第2节 热力学第一定律 第3节 能量守恒定律 课件-2025-2026学年高二下学期物理选择性必修第三册（83页PPT）

(共83张PPT)
第三章 热力学定律
第2节 热力学第一定律 第3节 能量守恒定律
图解课标要点
_______________________________ 手动压水器通过活塞将压缩气囊中的空气压入下方的水桶中，水桶中气体压强 增大，使桶中的水从细管中流出。那么从能量的角度分析，压力对气囊做了功，有 什么能量增加了呢？如果环境温度始终不变，桶内外气体有没有热交换呢？学完本 节内容，你就会得到答案。 学思用·典例详解
例1-1 做功和传热都可以改变物体的内能，以下说法正确的是( )
D
A.物体放出热量，内能一定减少
B.物体对外做功，内能一定减少
C.物体吸收热量，同时对外做功，内能一定减少
D.物体放出热量，同时对外做功，内能一定减少
【解析】物体放出热量，若外界同时对物体做更多的功，则内能增加（由
得出。），故A错误；物体对外做功，若同时从外界吸收更多的热量，
则内能增加，故B错误；物体吸收热量，同时对外做功，若二者相等，则内能不变，
故C错误；物体放出热量，同时对外做功，则内能一定减少，故D正确。
. .
【学会了吗丨变式题】
1.如图3-2-1所示是封闭的汽缸，内部封有一定质量的理想气体。用外力推动活塞 压
缩气体，对缸内气体做功，同时气体向外界放热 ，则缸内气体的( )
A
图3-2-1
A.温度升高，内能增加 B.温度升高，内能减少
C.温度降低，内能增加 D.温度降低，内能减少
【解析】由热力学第一定律得, ，一定质
量的理想气体的内能大小只与温度有关， ，故温度升高，A选项正确。
例2-2 新 生产生活 (2025·云南师范大学附属中学月考)如图3-2-2所示是“风光互补
太阳能路灯”，太阳能路灯同时利用光能和风能实现照明，它的上端是风力发电
装置，中间是太阳能电池板，下部是照明灯，最下端是蓄电池。下列说法正确的是
( )
B
图3-2-2
A.夜晚蓄电池放电，将电能转化为化学能
B.风力发电，将机械能转化为电能
C.太阳能电池板将太阳能转化为光能
D.太阳能、风能属于不可再生能源
【解析】
选项 分析 正误
A 蓄电池在夜晚放电时，将化学能转化为电能。
B 风力发电将空气的机械能转化为电能。 √
C 太阳能电池板把太阳能转化为电能。
D 太阳能、风能属于可再生能源。
例2-3 如图3-2-3所示，一演示用的“永动机”转轮由5根轻杆和转轴构成，轻杆的末端
装有用形状记忆合金制成的叶片。轻推转轮后，进入热水的叶片因伸展而“划水”，
推动转轮转动。离开热水后，叶片形状迅速恢复，转轮因此能转动较长时间，下列
说法正确的是( )
D
图3-2-3
A.转轮依靠自身惯性转动，不需要消耗外界能量
B.转轮转动所需能量来自形状记忆合金自身
C.转动的叶片不断搅动热水，水温升高
D.叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量
【解析】叶片进入水中后吸热，形状发生改变而搅动热水，由能量守恒定律知，转轮
转动所需能量来源于热水，热水温度会降低，故A、B、C错误；由能量守恒定律知，
叶片吸收的热量一部分转化为叶片的弹性势能，一部分释放于空气中，故D正确。
例2-4 水能源不产生污染物，是一种清洁能源，位于美国和加拿大交界处的尼亚加
拉瀑布流量可达每秒，而且一年四季流量稳定，瀑布落差 ，若利用这
一资源发电，设发电效率为，估算发电机的输出功率。取
【答案】
【解析】水力发电的基本原理是水的机械能转化为电能。每秒钟流下的水的质量
。每秒钟流下的水可提供的机械能
。设发电机的输出功率为 ，则可得
,其中。解得 。
例3-5 （多选）下列关于第一类永动机的说法正确的是( )
ABD
A.第一类永动机是不消耗任何能量却能源源不断地对外做功的机器
B.第一类永动机不能制成的原因是违背了热力学第一定律
C.第一类永动机不能制成的原因是技术问题
D.第一类永动机不能制成的原因是违背了能量守恒定律
【解析】第一类永动机是不消耗任何能量却能源源不断对外做功的机器，这是人们
