2024版高考物理一轮总复习专题十三热学第3讲热力学定律能量守恒课件

第3讲热力学定律、能量守恒核心知识·优化增分一、热力学第一定律和能量守恒定律1.改变物体内能的两种方式.(1)________；(2)________.

做功热传递2.热力学第一定律.(1)内容：一个热力学系统内能的增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功之和.(2)表达式：ΔU＝Q＋W.3.能的转化和守恒定律.(1)内容：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变.(2)第一类永动机：违背能量守恒定律的机器被称为第一类永动机.它是不可能制成的.二、热力学第二定律1.常见的两种表述.(1)克劳修斯表述：热量不能自发地从________物体传到________物体.

(2)开尔文表述：不可能从________吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响.

低温高温单一热库

2.第二类永动机.违背宏观热现象方向性的机器被称为第二类永动机.这类永动机不违背_________________，

但它违背了_______________，也是不可能制成的.

能量守恒定律热力学第二定律(1)做功和热传递对改变物体的内能具有等效性.(2)功W的正负可以根据系统的体积变化判断：①体积增大→系统对外做功→W＜0；②体积减小→外界对系统做功→W＞0.(3)可以从单一热源吸收热量，使之完全变成功，但要引起其他变化.

1.[能量守恒](多选)关于能量和能量守恒，下列表述正确的是(

)A.能量可以从一种形式转化为另一种形式B.能量可以从一个物体转移到另一个物体C.能量是守恒的，所以能源永不枯竭D.满足能量守恒定律的物理过程一定能自发进行【答案】AB2.[永动机](多选)关于第二类永动机，下列说法正确的是(

)A.第二类永动机是指没有冷凝器，只有单一的热源，能将从单一热源吸收的热量全部用来做功，而不引起其他变化的热机B.第二类永动机违背了能量守恒定律，所以不可能制成C.第二类永动机违背了热力学第二定律，所以不可能制成D.第二类永动机不可能制成，说明机械能可以全部转化为内能，内能却不能全部转化为机械能【答案】AC3.[热力学定律](多选)对于热力学第一定律和热力学第二定律的理解，下列说法正确的是(

)A.热现象过程中不可避免地出现能量耗散现象，能量耗散符合热力学第二定律B.物体从外界吸收热量，其内能一定增加；物体对外界做功，其内能一定减少C.凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，在热传递中，热量只能从高温物体传递给低温物体，而不能从低温物体传递给高温物体D.第一类永动机违背能量守恒定律，第二类永动机不违背能量守恒定律【答案】AD

【解析】能量耗散过程体现了宏观自然过程的方向性，符合热力学第二定律，故A正确；根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可知物体从外界吸收热量，其内能不一定增加，物体对外界做功，其内能不一定减少，B错误；做功可以让热量从低温物体传递给高温物体，如电冰箱，C错误；第二类永动机没有违反能量守恒定律，热力学第一定律是能量转化和守恒定律在热学中的反映，因此第二类永动机没有违反热力学第一定律，不能制成是因为它违反了热力学第二定律，故D正确.高分能力·突破瓶颈考点1热力学第一定律的理解与应用[基础考点]1.热力学第一定律的理解不仅反映了做功和热传递这两种方式改变内能的过程是等效的，而且给出了内能的变化量和做功与热传递之间的定量关系.此定律是标量式，应用时热量的单位应统一为国际单位制中的焦耳.2.对公式ΔU＝Q＋W符号的规定

符号WQΔU＋外界对物体做功物体吸收热量内能增加－物体对外界做功物体放出热量内能减少3.三种特殊情况(1)若过程是绝热的，则Q＝0，W＝ΔU，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W＝0，则Q＝ΔU，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变，即ΔU＝0，则W＋Q＝0或W＝－Q，外界对物体做的功等于物体放出的热量.1.(2022年江门模拟)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.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，则气体的内能________(填“变大”“变小”或“不变”)，要____________(填“对外放热”或“从外吸热”).

【答案】不变从外吸热【解析】气体温度不变，则气体的内能不变；气体体积增大，则气体对外做功，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可知气体从外界吸热.2.(2022年天津模拟)自热米饭因其便于加热和携带越来越受到“驴友”的欢迎.自热米饭盒内有一个发热包，遇水发生化学反应而产生大量热能，不需要明火，温度可超过100℃，盖上盒盖便能在10~15分钟内迅速加热食品.自热米饭的盖子上有一个透气孔，如果透气孔堵塞，容易造成小型爆炸.下列说法正确的是(

)A.自热米饭盒爆炸，是盒内气体温度升高，气体分子间斥力急剧增大的结果B.在自热米饭盒爆炸的瞬间，盒内气体内能增加C.在自热米饭盒爆炸的瞬间，盒内气体温度降低D.自热米饭盒爆炸前，盒内气体温度升高，标志着每一个气体分子速率都增大了【答案】C

【解析】自热米饭盒爆炸，是盒内气体温度升高，气体压强急剧增大的结果，A错误；在自热米饭盒爆炸的瞬间，盒内气体对外做功，且来不及与外界进行热量交换，根据热力学第一定律可知盒内气体内能减少，温度降低，B错误，C正确；自热米饭盒爆炸前，盒内气体温度升高，气体分子平均速率增大，表现的是一种统计规律，并不代表每一个气体分子速率都增大了，D错误.3.(2021年山东卷)如图所示，密封的矿泉水瓶中，距瓶口越近水的温度越高.一开口向下、导热良好的小瓶置于矿泉水瓶中，小瓶中封闭一段空气.挤压矿泉水瓶，小瓶下沉到底部；松开后，小瓶缓慢上浮，上浮过程中，小瓶内气体(

