第三章 热力学定律 章末总结 课件-2025-2026学年高二下学期物理选择性必修第三册（47页PPT）

(共47张PPT)
第三章 热力学定律
培优帮丨章末总结
析课标 素养清单
物理观念 科学思维 科学探究 科学态度与责任
1.理解内能的宏观和微 观含义，知道改变内能 的两种方式。 1.通过做功与传热的 比较，理解两种改变 内能方式的异同。 1.通过焦耳的实 验，探究在热力 学过程中做功与 内能的关系。 1.通过了解焦耳
的实验和利用电
流的热效应给水
加热的实验，形
成严谨认真、追
求真理的科学态
度。
物理观念 科学思维 科学探究 科学态度与责任
2.能运用热力学第一定 律、热力学第二定律及 能量守恒定律解释自然 现象、求解实际问题， 能运用热力学第一定律 结合气体状态方程及图 像求解相关问题。 2.通过热力学第一定 律与气体状态方程及 气体状态变化图像的 综合应用，认识事物 的本质属性、内在规 律及相互关系，提高 科学思维能力。 2.通过了解能量 守恒定律的发现 过程，体会探索 中的挫折和失败 对追求科学真理 的意义。 2.通过了解人类
探索能量守恒的
过程，逐渐形成
探索自然的内在
动力，认识科学
的本质。
续表
物理观念 科学思维 科学探究 科学态度与责任
3.了解自然界中宏观过 程的方向性，知道能源 是有限的，形成正确的 能量观念。 3.通过对自然界能量 转移和转化的实例分 析和归纳，认识宏观 自发过程的方向性， 了解热力学第二定 律。 3.通过探究自然 界能量转移及转 化的案例，认识 凡是涉及热现象 的宏观过程都具 有方向性，都是 不可逆的。 3.通过对能源有
限性的认识，关
心社会发展，关
注能源安全，节
约能源，树立促
进社会可持续发
展的责任意识。
续表
例1 下列关于温度、内能、热量和功的说法正确的是( )
A
A.同一物体温度越高，内能越大
B.要使物体的内能增加，一定要吸收热量
C.要使物体的内能增加，一定要对物体做功
D.物体内能增加，它的温度就一定升高
【解析】
选项 分析 正误
A 物体的内能与温度有关，同一物体温度越高，内能越大。 √
B 做功和传热在改变物体内能上是等效的，使物体内能增加既可以 通过吸收热量也可以通过对物体做功来实现。
C
D 物体内能是分子动能与分子势能的总和，内能增加可能只是分子 势能的增加，分子平均动能可能不变，即温度可能不变。
例2 把浸有乙醚的一小块棉花放在厚玻璃筒的底部，当快速下压活塞时，由于被压
缩的空气骤然变热，温度升高，达到乙醚的燃点，浸有乙醚的棉花燃烧起来，此实
验的目的是要说明( )
B
A.做功一定可以升高物体的温度 B.做功可以改变物体的内能
C.做功一定可以增加物体的内能 D.做功可以增加物体的热量
【解析】当快速下压活塞时，活塞对玻璃筒内的空气做功，改变了气体的内能，气
体的温度升高，达到乙醚的燃点，使浸有乙醚的棉花燃烧起来，故B正确。外界对物
体做功可以使物体的温度升高，物体对外界做功时，其温度可以降低，A错误。若
外界对系统做功，同时系统对外放出热量，系统内能不一定增加，C错误。热量是过
程量，“增加物体的热量”这个说法是错误的，D错误。
图3-1
例3 (2024·浙江1月卷)如图3-1所示，一个固定在水平面上的绝热
容器被隔板分成体积均为 的左右两部分。面积为
的绝热活塞被锁定，隔板 的左侧为真空，右侧中
一定质量的理想气体处于温度 、压强
