一轮复习鲁科版 第61讲 热力学定律与能量守恒定律 课件（34张）

1、第六十一讲热力学定律与能量守恒定律一、热力学第一定律1.改变物体内能的两种方式(1)_ 。(2)传热。2.热力学第一定律(1)内容：一个热力学系统的内能变化量等于外界向它传递的_与外界对它所做的功的和。(2)表达式：U_。做功热量QW(3)U_中正、负号法则：QW吸收增加放出减少【典例1】 一定质量的理想气体在某一过程中，外界对气体做功7.0104 J，气体内能减少1.3105 J，则此过程()A.气体从外界吸收热量2.0105 JB.气体向外界放出热量2.0105 JC.气体从外界吸收热量6.0104 JD.气体向外界放出热量6.0104 JB二、能量守恒定律1.内容 能量既不会凭空产生，也

2、不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者是从一个物体_到别的物体，在转化或_的过程中，能量的总量保持不变。2.条件性能量守恒定律是自然界的普遍规律，某一种形式的能是否守恒是有条件的。3.第一类永动机是不可能制成的，它违背了_。转移转移能量守恒定律【典例2】 木箱静止于水平地面上，现在用一个80 N的水平推力推动木箱前进10 m，木箱受到地面的摩擦力为60 N，则转化为木箱与地面系统的内能U和转化为木箱的动能Ek分别是(空气阻力不计)()A.U200 J，Ek600 J B.U600 J，Ek200 JC.U600 J，Ek800 J D.U800 J，Ek200 JB解析UFfx6

3、010 J600 JEkFxU8010 J600 J200 J。三、热力学第二定律1.热力学第二定律的两种表述(1)克劳修斯表述：热量不能_从低温物体传到高温物体。(2)开尔文表述：不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响。2.能量耗散：分散在环境中的内能不管数量多么巨大，它只不过能使地球大气稍稍变暖一点，却再也不能自动聚集起来驱动机器做功了。自发地【自测3】 (多选)下列现象中能够发生的是()A.一杯热茶在打开杯盖后，茶会自动变得更热B.蒸汽机把蒸汽的内能全部转化成机械能C.桶中混浊的泥水在静置一段时间后，泥沙下沉，上面的水变清，泥、水自动分离D.电冰箱通电后把箱内低温物体

4、的热量传到箱外高温物体CD考点一热力学第一定律的理解和应用1.热力学第一定律的理解(1)内能的变化都要用热力学第一定律进行综合分析。(2)做功情况看气体的体积：体积增大，气体对外做功，W为负；体积缩小，外界对气体做功，W为正。(3)与外界绝热，则不发生热传递，此时Q0。(4)如果研究对象是理想气体，因理想气体忽略分子势能，所以当它的内能变化时，主要体现在分子动能的变化上，从宏观上看就是温度发生了变化。2.三种特殊情况(1)若过程是绝热的，则Q0，WU，外界对物体做的功等于物体内能的增加。(2)若过程中不做功，即W0，则QU，物体吸收的热量等于物体内能的增加。(3)若过程的初、末状态物体的内能不

5、变，即U0，则WQ0或WQ，外界对物体做的功等于物体放出的热量。【典例3】 (多选)2020全国卷如图，一开口向上的导热汽缸内，用活塞封闭了一定质量的理想气体，活塞与汽缸壁间无摩擦。现用外力作用在活塞上，使其缓慢下降。环境温度保持不变，系统始终处于平衡状态。在活塞下降过程中( )A.气体体积逐渐减小，内能增加B.气体压强逐渐增大，内能不变C.气体压强逐渐增大，放出热量D.外界对气体做功，气体内能不变E.外界对气体做功，气体吸收热量BCD解析外力使活塞缓慢下降的过程中，由于温度保持不变，则气体的内能保持不变，气体的体积逐渐减小，外界对气体做功，由热力学第一定律WQU可知，气体向外界放出热量，又由