的美好愿望，但它违背了能量守恒定律和热力学第一定律，这也是它不能制成的原
因。选项A、B、D正确，C错误。
图3-2-4
例4-6 一定质量的理想气体从状态变化到状态，再变化到状态 ，
其状态变化过程的图像如图 3-2-4所示，已知 过程放出热
量，，则 过程气体吸收还是放出热量？热量是多少？
【答案】吸收热量;
【解析】过程气体的压强不变，根据 （常量），可知气体的体积增大，
气体对外做功，又，即 过程温度升高，则内能增大，由热力学第
一定律知气体吸收热量。过程，气体对外做的功为。 过
程，气体的体积不变，不对外做功，由 过程气体内能不变，根据
得，可得 ，即
过程气体吸收的热量为 。
图3-2-5
例4-7 如图3-2-5所示，圆柱形薄壁容器内用活塞封闭一定质量的理想
气体，已知容器横截面积为，活塞重为，大气压强为 ，若活塞固
定，封闭气体温度升高，需吸收的热量为 ;若活塞不固定，仍使
封闭气体温度升高，需吸收的热量为 。不计一切摩擦，在活塞
可自由移动时，封闭气体温度升高，活塞上升的高度 应为多少？
【答案】
【解析】活塞固定时，由热力学第一定律可知，气体增加的内能 。活塞不固
定时，气体对活塞做功为，则有 。对活塞，由能量守恒定律得
,得,则 ,解得活塞上
升的高度为 。
方法帮 解题课丨关键能力构建
题型1 热力学第一定律与理想气体状态方程的综合应用致经典
母题 致经典·母题探究
例8 如图3-2-6所示，绝热隔板把绝热的汽缸分隔成体积相等的两部分， 与汽缸壁
的接触面光滑。两部分中分别盛有相同质量、相同温度的同种理想气体和 ，气体
分子之间相互作用力忽略不计。现通过电热丝对气体加热，一段时间后，、 各
自达到新的平衡，则( )
B
图3-2-6
A. 的体积增大了，压强变小了
B.增加的内能大于 增加的内能
C.加热后的分子热运动与 的分子热运动一样激烈
D. 的体积减小，压强增大，但温度不变
【解析】通过电热丝对气体加热，气体 的内能增大，温度升高，压强增大，隔板向
右移动，的体积变大，故A错误；与汽缸壁的接触面是光滑的，、 两部分气体压
强相等，部分气体体积大于部分气体体积，，，、 两部分是同
种气体且质量相等，根据一定质量的理想气体状态方程可知，即加热后 的分
子热运动比的分子热运动更激烈，增加的内能大于 增加的内能（相同质量的同种
理想气体，温度越高，内能越大。），故B正确，C错误；隔板向右移动压缩气体 ，
气体的体积减小，外界对气体做功，隔板与汽缸都是绝热的，气体 与外界不发生
热交换，由热力学第一定律可知，气体 的内能增加，温度升高，故D错误。
. .
母题 致经典·母题探究
[易错题]若绝热隔板固定且右侧为真空，现加热气体，一段时间后，将隔板 抽掉，
使左侧气体进入右侧，最终达到平衡状态，整个过程中气体 的内能如何变化？
【答案】内能增加
【解析】由于右侧为真空，当抽掉隔板后，气体扩散，但不做功， ，又汽缸
为绝热汽缸，气体吸热，，由热力学第一定律可知， ，
即内能增加。
易混易错 气体自由膨胀过程（向真空膨胀）对外界不做功。
【学会了吗丨变式题】
图3-2-7
2.(2025·湖北卷)如图3-2-7所示，内壁光滑的汽缸内用活塞密封
一定量理想气体，汽缸和活塞均绝热。用电热丝对密封气体加
热，并在活塞上施加一外力 ，使气体的热力学温度缓慢增大
到初态的2倍，同时其体积缓慢减小。关于此过程，下列说法
正确的是( )
B
A.外力 保持不变 B.密封气体内能增加
C.密封气体对外做正功 D.密封气体的末态压强是初态的2倍
【解析】
选项 分析 正误
A
B 气体温度升高，则气体内能增加。 √
C 气体体积减小，则外界对气体做正功。
D
题型2 气体做功和热量变化的求解
例9 如图3-2-8所示，容积为 、内壁光滑的圆柱形导热汽缸顶部有一质量和厚度均
可忽略的活塞。汽缸内密封有温度为、压强为的理想气体。和 分别为
大气的压强和温度。已知气体内能与温度的关系为，其中 为正的常量,
且气体变化过程均很缓慢。求：
图3-2-8
（1）汽缸内气体与大气达到平衡时的体积；
【答案】
【解析】 在气体压强由下降到 的过程中，气体体积不变，设温度
由变为，由查理定律得，解得，在气体温度由变为 的
