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(共43张PPT)
[学习目标]
1.会处理热力学第一定律与气体图像的综合问题。
2.会处理热力学第一定律与气体实验定律的综合问题。
热力学第一定律与气体图像相结合问题的解题思路：
1.根据气体的图像分析气体的状态变化，根据状态变化过程灵活选择气体实验定律或者理想气体的状态方程分析有关问题。
2.根据体积的变化分析做功情况：气体体积增大，气体对外界做功；气体体积减小，外界对气体做功。
3.根据温度的变化分析气体内能的变化：一定质量的理想气体的内能仅与温度有关，温度升高，内能增加；温度降低，内能减少。
4.应用热力学第一定律判断是吸热还是放热：由热力学第一定律ΔU＝Q＋W，得Q＝ΔU－W，若已知气体的做功情况和内能的变化情况，即可判断气体的状态变化是吸热过程还是放热过程。
[例1]　(2024·新课标卷)(多选)如图，一定量理想气体的循环由下面4个过程组成：1→2为绝热过程(过程中气体不与外界交换热量)，2→3为等压过程，3→4为绝热过程，4→1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.1→2过程中，气体内能增加
B.2→3过程中，气体向外放热
C.3→4过程中，气体内能不变
D.4→1过程中，气体向外放热
解析　1→2为绝热过程，根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知，此时气体体积减小，外界对气体做功，故内能增加，故A正确；2→3为等压过程，根据盖－吕萨克定律可知，气体体积增大时温度增大，内能增加，此时气体体积增大，气体对外界做功W<0，故气体吸收热量，故B错误；3→4为绝热过程，此时气体体积增大，气体对外界做功W<0，根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知，气体内能减少，故C错误；4→1为等容过程，根据查理定律可知，压强减小时温度减小，故内能减少，由于体积不变W＝0，故可知气体向外放热，故D正确。
[例2]　某容器内一定质量的理想气体从状态a开始，经历状态b、c后又回到状态a的过程，体积随热力学温度变化的图像如图所示，下列说法正确的是(　　)
A.a→b，气体分子单位时间撞击单位面积器壁的次数不变
B.b→c，气体从外界吸收的热量小于对外做的功
C.c→a，气体放出的热量大于其内能减少量
D.整个过程中，气体从外界吸收热量
D
解决热力学第一定律与气体实验定律的综合问题的一般思路：
[例3]　如图所示，一U形玻璃管竖直放置，右端开口，左管用光滑活塞和水银封闭一段长为L0＝40 cm的空气柱。外界大气压为p0＝1.0×105 Pa，封闭气体的温度t0＝27 ℃，玻璃管的横截面积为S＝5.0 cm2，管内水银柱及空气柱长度如图所示。已知水银的密度为ρ＝13.6×103 kg/m3，重力加速度g取10 m/s2；封闭气体的温度缓慢降至t1＝－3 ℃。
(1)求温度t1＝－3 ℃时空气柱的长度L；
(2)已知该过程中气体向外界放出5.0 J的热量，求气体内能的变化量(结果保留两位有效数字)。
答案　(1)36 cm　(2)减少2.5 J
1.(热力学第一定律与气体图像的综合问题)如图为某理想气体的p－T图像，下列说法正确的是(　　)
A.由A到B的过程，气体对外做功，内能增加
B.由A到B是等容过程，B到C是等压过程，气体在C状态时的体积比在B状态时的体积大
C.由B到C的过程，外界对气体做功，放出热量
D.由B到C的过程，气体温度升高，所有气体分子的动能都增大
B
解析　由A到B的过程为等容升温的过程，因体积不变，故W＝0，而温度升高了，则内能增加，故A错误；由B到C的过程是等压升温的过程，比较B点、C点与坐标原点连线的斜率可知，C点的斜率小，则气体的体积大，故B正确；B到C的过程，体积变大，则气体对外界做功(W<0)，而温度升高说明内能增加(ΔU>0)，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W，可得Q>0，即气体要吸热，故C错误；由B到C的过程气体温度升高，则气体分子的平均动能增大，但并不是所有气体分子的动能都增大，故D错误。
2. (热力学第一定律与气体图像的综合问题)如图所示，一定质量的理想气体分别经历a→b和a→c两个过程，其中a→b为等温过程，状态b、c的体积相同，则(　　)
A.状态a的内能大于状态b B.状态a的温度高于状态c
C.a→c过程中气体吸收热量 D.a→c过程中外界对气体做正功
C
3.(热力学第一定律与气体实验定律的综合问题)下列关于理想气体的说法正确的是(　　)
A.理想气体吸热后温度一定升高 B.理想气体等压压缩过程可能吸热
C.理想气体绝热膨胀过程内能一定减少 D.理想气体自由膨胀一定对外做功
C
4.(热力学第一定律与气体实验定律的综合问题)(多选)用密封性好、充满气体的塑料袋包裹易碎品，如图所示，充气袋四周被挤压时，假设袋内气体与外界无热交换，则(　　)
AC
A.袋内气体体积减小，内能增加 B.袋内气体体积减小，压强减小
C.外界对袋内气体做功，内能增加 D.袋内气体对外界做正功，压强减小
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[基础巩固练]
1.(多选)如图所示，一定质量的理想气体从状态a变化到状态b。在此过程中(　　)
A.气体温度一直降低 B.气体内能一直增加
C.气体一直对外做功 D.气体一直向外界放热
BC
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2.(多选)一定质量的理想气体从状态A经过状态B变化到状态C，其V－T图像如图所示。下列说法正确的有(　　)
BC
A.A→B的过程中，气体对外界做功
B.A→B的过程中，气体放出热量
C.B→C的过程中，气体压强不变