的状态1。抽取隔板 ，右侧中的气体就会扩散
到左侧中，最终达到状态2。然后解锁活塞，同时施加水平恒力 ，仍使其保持静止，
当电阻丝加热时，活塞能缓慢滑动（无摩擦），使气体达到温度 的状态
3，气体内能增加。已知大气压强 ，隔板厚度不计。
（1）气体从状态1 到状态2是________（选填“可逆”或“不可逆”）过程，分子平均
动能______（选填“增大”“减小”或“不变”）；
不可逆
不变
【解析】根据热力学第二定律可知，气体从状态1到状态2是不可逆过程，由于隔板
的左侧为真空，可知气体从状态1到状态2，气体不对外做功，又容器与活塞均绝热，
即没有发生传热，所以由热力学第一定律可知气体的内能不变，故气体的温度不变，
分子平均动能不变。
（2）求水平恒力 的大小；
【答案】
【解析】气体从状态1到状态2发生等温变化，则有
解得状态2时气体的压强为
解锁活塞，同时施加水平恒力，仍使其保持静止，以活塞 为研究对象，根据力
的平衡条件可得
代入数据解得 。
（3）求电阻丝放出的热量 。
【答案】
【解析】当电阻丝加热时，活塞 能缓慢滑动（无摩擦），使气体达到温度
的状态3，可知气体发生等压变化，则有
解得状态3时气体的体积为
该过程气体对外界做的功为
根据热力学第一定律可得
解得气体吸收的热量,即电阻丝放出的热量 。
例4 （清华大学领军计划试题）氢气从 状态经历热容量为
的准静态过程变为状态,则内能增量和对外所做的功
分别为( )
D
A., B.,
C., D.,
【解析】状态变化过程气体内能增量为
吸收的热量为
根据热力学第一定律，有
所以D选项正确。
图3-3
例5 (复旦大学自主招生试题)如图3-3所示，曲线 为绝热线，
理想气体经历过程,则其内能变化、温度变化 、外
界对体系做的功和体系吸收的热量 与0的大小关系为( )
A
A.,,, B.,,,
C.,,, D.,,,
【解析】理想气体经历过程,经一个循环， ，气体对外界做
功，则，功的数值为图像上闭合曲线 所围的面积，记
为，由热力学第一定律可知，得，由于曲线 为
绝热线，所以过程吸收的热量 。理想气体经历过程
，气体对外界做功，则，功的数值为图像上曲线 与
轴所围的面积，记为，且，由热力学第一定律有,得 ，
气体内能减小，则温度降低， ，A选项正确。
【强化训练丨变式题】
1.(北京大学夏令营试题)单原子分子理想气体经历的三个准静态过程、、
如图3-4所示，这三个过程的吸热量依次为、、 ,其中最大者为____；这三个
过程的摩尔热容依次记为、、 ,其中最大者为_____。
图3-4
【解析】设初始温度为，则三个过程的末态温度分别为， ,
, 过程内能增量最大，气体对外界做功最多，由热力学第一定律
,得 最大。
三个过程的摩尔内能增量分别为
外界对摩尔气体做功分别为
摩尔气体吸热为
由摩尔热容的定义式 ,得
,,
从而 。
图3-5
2.(“卓越”联盟自主招生试题，多选)如图3-5所示，一定质量的理想
气体沿不同路径由状态变到状态 ，则下列说法正确的是( )
BD
A.过程Ⅰ对外做功大于过程Ⅱ对外做功
B.过程Ⅰ对外做功小于过程Ⅱ对外做功
C.过程Ⅰ吸收的热量大于过程Ⅱ吸收的热量
D.过程Ⅰ吸收的热量小于过程Ⅱ吸收的热量
【解析】气体对外做的功等于图线与 轴围成的面积，B选项正确。由热力学
第一定律知，在内能变化相同的情况下，对外做功多 ,则吸热多
,D选项正确。
设情境 素养提升