过程中，设体积由减小到，气体压强不变，由盖-吕萨克定律得 ，解得
。
由理想气体状态方程可得,解得 。
（2）在活塞下降过程中，活塞对气体做的功及汽缸内气体放出的热量。
【答案】;
【解析】在活塞下降过程中，活塞对气体做的功为 ，在这一
过程中，气体内能的变化量为，由热力学第一定律得 ，
解得，为负值表示气体放出 的热量。
【学会了吗丨变式题】
图3-2-9
3.(2025·江苏宿迁期中)如图3-2-9甲所示，汽缸内用
厚度不计、质量为 的活塞封闭一定质量的理想气体，
活塞横截面积为，稳定时到汽缸底部距离为 ，活
塞与汽缸壁间的摩擦不计，汽缸导热性能良好。用
螺栓将活塞固定，接着在活塞上加一定质量的细砂，
然后打开螺栓，活塞缓慢下移 达到稳定，如图乙所
示。环境温度保持不变，大气压强为，重力加速度为 。
（1）求所加细砂的质量；
【答案】
【解析】由题意知气体发生等温变化，初始状态对活塞进行受力分析，由平衡条件
得
设所加细砂质量为 ，末状态对细砂和活塞受力分析，由平衡条件得
对封闭气体，由玻意耳定律可得
联立解得 。
（2）分析活塞下移过程气体吸热还是放热？并求出吸收或放出了多少热量。
【答案】放热，
【解析】气体发生等温变化，则 ；气体被压缩，外界对气体做正功，则
由热力学第一定律，可知， ，即活塞下移过程气体放热
由题意知外界对气体做功
则
放出的热量为 。
类型1 图像
图3-2-10
例10 (2024·山东卷)一定质量理想气体经历如图3-2-10所示的
循环过程，过程是等压过程， 过程中气体与外界
无热量交换， 过程是等温过程。下列说法正确的是
( )
C
A. 过程，气体从外界吸收的热量全部用于对外做功
B. 过程，气体对外做功，内能增加
C. 过程，气体从外界吸收的热量全部用于对外做功
D.过程，气体从外界吸收的热量等于 过程放出的
热量
巧画图像破疑难
名师点评 一定质量的理想气体的 图像与横轴所围的面积表示气体做的功，体积
增大过程，气体对外做功；体积减小过程，外界对气体做功。一定质量的理想气体的
内能只与温度有关，温度越高，内能越大，气体在两个状态温度相等，则内能相等。
【解析】
【学会了吗丨变式题】
图3-2-11
4.（多选）一定质量的理想气体经历了 的变
化过程，其状态变化过程的图像如图3-2-11所示， 平行
于轴，垂直于轴，的延长线过原点 。下列说法正确的
是( )
AD
A. 过程中气体的温度升高
B. 过程中气体向外界放出热量
C. 过程中气体从外界吸收热量
D. 过程中，气体分子在单位时间内撞击容器壁上单位面
积的平均次数减少
【解析】过程中气体做等压变化，根据盖-吕萨克定律 （常量）可知，体
积增大，则温度升高，A项正确；过程中气体做等容变化，根据查理定律
（常量）可知，压强增大，则气体温度升高，内能增大，再根据热力学第一定律可
知，气体从外界吸热，B项错误； 过程中气体做等温变化，温度不变，内能不
变，体积减小，则外界对气体做功，根据热力学第一定律可知，气体向外界放出热
量，C项错误；过程中气体做等容变化，根据查理定律 （常量）可知，压
强减小，则气体温度降低，分子的平均速率减小，从微观角度可知气体分子在单位
时间内撞击容器壁上单位面积的平均次数减少，D项正确。
类型2 图像
图3-2-12
例11 (2025·黑龙江哈尔滨模拟，多选)一定质量的理想气体从
状态开始，经历过程回到原状态，其 图像如图3-2-
12所示，其中、与轴平行，、与轴平行， 的延
长线过原点 。下列判断正确的是( )
BC
A. 过程，气体温度升高，内能的增加量大于气体从外界吸收的热量
B. 过程，气体体积增大，气体从外界吸收的热量等于气体对外界做的功
C. 过程，气体温度降低，气体向外界放出的热量大于内能的减少量
D.气体从状态开始，经历 回到原状态的过程中，气体体积先减小后增大
【解析】
【学会了吗丨变式题】
图3-2-13
5.(全国甲卷高考题,多选)一定量的理想气体从状态变化到状态 ，
其过程如图（图3-2-13）上从到 的线段所示。在此过程中
( )
BCE
A.气体一直对外做功
B.气体的内能一直增加
C.气体一直从外界吸热
