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章末核心素养提升
一、热力学第一定律与气体实验定律的综合
例1 （多选）在一汽缸中用活塞封闭着一定质量的理想气体，发生下列缓慢变化过程，气体一定与外界有热量交换的过程是（　　）
A.气体的体积不变，温度升高
B.气体的体积减小，温度升高
C.气体的体积增大，温度不变
D.气体的体积增大，温度降低
听课笔记　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
例2 （2022·山东卷，5）如图所示，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，初始时气缸开口向上放置，活塞处于静止状态，将汽缸缓慢转动90°过程中，缸内气体（　　）
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
听课笔记　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
例3 （2022·湖北卷，3） 一定质量的理想气体由状态a变为状态c，其过程如p－V图中a→c直线段所示，状态b对应该线段的中点。下列说法正确的是（　　）
A.a→b是等温过程
B.a→b过程中气体吸热
C.a→c过程中状态b的温度最低
D.a→c过程中外界对气体做正功
听课笔记　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
例4 （2023·1月浙江选考，17）某探究小组设计了一个报警装置，其原理如图所示。在竖直放置的圆柱形容器内用面积S＝100 cm2、质量m＝1 kg的活塞密封一定质量的理想气体，活塞能无摩擦滑动。开始时气体处于温度TA＝300 K、活塞与容器底的距离h0＝30 cm的状态A。环境温度升高时容器内气体被加热，活塞缓慢上升d＝3 cm恰好到达容器内的卡口处，此时气体达到状态B。活塞保持不动，气体被继续加热至温度Tc＝363 K的状态C时触动报警器。从状态A到状态C的过程中气体内能增加了ΔU＝158 J。取大气压p0＝0.99×105 Pa，求气体
（1）在状态B的温度；
（2）在状态C的压强；
（3）由状态A到状态C过程中从外界吸收热量Q。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
二、热力学第一定律和热力学第二定律的应用
例5 我国建成后的“天宫”空间站，是“天和核心舱”、“问天实验舱”和“梦天实验舱”的三舱组合体，三舱皆有“气闸舱”；航天员出站时，要途经“气闸舱”“减压”后才能出站；从太空返回空间站时要途经“气闸舱”“升压”后才能进站。“气闸舱”的原理如图所示，相通的两容器A、B之间装有阀门K，A内充满气体，B内为真空；打开阀门K后，A内的气体进入B中，达到平衡后，再关闭阀门K；B即为“气闸舱”。若整个系统跟外界没有热交换，气体为理想气体，则（　　）
A.容器A内的气体进入容器B的过程中，气体膨胀，对外做了功
B.容器A内的气体进入容器B的过程中，气体膨胀，温度降低
C.容器A内的气体进入容器B的过程中，气体分子势能减少
D.即使阀门K一直处于打开状态，容器B中气体也不可能自发地全部退回到容器A中
章末核心素养提升
知识网络构建
能量　热量　等价　内能　Q＋W　＞　＞　＜　产生　消失　转化
转移　总量　能量守恒定律　低温　高温　不可能　热力学第二定律
核心素养提升
例1 AC　[气体的体积不变，气体对外界不做功，即W＝0，温度升高，即气体内能U增大，ΔU>0，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W知，Q>0，即气体从外界吸热，A正确；气体的体积减小，W>0，温度升高，即气体内能U增大，ΔU>0，则Q可能为零，即气体可能与外界无热量交换，B错误；气体的体积增大，气体对外界做功，即W<0，温度不变，即气体内能U不变，ΔU＝0，则Q>0，即气体从外界吸热，C正确；气体的体积增大，W<0，温度降低，即气体内能U减小，ΔU<0，则Q可能等于零，即气体可能与外界无热量交换，D错误。]
例2 C　[初始时汽缸开口向上，活塞处于平衡状态，由p1S＝mg＋p0S得p1＝p0＋，汽缸水平放置时，缸内气压等于大气压。汽缸、活塞都是绝热的，故缸内气体与外界没有发生传热，汽缸内气体通过压强作用将活塞往外推，气体对外做功，根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知，气体内能减小，故缸内理想气体的温度降低，分子热运动的平均速率减小，并不是所有分子热运动的速率都减小，A、B错误；气体内能减小，缸内理想气体的温度降低，速率大的分子数占总分子数的比例减小，C正确，D错误。]
例3 B　[根据理想气体的状态方程＝C，可知a→b气体温度升高，内能增加，且体积增大，气体对外界做功，则W < 0，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W，可知a→b过程中气体吸热，A错误，B正确；根据理想气体的状态方程＝C可知，p－V图像的坐标值的乘积反映温度，a状态和c状态的坐标值的乘积相等，而中间状态的坐标值乘积最大，所以a→c 过程的温度先升高后降低，且状态b的温度最高，C错误；a→c过程气体体积增大，外界对气体做负功，D错误。]
例4 (1)330 K　(2)1.1×105Pa　(3)188 J
解析　(1)气体由状态A变化到状态B的过程中，封闭气体的压强不变，则有＝
