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

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(

)DA.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

.

.【学会了吗丨变式题】

A图3-2-1

B图3-2-2A.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3-2-3A.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3-5

（多选）下列关于第一类永动机的说法正确的是(

)ABDA.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

图3-2-5

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

B图3-2-6

.

.母题

致经典·母题探究

【答案】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

B

【解析】选项分析正误AB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

图3-2-8（1）汽缸内气体与大气达到平衡时的体积；

（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。

【学会了吗丨变式题】图3-2-9

（1）求所加细砂的质量；

（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。

图3-2-10

C

巧画图像破疑难

【解析】【学会了吗丨变式题】图3-2-11

AD

图3-2-12

BC

【解析】【学会了吗丨变式题】图3-2-13

BCEA.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

ABD图3-2-14

【学会了吗丨变式题】图3-2-15

D

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(

)AA.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(

)DA.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

（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

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

AD

【解析】

选项分析正误A√BC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

DA.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(

)CA.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(

)BA.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

D

.

.

BD

不变做正功吸热

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(

)AA.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。

DA.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

BD

D

【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