D.气体吸收的热量等于其对外做的功
E.气体吸收的热量等于其内能的增加量
【解析】理想气体的内能只与温度有关，又一定量理想气体从状态到状态 ，温度
一直升高，则气体内能一直增加，选项B正确；根据理想气体状态方程可知，过原点
的图像的斜率与体积有关，一定量的理想气体从状态到状态 ，体积不变，
对外不做功，选项A、D错误；由热力学第一定律可知，气体一直从外界吸热，气体
吸收的热量等于其内能的增加量，选项C、 正确。
类型3 图像
例12 (全国乙卷高考题,多选)一定量的理想气体从状态经状态变化到状态 ,其过程
如 图（图3-2-14）上的两条线段所示。则气体在( )
ABD
图3-2-14
A.状态处的压强大于状态 处的压强
B.由变化到 的过程中，气体对外做功
C.由变化到 的过程中，气体的压强不变
D.由变化到 的过程中，气体从外界吸热
E.由变化到 的过程中，从外界吸收的热量等于其增加的内能
【解析】由（常量）得， 图线上的点与坐标原点连线的斜率越大，
气体压强越大，易知状态对应的压强大于状态的,A选项正确；状态到状态 为等
压变化过程，体积增大，气体对外做功，B选项正确；由上述分析可知，气体在 状
态的压强大于在状态的压强，C选项错误；气体由状态到状态 的过程中体积增大，
对外做功，温度升高，内能增加，根据热力学第一定律可知，气体从外界吸收热量，
且吸收的热量大于其内能的增加量，D选项正确， 选项错误。
【学会了吗丨变式题】
图3-2-15
6.一定质量的理想气体从状态经过、、再到 ，其体积
和热力学温度的关系图像如图3-2-15所示，和 的延
长线均经过 点，则下列说法正确的是( )
D
A.状态的压强大于状态 的压强
B.状态的内能和状态 的内能不同
C.从状态到状态 ，每个气体分子的速率都减小
D.从到 的过程中，单位时间内与单位面积容器壁碰撞的气
体分子数减少
【解析】根据（常量）得,可知， 图线上各点与原点连线的斜率
与压强的倒数成正比，所以状态的压强小于状态的压强，故A错误；状态 和状
态的温度相同，则内能相同，选项B错误；从状态到状态 ，温度降低，气体分
子的平均动能变小，但不是每个气体分子的速率都减小，故C错误；从到 的过程
中，气体压强不变，体积变大，温度升高，气体分子数密度减小，而气体分子平均
速率变大，气体分子对器壁的平均撞击力变大，因为压强不变，所以单位时间内与
单位面积容器壁碰撞的气体分子数减少，选项D正确。
高考帮 考试课丨核心素养聚焦
考情揭秘 素养点击
基本考查 点 热力学第一定律及能量守恒定律的理解及应 用。 1.知道热力学第一定律，
掌握热力学第一定律的应
用。
2.了解能量守恒定律的发
现过程，体会探索过程中
的挫折和失败对科学发现
的重要意义。
3.能运用两个定律解释自
然现象，求解实际问题。
热点及难 点 热力学第一定律与气体状态方程及图像的综 合应用。 题型及难 度 常以选择题形式出现，试题难度中等。 高考中地 位 本章的核心内容，高考命题热点。 考向1 热力学第一定律的应用
例13 (2025·安徽卷)在恒温容器内的水中，让一个导热良好的气球缓慢上升。若气球
无漏气，球内气体（可视为理想气体）温度不变，则气球上升过程中，球内气体
( )
A
A.对外做功，内能不变 B.向外放热，内能减少
C.分子的平均动能变小 D.吸收的热量等于内能的增加量
命题 探源 本题与教材第64页“复习与提高”A组第4题类似。 素养 探源 核心素养 考查途径
物理观念 本题结合气球在水中缓慢上升这一情境,考查考生对热力学第
一定律相关内容及理想气体状态方程的掌握情况。突出考查
考生对基础知识的理解,强调物理观念的形成。
科学思维 通过对气球在水中上升这一情境的简化和抽象,建构理想气体
等温变化的模型。
建构模型寻本质
【解析】
【类题链接丨变式题】
类题1 (2024·重庆卷)某救生手环主要由高压气罐密闭。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( )
D
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】 .