D.A→B→C的过程中，气体内能增加
解析　由题图知A→B的过程中，温度不变，则内能不变，即ΔU＝0，而体积减小，所以外界对气体做功，即W>0，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q知，在A→B的过程中，气体放出热量，故A错误，B正确；B→C的过程中，V－T图像的延长线过原点，气体做等压变化，故C正确；A→B→C的过程中，温度先不变后降低，气体内能先不变后减少，故D错误。
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3.(多选)如图所示，绝热隔板K把绝热的气缸分成体积相等的两部分，K与气缸壁间的摩擦忽略不计，两部分中分别充满相同质量、相同温度的同种气体a和b，气体分子势能可忽略，现通过电热丝对气体a加热一段时间后，a、b各自达到新的平衡，则(　　)
BCD
A.a的体积增大，压强变小
B.b的温度升高
C.加热后a的分子热运动比b的分子热运动更剧烈
D.a增加的内能大于b增加的内能
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4.(2025·江苏淮安高二检测)如图所示描述了一定质量的理想气体状态变化过程中的四个状态，图中ab的延长线过原点，则下列说法正确的是(　　)
D
A.气体从状态a到b的过程，气体体积增大
B.气体从状态b到c的过程，一定向外界放出热量
C.气体从状态c到d的过程，外界对气体做功
D.气体从状态d到a的过程，气体的内能减少
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5.(多选)如图为某同学设计的消杀喷药装置，内部装有8 L药液，上部密封1 atm的空气1 L，保持阀门关闭，再充入1 atm的空气0.2 L。设在所有过程中空气都可看成理想气体，且温度不变，下列说法正确的是(　　)
AB
A.充气后，密封气体的压强增大为1.2 atm
B.充气后，密封气体的分子平均动能不变
C.打开阀门后，密封气体向外界放热
D.打开阀门后，不再充气也能把药液喷光
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6.(2025·四川成都高二月考)如图所示，一足够长薄壁导热气缸开口向下用轻绳悬挂在天花板上，气缸的横截面积为S，不计厚度的活塞与气缸之间无摩擦，活塞和气缸之间封闭一定质量的理想气体，大气压强为p0，环境温度不变。活塞稳定时距气缸底部的距离为l，在活塞的底部中心悬挂一个轻质小桶，往小桶中缓慢加细沙，当所加细沙质量为m时，活塞距气缸底部的距离为2l，下列说法正确的是(　　)
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A.a→b过程，气体的温度降低，每个气体分子的动能都减小
B.b→c过程，气体的内能增加，内能的增加量等于气体从外
界吸收的热量
C.c→d过程，气体的内能增加，内能的增加量等于外界对气
体做的功
D.d→a过程，外界对气体做正功，气体向外界放出热量，放出的热量等于外界对气体做的功
C
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解析　a→b过程，气体体积不变，压强减小，则温度降低，气体分子的平均动能减小，但并不是每个气体分子的动能都减小，故A错误；b→c过程，气体压强不变，体积增大，则温度升高，气体的内能增加，即ΔU>0；体积增大，说明气体对外做功，即W<0，根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知，内能的增加量小于气体从外界吸收的热量，故B错误；c→d过程，体积减小，外界对气体做功，即W>0，又由于是绝热过程，没有热传递，根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知，气体的内能增加，内能的增加量等于外界对气体做的功，故C正确；d→a过程，气体压强不变，体积减小，则温度降低，内能减少，体积减小，说明外界对气体做正功，则气体向外界放出热量，根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知，放出的热量大于外界对气体做的功，故D错误。
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8.(多选)如图所示，一定质量的某种理想气体在状态a时的压强为p0。从状态a到状态c，该气体从外界吸收的热量为Q，在V－T图像中图线ca延长线通过坐标原点O，从状态c到状态b温度不变，则(　　)
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9.(2025·陕晋青宁卷)某种卡车轮胎的标准胎压范围为2.8×105Pa～3.5×105Pa。卡车行驶过程中，一般胎内气体的温度会升高，体积及压强也会增大。若某一行驶过程中胎内气体压强p随体积V线性变化如图所示，温度T1 为300 K时，体积V1和压强p1分别为0.528 m3 、3.0×105 Pa；当胎内气体温度升高到T2 为350 K时，体积增大到V2 为0.560 m3，气体可视为理想气体。
(1)求此时胎内气体的压强p2 ；
(2)若该过程中胎内气体吸收的热量Q为7.608×104 J，
求胎内气体的内能增加量ΔU。
答案　(1)3.3×105 Pa　(2)6.6×104 J
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(1)闭合开关后缸内气体的压强；
(2)酒精棉球熄灭时缸内气体的温度T与环境温度T0的比值；
(3)若从酒精棉球熄灭到最终稳定的过程中气体放出的热量为Q，
求气体内能的变化。
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