6、玻意耳定律可知，气体体积减小，气体的压强增大，由以上分析可知B、C、D正确，A、E错误。【变式1】 (2019全国卷)某容器中的空气被光滑活塞封住，容器和活塞绝热性能良好，空气可视为理想气体。初始时容器中空气的温度与外界相同，压强大于外界。现使活塞缓慢移动，直至容器中的空气压强与外界相同。此时，容器中空气的温度_(填“高于”“低于”或“等于”)外界温度，容器中空气的密度_(填“大于”“小于”或“等于”)外界空气的密度。答案低于大于解析活塞光滑、容器绝热，容器内空气体积增大，对外做功，由UWQ知，气体内能减少，温度降低。气体的压强与气体温度和单位体积内的分子数有关，由于容器内空气的温度低于外界温

7、度，但压强相同，则容器中空气的密度大于外界空气的密度。【典例4】 (多选)2017全国卷如图，用隔板将一绝热汽缸分成两部分，隔板左侧充有理想气体，隔板右侧与绝热活塞之间是真空。现将隔板抽开，气体会自发扩散至整个汽缸。待气体达到稳定后，缓慢推压活塞，将气体压回到原来的体积。假设整个系统不漏气。下列说法正确的是( )A.气体自发扩散前后内能相同B.气体在被压缩的过程中内能增大C.在自发扩散过程中，气体对外界做功D.气体在被压缩的过程中，外界对气体做功E.气体在被压缩的过程中，气体分子的平均动能不变ABD解析因为汽缸、活塞都是绝热的，隔板右侧是真空，所以理想气体在自发扩散的过程中，既不吸热也不放热，

8、也不对外界做功。根据热力学第一定律可知，气体自发扩散前后，内能不变，选项A正确，C错误；气体被压缩的过程中，外界对气体做功，气体内能增大，又因为一定质量的理想气体的内能只与温度有关，所以气体温度升高，分子平均动能增大，选项B、D正确，E错误。【变式2】 (2020天津卷)水枪是孩子们喜爱的玩具，常见的气压式水枪储水罐示意如图3。从储水罐充气口充入气体，达到一定压强后，关闭充气口。扣动扳机将阀门M打开，水即从枪口喷出。若在水不断喷出的过程中，罐内气体温度始终保持不变，则气体()A.压强变大 B.对外界做功C.对外界放热 D.分子平均动能变大B解析在水向外不断喷出的过程中，罐内气体体积增大，根据玻

9、意耳定律可知，罐内气体的压强减小，选项A错误；由于罐内气体温度不变，内能不变，体积增大，气体对外做功，根据热力学第一定律可知，气体吸热，选项B正确，C错误；根据温度是分子平均动能的标志可知，温度不变，分子平均动能不变，选项D错误。考点二热力学第一定律与图像的综合应用【典例5】 (2020山东卷)一定质量的理想气体从状态a开始，经ab、bc、ca三个过程后回到初始状态a，其pV图像如图所示。已知三个状态的坐标分别为a(V0，2p0)、b(2V0，p0)、c(3V0，2p0)。以下判断正确的是()A.气体在ab过程中对外界做的功小于在bc过程中对外界做的功B.气体在ab过程中从外界吸收的热量大于在

10、bc过程中从外界吸收的热量C.在ca过程中，外界对气体做的功小于气体向外界放出的热量D.气体在ca过程中内能的减少量大于bc过程中内能的增加量C解析气体在ab过程中体积增大，气体对外做功，在bc过程中体积增大，气体对外做功，根据pV图像与横轴所围的面积表示做的功可知，在这两个过程中气体对外做的功相等，选项A错误；气体在ab过程中体积增大，气体对外做功，由理想气体状态方程可知，a、b两个状态温度相等，内能不变，由热力学第一定律可知吸收的热量等于气体对外做的功；气体在bc过程中体积增大，气体对外做功，由理想气体状态方程可知，c状态的温度高于b状态的温度，内能增加，由热力学第一定律可知吸收的热量等于

11、气体对外做的功与内能增加量之和，即气体在ab过程中吸收的热量小于气体在bc过程中吸收的热量，选项B错误；气体在ca的过程中，体积减小，温度降低，外界对气体做功，内能减小，根据热力学第一定律，外界对气体做的功小于气体放出的热量，选项C正确；由理想气体状态方程可知，a、b两个状态温度相等，内能相等，所以气体在ca的过程中内能的减少量等于气体在bc过程中内能的增加量，选项D错误。BDE【变式3】 (多选)2018全国卷如图所示，一定质量的理想气体从状态a开始，经历过程、到达状态e。对此气体，下列说法正确的是( )A.过程中气体的压强逐渐减小B.过程中气体对外界做正功C.过程中气体从外界吸收了热量D.