考向2 热力学第一定律与理想气体状态方程的综合应用
图3-2-16
例14 (2025·浙江1月卷)如图3-2-16所示，导热良好带有吸管的瓶子，通
过瓶塞密闭，体积 处于状态1的理想气体，
管内水面与瓶内水面高度差。将瓶子放进 的恒温
水中，瓶塞无摩擦地缓慢上升恰好停在瓶口， 保持不变，气体达到状
态2，此时锁定瓶塞，再缓慢地从吸管中吸走部分水后，管内和瓶内水
面等高，气体达到状态3。已知从状态2到状态3，气体对外做功 ；从状态1到状
态3，气体吸收热量，大气压强 ，水的密度
；忽略表面张力和水蒸气对压强的影响。
（1）从状态2到状态3，气体分子平均速率______（填“增大”“不变”或“减小”），单
位时间撞击单位面积瓶壁的分子数______（填“增大”“不变”或“减小”）；
不变
减小
【解析】从状态2到状态3，温度保持不变，气体分子的内能保持不变，则气体分子
平均速率不变。状态2时，管内水面高于瓶内水面,则瓶内气体压强 ,
状态3时，管内和瓶内水面等高，则瓶内气体压强 ，则由状态2到状态3瓶内
气体压强减小，温度不变，故单位时间撞击单位面积瓶壁的分子数减小。
（2）求气体在状态3的体积 ；
【答案】
【解析】瓶内气体从状态1到状态2的过程做等压变化，由
盖-吕萨克定律有
其中，，
解得
此时气体压强为
瓶内气体从状态2到状态3的过程做等温变化，由玻意耳定律有
其中 ，代入数据解得
气体在状态3的体积为 。
（3）求从状态1到状态3气体内能的改变量 。
【答案】
【解析】瓶内气体从状态1到状态2的过程中，气体对外做功为
从状态1到状态3，由热力学第一定律有
其中， ，代入解得
从状态1到状态3气体内能的改变量为 。
本题考查了气体压强的微观意义、玻意耳定律、盖-吕萨克定律等，通过瓶内气体的
等压和等容变化情境，考查了考生对理想气体实验定律和热力学第一定律的理解。
试题立足必备知识，关注学科能力，难度区分有度，全面评估考生的学科能力和科
学素养。
【类题链接丨变式题】
图3-2-17
类题2 (2024· 新课标卷,多选)如图3-2-17，一定量理想气
体的循环由下面4个过程组成: 为绝热过程
（过程中气体不与外界交换热量）, 为等压过程,
为绝热过程, 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
( )
AD
A.过程中，气体内能增加 B. 过程中，气体向外放热
C.过程中，气体内能不变 D. 过程中，气体向外放热
【解析】
选项 分析 正误
A √
B
C
选项 分析 正误
D √
续表
练习帮 习题课丨学业质量测评
A 基础练丨知识测评
建议时间：25分钟
1.一种叫作“压电陶瓷”的电子元件，当它被挤压或拉伸时，它的两端就会形成一定的
电压，这种现象称为压电效应。有一种燃气打火机就是利用该元件的压电效应制成
的。只要用大拇指压一下打火机上的按钮，压电陶瓷片就会产生 的高
压，形成火花放电，从而点燃可燃气体。上述过程中，压电陶瓷片完成的能量转化
是( )
D
A.化学能转化为电能 B.内能转化为电能
C.光能转化为电能 D.机械能转化为电能
【解析】压电陶瓷片进行能量转化时要消耗机械能，消耗的机械能转化成了电能，
故A、B、C错误，D正确。
2.下列说法正确的是( )
C
A.随着科技的发展，第一类永动机是可能制成的
