhì)量增加了，因此在溫度不變的情況下，桶內(nèi)氣體的內(nèi)能增加了。B在擠壓氣囊過程中，氣囊內(nèi)的氣體進入桶中，外界對氣囊內(nèi)氣體和桶內(nèi)原有氣體做功，被壓入的氣體和桶內(nèi)原有的氣體都被壓縮