)A.内能减少B.对外界做正功C.增加的内能大于吸收的热量D.增加的内能等于吸收的热量【答案】B4.某汽车的四冲程内燃机利用奥托循环进行工作，该循环由两个绝热过程和两个等容过程组成.如图所示为一定质量的理想气体所经历的奥托循环，则该气体(

)A.在状态a和c时的内能可能相等B.在a→b过程中，外界对其做的功全部用于增加内能C.b→c过程中增加的内能小于d→a过程中减少的内能D.在一次循环过程中吸收的热量小于放出的热量【答案】B

【解析】从c到d为绝热膨胀，则Q＝0，W＜0，则内能减小，ΔU＜0，温度降低；从d到a，体积不变，压强减小，则温度降低，则状态c的温度高于a状态温度，故A错误.在a→b过程为绝热压缩，外界对气体做功W＞0，Q＝0，则ΔU＝W，即外界对其做的功全部用于增加内能，故B正确.从b→c过程系统从外界吸收热量，从c→d系统对外做功，从d→a系统放出热量，从a→b外界对系统做功，根据p－V图像下面积即为气体做功大小，可知c到d过程气体对外做功.图像中b→c→d→a围成的图形的面积为气体对外做的功，整个过程气体内能变化量为零，则ΔW＝ΔQ，即Q吸－Q放＝ΔW＞0，即在一次循环过程中吸收的热量大于放出的热量，则b→c过程中增加的内能大于d→a过程中减少的内能，故C、D错误.考点2热力学第二定律[能力考点]1.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.2.两类永动机的比较(1)第一类永动机：不需要任何动力或燃料，能不断地对外做功的机器，违背能量守恒定律，不可能制成.(2)第二类永动机：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，不违背能量守恒定律，但违背热力学第二定律，不可能制成.3.热力学过程方向性实例

例1

(2022年湖南卷)(多选)利用“涡流效应”可实现冷热气体的分离.如图，一冷热气体分离装置由喷嘴、涡流室、环形管、分离挡板和冷热两端管等构成.高压氮气由喷嘴切向流入涡流室中，然后以螺旋方式在环形管中向右旋转前进，分子热运动速率较小的气体分子将聚集到环形管中心部位，而分子热运动速率较大的气体分子将聚集到环形管边缘部位.气流到达分离挡板处时，中心部位气流与分离挡板碰撞后反向，从A端流出，边缘部位气流从B端流出.下列说法正确的是(

)A.A端为冷端，B端为热端B.A端流出的气体分子热运动平均速率一定小于B端流出的C.A端流出的气体内能一定大于B端流出的D.该装置气体进出的过程满足能量守恒定律，但违背了热力学第二定律【答案】AB

【解析】依题意，中心部位为热运动速率较低的气体，与挡板相互作用后反弹，从A端流出，而边缘部位热运动速率较高的气体从B端流出；同种气体分子平均热运动速率较大、其对应的温度也就较高，所以A端为冷端、B端为热端，故A正确；依题意，A端流出的气体分子热运动速率较小，B端流出的气体分子热运动速率较大，所以从A端流出的气体分子热运动平均速率小于从B端流出的，故B正确；A端流出的气体分子热运动速率较小，B端流出的气体分子热运动速率较大，则从A端流出的气体分子平均动能小于从B端流出的气体分子平均动能，内能的多少还与分子数有关；依题意，不能得出从A端流出的气体内能一定大于从B端流出的气体内能，故C错误；该装置将冷热不均气体的进行分离，喷嘴处有高压，即通过外界做功而实现的，并非是自发进行的，没有违背热力学第二定律；温度较低的从A端出、较高的从B端出，也符合能量守恒定律，故D错误.1.(多选)下列说法正确的有(

)A.热量能够从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高温物体B.热量能够从高温物体传到低温物体，也可能从低温物体传到高温物体C.机械功可以全部转化为热量，但热量不可能全部转化为功D.机械功可以全部转化为热量，热量也可能全部转化为功【答案】BD2.(多选)如图所示，导热的汽缸固定在水平地面上，用活塞把一定质量的理想气体封闭在汽缸中，汽缸的内部光滑，现用水平外力F作用于活塞杆，使活塞缓慢向右移动，由状态①变化到状态②，在此过程中，如果环境温度保持不变，下列说法正确的是(

)A.气体分子平均动能不变B.气体内能减小C.气体吸收热量D.气体是从单一热源吸热，全部用来对外做功，但此过程违反热力学第二定律【答案】AC考点3气体实验定律与热力学第一定律的综合[能力考点]1.处理方法(1)气体实验定律研究对象是一定质量的理想气体.(2)对理想气体，只要体积变化，外界对气体(或气体对外界)要做功，如果是等压变化，W＝pΔV；只要温度发生变化，其内能就发生变化.(3)结合热力学第一定律ΔU＝W＋Q求解问题.

(3)等温过程：pV＝恒量.理想气体的内能只与温度有关，所以理想气体在等温过程中内能不变，即ΔU＝0，因此有Q＝－W.(4)绝热过程：Q＝0，ΔU＝W.气体膨胀时，减少的内能等于对外做的功；气体被压缩时，外界对气体做的功等于气体内能的增量.3.求解气体实验定律与热力学定律综合问题的一般思路

例2

(2022年全国卷)(多选)一定量的理想气体从状态a变化到状态b，其过程如p－T图上从a到b的线段所示.在此过程中(

)A.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【答案】BCE

1.(2022年湖北卷)一定质量的理想气体由状态a变为状态c，其过程如图像p－V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