B.太阳照射到地球上的光能转化成了其他形式的能量，但照射到宇宙空间的能量都
消失了
C.“既要马儿跑，又要马儿不吃草”违背了能量守恒定律，因而是不可能实现的
D.有种“全自动”手表，不用上发条，也不用任何形式的电源，却能一直走动，说明
能量是可能凭空产生的
【解析】第一类永动机违背了能量守恒定律，故永远无法制成，A错误；太阳照射
到宇宙空间的能量没有消失，B错误；马儿奔跑时需要消耗能量，故“既要马儿跑，
又要马儿不吃草”违背了能量守恒定律，因而是不可能实现的，C正确；不用上发条，
也不用任何形式的电源，却能一直走动的“全自动”手表是通过手臂运动对其做功而
工作的，D错误。
3.(2023·天津卷)如图所示是爬山所带氧气瓶，氧气瓶里的气体体积和质量
均不变，爬高过程中，温度减小，则气体( )
B
A.对外做功 B.内能减小 C.吸收热量 D.压强不变
【解析】由于爬山过程中气体体积不变，故气体不对外做功，A错误；爬
山过程中温度降低，则气体内能减小，B正确；根据热力学第一定律可知
，爬山过程中气体不对外做功，但内能减小，故可知气体放出热量，C
错误；爬山过程中氧气瓶里的气体体积和质量均不变，气体分子数密度不变，温度
减小，单位时间内气体分子对瓶壁单位面积的撞击力减小，可知气体压强减小，D
错误。
4.如图所示，内壁光滑的绝热汽缸固定在斜面上，一定质量的绝热活塞把汽缸分成
、 两部分，两部分中封闭有相同质量、相同温度的同种理想气体，初始时活塞用
销钉固定，部分气体的体积小于 部分气体的体积。现拔掉销钉，活塞移动一段距
离最终达到平衡状态，则最终状态与初始状态相比( )
D
A.部分气体温度可能不变 B. 部分气体压强可能不变
C.两部分气体压强之差不变 D.两部分气体内能之和增大
【解析】和 两部分中封闭有相同质量、相同温度的同种理想气体，根据理想气体
的状态方程 （常量）可知，
（【点拨】内能相同。）
内气体的体积小，则内气体的压强大于 内气体压强。拔掉销钉，活塞向下移动
一段距离最终达到平衡状态， 内气体体积减小、压强增大、温度升高，故A错误；
内气体膨胀对外做功、体积增大、温度降低、压强减小，故B错误；初始状态时
内气体的压强大于内气体压强，最终内气体的压强小于 内气体压强，两部分气
体压强之差发生变化，故C错误；根据能量守恒定律可知，活塞的重力势能减少，转
化为气体的内能，则两部分气体内能之和增大，故D正确。
. .
5.（多选）如图所示，一定质量的某种理想气体在状态时的压强为。从状态 到
状态，该气体从外界吸收的热量为，在图像中图线延长线通过坐标原点 ，
从状态到状态 温度不变，则( )
BD
A.气体在状态的体积为
B.气体在状态的压强为
C.从状态到状态，气体对外界做功为
D.从状态到状态，气体内能的变化量为
【解析】由题意可知为等压线，则有，根据盖-吕萨克定律，有 ，
解得，故A错误；为等温线，根据玻意耳定律可得 ，解得
，故B正确；从状态到状态 为等压变化，气体膨胀，气体对外界做正功，
其值为 ，根据热力学第一定律可得该过程气
体内能变化量,由于从状态到状态 为等温变化，所以从状
态到状态和从状态到状态的过程，气体内能的变化量相同，均为 ，故
C错误，D正确。
6.(2023·福建卷)一定质量的理想气体经历了 的循环过程后回到状
态，其 图像如图所示。完成一次循环，气体内能______（填“增加”“减少”或