12、状态c、d的内能相等E.状态d的压强比状态b的压强小考点三热力学第一定律与气体实验定律的综合应用解题步骤【典例6】 (2020山东省等级考试模拟卷)如图所示，水平放置的封闭绝热汽缸，被一锁定的绝热活塞分为体积相等的a、b两部分。已知a部分气体为1 mol氧气，b部分气体为2 mol氧气，两部分气体温度相等，均可视为理想气体。解除锁定，活塞滑动一段距离后，两部分气体各自再次达到平衡态时，它们的体积分别为Va、Vb，温度分别为Ta、Tb。下列说法正确的是()A.VaVb，TaTb B.VaVb，TaTbC.VaVb，TaTb D.VaVb，TaTbD解析解除锁定前，两部分气体温度相同，体积相同，物

13、质的量大的部分分子密度大，气体压强大，即b部分压强大，故解除锁定后活塞左移，平衡时VaVb，papb，故A、B错误；活塞左移过程中，a气体被压缩内能增大，温度升高，b气体对外做功，内能减小，温度降低，平衡时TaTb，故C错误，D正确。【变式4】 (2020海南省新高考一模)一定质量的理想气体，从状态M开始，经状态N、Q回到原状态M，其pV图像如图所示，其中QM平行于横轴，NQ平行于纵轴。则()A.MN过程气体温度不变B.NQ过程气体对外做功C.NQ过程气体内能减小D.QM过程气体放出热量D【变式5】 20211月重庆市学业水平选择性考试适应性测试如图所示，密闭导热容器A、B的体积均为V0，A、

14、B浸在盛水容器中，达到热平衡后，A中压强为p0，温度为T0，B内为真空，将A中的气体视为理想气体。打开活栓C，A中部分气体进入B。 若再次达到平衡时，水温未发生变化，求此时气体的压强；若密闭气体的内能与温度的关系为Uk(T2T1)(k为大于0的已知常量，T1、T2分别为气体始末状态的温度)，在所述状态的基础上，将水温升至1.2T0，重新达到平衡时，求气体的压强及所吸收的热量。考点四热力学第二定律1.热力学第二定律的含义(1)“自发地”指明了热传递等热力学宏观现象的方向性，不需要借助外界提供能量的帮助。(2)“不产生其他影响”的含义是发生的热力学宏观过程只在本系统内完成，对周围环境不产生热力学方

15、面的影响，如吸热、放热、做功等。在产生其他影响的条件下内能可以全部转化为机械能，如气体的等温膨胀过程。2.热力学第二定律的实质热力学第二定律的每一种表述，都揭示了大量分子参与的宏观过程的方向性，进而使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。3.热力学过程的方向性实例4.两类永动机的比较第一类永动机第二类永动机设计要求不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功的机器从单一热源吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响的机器不可能制成的原因违背能量守恒定律不违背能量守恒定律，违背热力学第二定律【典例7】 2020全国卷下列关于能量转换过程的叙述，违背热力学第一定律的有_，不违背热力

16、学第一定律、但违背热力学第二定律的有_。A.汽车通过燃烧汽油获得动力并向空气中散热B.冷水倒入保温杯后，冷水和杯子的温度都变得更低C.某新型热机工作时将从高温热源吸收的热量全部转化为功，而不产生其他影响D.冰箱的制冷机工作时从箱内低温环境中提取热量散发到温度较高的室内解析汽车通过燃烧汽油获得动力并向空气中散热既不违背热力学第一定律也不违背热力学第二定律；冷水倒入保温杯后，冷水和杯子的温度都变得更低，违背了热力学第一定律；热机工作时吸收的热量不可能全部用来对外做功，而不产生其他影响，显然C选项遵循热力学第一定律，但违背了热力学第二定律；冰箱的制冷机工作时，从箱内低温环境中提取热量散发到温度较高的室内，既不违背热力学第一定律也不违背热力学第二定律，综上所