问题情境1 空气炸锅——身边的物理
例6 (2025·山东枣庄期末，多选)如图3-6甲所示空气炸锅是利用高温空气循环技术加热食物的
小家电。某型号空气炸锅的简化模型如图乙所示，绝热材料做成的内胆气密性良好，食物放
入后内部封闭了一定质量的空气（可视为理想气体）。初始气体压强为，温度为 ，加热一
段时间后气体温度升高到，此过程中内胆与食物的体积均不变，气体吸收的热量为 ，下列
说法正确的是( )
AC
图3-6
A.升温后内胆中气体的压强为
B.升温过程中气体对外界做功
C.升温过程内胆中气体的内能增加量小于
D.升温过程内胆中气体分子单位时间内撞击内壁的次数
变少
本题通过空气炸锅考查学生对功、热量和内能变化之间的关系的掌握情况，引导学
生关注身边的物理，并用所学知识解释常见现象。
【解析】
选项 分析 正误
A √
B
C √
D 升温过程，内胆中气体体积不变，气体分子数密度不变，气体温 度升高，气体分子的平均动能增大，所以内胆中气体分子单位时 间内撞击内壁的次数变多。
问题情境2 抽水蓄能电站——科学态度与责任
例7 抽水蓄能电站结构如图3-7所示。抽水蓄能电站有两种工作模式，一种为抽水蓄
能模式：居民用电低谷时（如深夜），电站利用居民电网多余电能把水从下水库抽
到上水库。另一种为放水发电模式：居民用电高峰时，将上水库中的水放到下水库
进行发电，将产生的电能输送到居民电网供居民使用。一抽一放起到了均衡电网负
荷的作用。关于抽水蓄能电站,下列说法正确的是( )
A
图3-7
A.抽水蓄能的过程中，能量守恒
B.放水发电的过程中，机械能守恒
C.抽水蓄能电站建成之后，可以使能量增多
D.抽水蓄能电站建成之后，就不会再有能源危机
问题了
本题以抽水蓄能电站设置问题情境，要求学生认识科学·技术·社会·环境的关系，树
立保护环境、节约能源、推动社会可持续发展的责任意识。
【解析】
选项 分析 正误
A 抽水蓄能的过程中，总的能量是守恒的。 √
B 放水发电的过程中，有部分重力势能转化为电能，机械能不守恒。
C 抽水蓄能、放水发电过程，总的能量保持不变，并不能使能量增 多。
D 抽水蓄能电站能够合理调节用电高峰期和低谷期的调峰问题，但是 能量总量并没有增加，我们仍面临着能源危机，还需节约能源。
问题情境3 水火箭——科学探究
图3-8
例8 (2024·贵州卷)制作水火箭是青少年科
技活动的常见项目之一。某研究小组为了
探究水火箭在充气与喷水过程中气体的热
学规律，把水火箭的塑料容器竖直固定，
其中、 分别是塑料容器的充气口、喷水
口， 是气压计，如图3-8（a）所示。在
室温环境下，容器内装入一定质量的水，
此时容器内的气体体积为，压强为，现缓慢充气后压强变为 ，不计容器的容
积变化。
（1）设充气过程中气体温度不变，求充入的气体在该室温环境下压强为 时的体积。
【答案】
【解析】设充入的气体在该室温环境下压强为时的体积为 ，充气过程中气体温
度不变，则有
解得 。
（2）打开喷水口阀门，喷出一部分水后关闭阀门，容器内气体从状态 变化到状态
，其压强与体积的变化关系如图（b）中实线所示，已知气体在状态 时的体积
为，压强为。求气体在状态与状态 时的热力学温度之比。
【答案】
【解析】容器内气体从状态变化到状态，由理想气体的状态方程可得
可得 。
（3）图（b）中虚线是容器内气体在绝热（既不吸热也不放热）条件下压强 与
体积的变化关系图线，试判断气体在图（b）中沿实线从到 的过程是吸热还是