“不变”），气体对外界________（填“做正功”“做负功”或“不做功”），气体______
（填“吸热”“放热”“不吸热”或“不放热”）。
不变
做正功
吸热
【解析】①完成一次循环，回到初始状态，理想气体温度不变，而理想气体的内能
仅由温度决定，所以整个过程气体的内能不变。
②对 图像来说，图像与横轴所围图形的面积表示气体做功情况，其中从
的过程气体的体积减小，是外界对气体做功的过程，从 的过程
气体的体积增大，是气体对外做功的过程，且从 的过程图像与横轴所围
的面积大于从 的过程图像与横轴所围的面积，即气体对外做的功大于外
界对气体做的功，则整个过程中表现为气体对外界做正功。
③由上述分析可知，，根据热力学第一定律得 ，气
体从外界吸收热量。
B 综合练丨选考通关
建议时间：35分钟
7.[链接教材第54页“问题”]如图所示是中国传统玩具饮水鸟。在小鸟的面前放上一杯
水，用手把鸟嘴浸到水里，小鸟“喝”了一口水后，又直立起来。之后，无需人的干
预，小鸟直立一会儿就会自己俯下身去使鸟嘴浸入水中“喝”水，然后又会直立起来。
就这样周而复始，小鸟不停地点头“喝”水，则下列说法正确的是( )
A
A.饮水鸟上下运动的能量来源于周围空气的内能
B.水杯中的水干了之后，小鸟还能点头“喝”水
C.这种玩具饮水鸟是一种永动机
D.此现象违背了热力学第一定律
【解析】玩具饮水鸟的内部结构如图所示，饮水鸟的头和
肚子分别为两个薄壁玻璃球，中间以一个玻璃管连接，肚
子内部装有易挥发的液体。其原理是先把鸟嘴浸湿，水分
蒸发时吸热使得头部玻璃球内气压小于下面玻璃球中的气
压，从而使玻璃管中的液体上升时，整体重心上移，鸟的
身体变得不稳定而发生倾斜，倾斜到一定程度，玻璃管口
脱离液面，从而使玻璃管内的液体又回流到肚子中，使鸟的身体再回到开始的竖直
状态，而在刚才倾斜的过程中鸟嘴刚好又沾到了水，鸟回到竖直状态后，鸟嘴中的
水分蒸发，重复之前的运动，即饮水鸟上下运动的能量来源于周围空气的内能，故
A正确；根据上述分析可知，当水杯中的水干了之后，由于不能形成头部玻璃球和
肚子玻璃球内气体的压强差，小鸟不能再倾斜，也就是说小鸟不能再点头“喝”水，
故B错误；这种玩具饮水鸟的运动仍然遵循能量守恒定律，没有违背热力学第一定律，
它不是一种永动机，故C、D错误。
8.[教材第64页“复习与提高”A组第3题改编]如图所示，一
绝热容器被隔板隔开成、两部分。已知 内有一定量
的稀薄气体，内为真空。抽开隔板后，内气体进入 ,
最终达到平衡状态。在此过程中( )
D
A.气体对外界做功，内能减少 B.外界对气体做功，内能增加
C.气体压强变小，温度降低 D.气体压强变小，温度不变
【解析】绝热容器内的稀薄气体与外界没有热传递， ，稀薄气体向真空扩散没
有做功，，根据热力学第一定律得 ，内能不变，故A、B错误；稀薄气
体的内能不变，则温度不变，稀薄气体向真空扩散，体积增大，压强减小，故C错误，
D正确。
9.（多选）如图，在汽缸内轻质活塞封闭着一定量的理想气体，
气体压强与大气压相同。把汽缸和活塞固定，使汽缸内理想气体
升高一定的温度，理想气体吸收的热量为 ，理想气体在定容下
的比热容记为 。如果让活塞可以自由滑动（活塞与汽缸间无摩
擦、不漏气），也使汽缸内理想气体升高相同的温度，其吸收的
热量为，理想气体在定压下的比热容记为 。则下列判断正确
的是( )