解得TB＝TA＝330 K。
(2)从状态A到状态B的过程中，活塞缓慢上升
则pBS＝p0S＋mg
解得pB＝1×105 Pa
根据题意可知，气体由状态B变化到状态C的过程中，气体的体积不变，则有＝
解得pC＝pB＝1.1×105 Pa。
(3)根据题意可知，从状态A到状态C的过程中气体对外做功为
W0＝pBSd＝30 J
外界对气体做功W＝－W0
由热力学第一定律有ΔU＝Q＋W
解得Q＝ΔU－W＝188 J。
例5 D　[当阀门K被打开时，容器A中的气体进入容器B中，由于容器B中为真空，所以气体体积膨胀，对外不做功，又因为系统与外界无热交换，所以气体内能不变，气体为理想气体，分子势能不变，则气体的温度也不变，故A、B、C错误；由热力学第二定律知，真空中气体膨胀具有方向性，在无外界作用时，容器B中气体不能自发地全部退回到容器A中，故D正确。](共17张PPT)
章末核心素养提升(知识网络构建＋核心素养提升)
第三章　热力学定律
目 录
CONTENTS
知识网络构建
01
核心素养提升
02
知识网络构建
1
能量
热量
等价
内能
Q+W
＞
＞
＜
产生
消失
转化
转移
总量
能量守恒定律
低温
高温
不可能
热力学第二定律
核心素养提升
2
AC
一、热力学第一定律与气体实验定律的综合
例1 (多选)在一汽缸中用活塞封闭着一定质量的理想气体，发生下列缓慢变化过程，气体一定与外界有热量交换的过程是(　　)
A.气体的体积不变，温度升高
B.气体的体积减小，温度升高
C.气体的体积增大，温度不变
D.气体的体积增大，温度降低
解析　气体的体积不变，气体对外界不做功，即W＝0，温度升高，即气体内能U增大，ΔU>0，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W知，Q>0，即气体从外界吸热，A正确；气体的体积减小，W>0，温度升高，即气体内能U增大，ΔU>0，则Q可能为零，即气体可能与外界无热量交换，B错误；气体的体积增大，气体对外界做功，即W<0，温度不变，即气体内能U不变，ΔU＝0，则Q>0，即气体从外界吸热，C正确；气体的体积增大，W<0，温度降低，即气体内能U减小，ΔU<0，则Q可能等于零，即气体可能与外界无热量交换，D错误。
C
例2 (2022·山东卷，5)如图所示，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，初始时气缸开口向上放置，活塞处于静止状态，将汽缸缓慢转动90°过程中，缸内气体(　　)
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
B
例3 (2022·湖北卷，3) 一定质量的理想气体由状态a变为状态c，其过程如p－V图中a→c直线段所示，状态b对应该线段的中点。下列说法正确的是(　　)
A.a→b是等温过程
B.a→b过程中气体吸热
C.a→c过程中状态b的温度最低
D.a→c过程中外界对气体做正功
例4 (2023·1月浙江选考，17)某探究小组设计了一个报警装置，其原理如图所示。在竖直放置的圆柱形容器内用面积S＝100 cm2、质量m＝1 kg的活塞密封一定质量的理想气体，活塞能无摩擦滑动。开始时气体处于温度TA＝300 K、活塞与容器底的距离h0＝30 cm的状态A。环境温度升高时容器内气体被加热，活塞缓慢上升d＝3 cm恰好到达容器内的卡口处，此时气体达到状态B。活塞保持不动，气体被继续加热至温度Tc＝363 K的状态C时触动报警器。从状态A到状态C的过程中气体内能增加了ΔU＝158 J。取大气压p0＝0.99×105 Pa，求气体
(1)在状态B的温度；
(2)在状态C的压强；
(3)由状态A到状态C过程中从外界吸收热量Q。
(2)从状态A到状态B的过程中，活塞缓慢上升，则pBS＝p0S＋mg
解得pB＝1×105 Pa
根据题意可知，气体由状态B变化到状态C的过程中，气体的体积不变，则有
(3)根据题意可知，从状态A到状态C的过程中气体对外做功为
W0＝pBSd＝30 J
外界对气体做功W＝－W0
由热力学第一定律有ΔU＝Q＋W
解得Q＝ΔU－W＝188 J。
答案　(1)330 K　(2)1.1×105Pa　(3)188 J
二、热力学第一定律和热力学第二定律的应用
例5 我国建成后的“天宫”空间站，是“天和核心舱”、“问天实验舱”和“梦天实验舱”的三舱组合体，三舱皆有“气闸舱”；航天员出站时，要途经“气闸舱”“减压”后才能出站；从太空返回空间站时要途经“气闸舱”“升压”后才能进站。“气闸舱”的原理如图所示，相通的两容器A、B之间装有阀门K，A内充满气体，B内为真空；打开阀门K后，A内的气体进入B中，达到平衡后，再关闭阀门K；B即为“气闸舱”。若整个系统跟外界没有热交换，气体为理想气体，则(　　)
A.容器A内的气体进入容器B的过程中，气体膨胀，对外做了功
B.容器A内的气体进入容器B的过程中，气体膨胀，温度降低
D
C.容器A内的气体进入容器B的过程中，气体分子势能减少
D.即使阀门K一直处于打开状态，容器B中气体也不可能自发地全部退回到容器A中
解析　当阀门K被打开时，容器A中的气体进入容器B中，由于容器B中为真空，所以气体体积膨胀，对外不做功，又因为系统与外界无热交换，所以气体内能不变，气体为理想气体，分子势能不变，则气体的温度也不变，故A、B、C错误；由热力学第二定律知，真空中气体膨胀具有方向性，在无外界作用时，容器B中气体不能自发地全部退回到容器A中，故D正确。

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