放热。（不需要说明理由）
【答案】吸热
【解析】由图像与横轴所围面积表示气体对外做功可知，从到 的过程气体
对外做功更多，和都是从状态变化而来，应该相同，可得,可知从
到 的过程气体内能减少较少。
从到的过程为绝热过程，由热力学第一定律可知，从到 的过程,
气体内能减少量等于气体对外做功大小；从到 的过程气体对外做功更多，内能减
少反而更少，则气体必然吸热。
本题以青少年科技活动——制作水火箭为背景命题，考查学生对气体实验定律和热
力学定律的掌握情况，对学生的分析推理能力要求较高，同时引导学生学习物理、
热爱物理，重视创造性思维的培养。
刷真题 体验高考
1.(2024·北京卷)一个气泡从恒温水槽的底部缓慢上浮，将气泡内的气体视为理想气
体，且气体分子个数不变，外界大气压不变。在上浮过程中气泡内气体( )
D
A.内能变大 B.压强变大 C.体积不变 D.从水中吸热
【解析】
2.(2023·全国乙卷，多选)对于一定量的理想气体，经过下列过程，其初始状态的内
能与末状态的内能可能相等的是( )
ACD
A.等温增压后再等温膨胀 B.等压膨胀后再等温压缩 C.等容减压后再等压膨胀
D.等容增压后再等压压缩 E.等容增压后再等温膨胀
【解析】 （定律法）根据理想气体的内能只与温度有关可知，若初末状态的内
能相等，则初末状态的温度相等。等温增压后再等温膨胀，温度不变，初末状态的内
能相等，A正确；等压膨胀过程，由盖-吕萨克定律可知，温度升高，再等温压缩，末
状态的温度一定高于初状态，B错误；等容减压过程，根据查理定律可知，温度降低，
再等压膨胀，由盖-吕萨克定律可知，温度升高，故初末状态的温度有可能相等，C正
确；等容增压过程，根据查理定律可知，温度升高，再等压压缩，由盖-吕萨克定律可
知，温度降低，故初末状态的温度有可能相等，D正确；等容增压过程，根据查理定
律可知，温度升高，再等温膨胀，末状态的温度一定高于初状态， 错误。
（图像法）
作出各过程对应的 图像，如图所示，可知A项中过程，气体初末状态温度相等，
内能相等；B、 项中过程，气体初状态温度一定低于末状态温度；C、D项中过程，
气体初末状态温度可能相等。故本题选A、C、D。
3.(山东高考题)如图3-9所示，内壁光滑的绝热汽缸内用绝热活塞封闭一定质量的理
想气体，初始时汽缸开口向上放置，活塞处于静止状态，将汽缸缓慢转动 过程
中，缸内气体( )
C
图3-9
A.内能增加，外界对气体做正功
B.内能减小，所有分子热运动速率都减小
C.温度降低，速率大的分子数占总分子数比例减少
D.温度升高，速率大的分子数占总分子数比例增加
【解析】
图3-10
4.(湖北高考题)如图3-10所示，一定质量的理想气体由状态 变
为状态，其过程如图中直线段所示，状态 对应该
线段的中点。下列说法正确的是( )
B
A. 是等温过程
B. 过程中气体吸热
C.过程中状态 的温度最低
D. 过程中外界对气体做正功
【解析】对过程，由题图可知,再结合理想气体的状态方程
（常量）可知， 过程气体温度升高，则内能增加，又因体积增大，气体对外界
做功，则，由热力学第一定律，可知 过程中气体吸热，故A
错误，B正确；根据理想气体的状态方程（常量）及题图可知， 图像的
坐标值的乘积反映温度，状态和 状态的坐标值的乘积相等，而中间状态的坐标值
乘积更大，过程气体的温度先升高后降低，且状态 的温度最高，故C错误；