BD
A. B. C. D.
【解析】把汽缸和活塞固定，使汽缸内理想气体升高一定的温度，外界对气体不做
功，，理想气体吸收的热量为，由热力学第一定律有 ，可知
。活塞自由滑动（活塞与汽缸间无摩擦、不漏气），汽缸内理想气体升高相
同的温度，内能变化量相同，气体膨胀，外界对气体做负功， ，气体吸收
的热量为，由热力学第一定律有，可得，所以 。由
气体吸收热量，可知 。故B、D正确。
10.[易错题]如图甲所示，饮水桶上装有手动压水器，可简化为图乙所示模型。挤压
气囊时，可把气囊中的气体挤入下方的水桶中，下方气体压强增大，桶中的水会从
细管中流出。某次取水前，桶内液面距细管口高度差为 ，细管内外液面相平，压水
3次恰好有水从细管中流出。已知在挤压气囊过程中，气体的温度始终不变，每次压
入气体体积相同，忽略细管的体积，外部大气压强保持不变，水的密度为 ，重力
加速度为 ，关于此次取水过程，下列说法正确的是( )
D
A.桶内气体的内能不变
B.桶内气体需从外界吸热
C.压水3次后桶内气体压强为
D.每次挤压气囊，桶内气体压强的增量相同
【解析】
选项 分析 正误
A 在挤压气囊过程中，气体的温度始终不变，而桶内气体的体积也不 变，但在挤压气囊的过程中，桶内气体的质量增加了，因此在温度 不变的情况下，桶内气体的内能增加了。
B 在挤压气囊过程中，气囊内的气体进入桶中，外界对气囊内气体和 桶内原有气体做功，被压入的气体和桶内原有的气体都被压缩，而 这些气体的温度不变，则这些气体的内能不变，根据热力学第一定 律可知，被压入的气体和桶内原有气体要向外放热。
C
D √
续表
11.[卡诺循环](2025·山东省名校联考月考)
卡诺循环是一种理想化的热力学循环，由法国工程师尼古拉·卡诺于1824年提出。一
定质量某理想气体的卡诺循环可用如图所示的 图像表
达，、、、分别为四条线的交点。其中线与 线为两条等温线，温度分别
为和。过程与过程中气体与外界无热量交换。已知状态
的压强为、体积为，状态的体积为 。下列说法正确的是( )
A.状态的压强为
B.在 过程中，气体吸收的热量等于外界对气体做的正
功
C.气体在过程中吸收的热量等于 过程中放出的热
量
D.从整个循环过程看，该气体从外界吸收热量，对外界做功
√
【解析】过程中，气体温度不变，则， 过程中，根据理想
气体状态方程可得，联立可得，故A错误；在 过程中，气
体温度不变，则内能不变，气体体积增大，即气体对外做功，根据热力学第一定律
可知，气体吸收的热量等于气体对外界做的正功，故B错误；气体在 过程中，
温度不变，内能不变，体积减小，外界对气体做功，气体放出热量，气体放出的热
量等于外界对气体做的功， 图线与横轴围成区域的面积表示做功的多少，由题
图及B项分析可知， 过程中，气体对外做功较多，即气体吸收热量较多，所以
从整个循环过程看，该气体从外界吸收热量，对外界做功，故C错误，D正确。
12.如图所示的图像，描述的是一定质量的理想气体经历的
四段状态变化过程，其中延长线与横轴的交点为， 延长线过原点，
和 分别平行于横轴和纵轴。则以下说法正确的是( )
D
A.从到 ，气体压强的增大只是由温度的
升高引起的
B.从到 ，气体对外界放出热量
C.从到 ，气体对外界放出热量
D.从到 ，气体减少的内能等于气体对外
界放出的热量
【解析】
选项 分析 正误
A
. .
选项 分析 正误
B
续表
选项 分析 正误
C
D √
续表
13.如图所示，用底面积为 的活塞在汽缸内封闭一定质量的气体，活塞上
放有一砝码，活塞和砝码的总质量为 ，不计活塞与汽缸壁之间的摩擦，
现对汽缸缓缓加热使汽缸内的气体温度从升高到 ，且活塞的高度增加
了，已知汽缸与活塞绝热性良好，加热时气体吸收的热量为 ，外界大
气压强为，重力加速度为 。
（1）此过程中被封闭气体的内能变化了多少
【答案】
【解析】由受力分析和做功分析知，在气体缓缓膨胀过程中，活塞和砝码对气体的
压力对气体做负功，大气压力对气体做负功，根据热力学第一定律得
。
（2）未加热时，被封闭气体初始状态的体积为多少
【答案】
【解析】被封闭气体发生等压变化，由盖-吕萨克定律得
解得 。
C 培优练丨能力提升
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14.一定质量的理想气体从状态变化到状态再变化到状态 ，其
状态变化过程的图像如图所示。已知该气体在状态 时的温
度为。（取 ）
（1）求该气体在状态、 时的温度；
【答案】
【解析】气体从状态到状态做等容变化，由查理定律有，解得 ，
即；气体从状态到状态做等压变化，由盖-吕萨克定律有 ，解
得，即 。
（2）该气体从状态到状态 的过程中是吸热还是放热？传递的热量是多少？
【答案】吸收热量
【解析】由题图可知气体在状态和状态时温度相等，所以在这个过程中 ，
由热力学第一定律得。在整个过程中，气体从到 发生等容变
化，对外界不做功，气体从到 过程体积增大，对外做功，故
，则，是正值，所以气体从状态到状态 过
程中吸热，吸收的热量 。