过程气体体积增大，外界对气体做负功，故D错误。
5.(2023· 新课标卷，多选)如图3-11所示，一封闭着理想气体的绝热汽缸置于水平地
面上，用轻弹簧连接的两绝热活塞将汽缸分为、、 三部分，活塞与汽缸壁间没
有摩擦。初始时弹簧处于原长，三部分中气体的温度、体积、压强均相等。现通过
电阻丝对 中的气体缓慢加热,停止加热并达到稳定后( )
AD
图3-11
A.中的气体内能增加 B.与 中的气体温度相等
C.与中的气体温度相等 D.与 中的气体压强相等
【解析】
对活塞和弹簧
整体受力分析 压强 ，D正确
中的气体升温，活塞右移
对中的气体 ，A正确
， ， 、
升温前，弹簧处于原长状态，和 中气体的压强相等，升温后判断弹簧的形变情况
如下：
①假设升温后，弹簧处于原长，则
相矛盾，假设不成立；
②假设升温后，弹簧伸长，则
相矛盾,假设不成立；
③假设弹簧被压缩，则
,假设成立。
对活塞受力分析可知，则压强关系满足 ,由理想
气体状态方程（常量）可知,
又,,则, ,B、C错误。
图3-12
6.(2025·四川卷)如图3-12甲所示，用活塞将一定质量的理想气体
密封在导热汽缸内，活塞稳定在 处。将汽缸置于恒温冷水中，
如图乙所示，活塞自发从处缓慢下降并停在 处，然后保持汽缸
不动，用外力将活塞缓慢提升回 处。不计活塞与汽缸壁之间的
摩擦。则( )
D
A.活塞从到 的过程中，汽缸内气体压强升高
B.活塞从到 的过程中，汽缸内气体内能不变
C.活塞从到 的过程中，汽缸内气体压强升高
D.活塞从到 的过程中，汽缸内气体内能不变
【解析】根据题意可知，活塞从到 的过程中，汽缸内气体温度降低，则气体内能
减小（【点拨】一定质量理想气体的内能只与温度有关。），B错误；不计活塞与汽
缸壁之间的摩擦，活塞自发缓慢下降，说明汽缸内外一直处于压力平衡状态，气体
压强不变，故A错误；活塞从到 的过程中用外力将活塞缓慢提升，则汽缸内气体
温度不变，内能不变，气体体积增大，根据玻意耳定律 （常量）可知，气体
压强减小，故C错误，D正确。
. .
. .
图3-13
7.(2025·山东卷)如图3-13所示，上端开口，下端封闭的足
够长玻璃管竖直固定于调温装置内。玻璃管导热性能良好，
管内横截面积为 ，用轻质活塞封闭一定质量的理想气体。
大气压强为 ，活塞与玻璃管之间的滑动摩擦力大小恒为
，等于最大静摩擦力。用调温装置对封闭气体
缓慢加热，时，气柱高度为 ，活塞开始缓慢
上升；继续缓慢加热至 时停止加热，活塞不再
上升；再缓慢降低气体温度，活塞位置保持不变，直到降温至 时，活塞
才开始缓慢下降；温度缓慢降至 时，保持温度不变，活塞不再下降。求：
（1）时，气柱高度 ；
【答案】
【解析】 升温过程中，活塞缓慢上升，气体发生等压膨胀，由盖-吕萨克定律
知
解得 。
（2）从状态到状态的过程中，封闭气体吸收的净热量 （扣除放热后净吸收的
热量）。
【答案】
【解析】当加热至 时，活塞开始缓慢上升，由受力平衡可知
可得时封闭的理想气体压强为
升温过程：
活塞缓慢上升，气体发生等压膨胀，外界对气体做功
降温过程：
气体发生等容变化，外界对气体做功
活塞受力平衡，在时有
解得时封闭的理想气体压强
降温过程：
气体被等压压缩，由盖-吕萨克定律知
解得
外界对气体做功
整个过程：
外界对气体做功
因为，故封闭的理想气体总内能变化量
根据热力学第一定律，解得
故封闭气体吸收的净热量 。