高考物理一轮复习第十四章第3节热力学定律能量守恒课件

第3节热力学定律能量守恒一、热力学第一定律能量守恒定律1.改变物体内能的两种方式.做功做功

(1)________是其他形式的能与内能的相互转化过程，内能的改变量可用________的数值来量度. (2)________是物体间内能的转移过程，内能转移量用_______来量度.热传递热量2.热力学第一定律.传递的热量做的功

(1)内容：一个热力学系统的内能增量等于外界向它_________与外界对它所__________的和.(2)表达式：__________________.ΔU＝W＋Q

3.能量守恒定律. (1)内容：能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，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另一个物体.在转化或转移的过程中其总量__________.这就是能量的转化和守恒定律.保持不变不消耗能量

(2)任何违背能量守恒定律的过程都是不可能的，___________而对外做功的第一类永动机是不可能制成的.二、热力学第二定律1.两种表述.自发不产生其他影响

(1)克劳修斯表述：热量不能________地从低温物体传到高温物体(表述了热传递的方向性). (2)开尔文表述：不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成有用功而____________________(表述了机械能与内能转化过程的方向性).

2.第二类永动机是指设想只从单一热库吸收热量，使之完全变为有用的功而不引起其他变化的热机.这类永动机不可能制成的原因是违反了________________.热力学第二定律

3.热力学第二定律的意义：揭示了有大量分子参与的宏观过程的方向性，是独立于热力学第一定律的一个重要的自然规律.

4.热力学第二定律的微观解释. (1)一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行.这是热力学第二定律的微观意义. (2)从微观的角度看，热力学第二定律是一个统计规律：一个孤立系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展，而熵值较大代表着较为无序，所以自发的宏观过程总是向无序度________的方向发展.更大【基础自测】1.判断下列题目的正误.(1)做功和热传递的实质是相同的.()(2)绝热过程中，外界压缩气体做功20J，气体的内能一定减少.()(3)物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变.()(4)利用河水的能量使船逆水航行的设想，符合能量守恒定律.(化.(

)(5)热机中，燃气的内能可以全部变为机械能而不引起其他变

)答案：(1)×

(2)×

(3)√

(4)√

(5)×2.在绝热过程中，外界压缩气体做功20J，下列说法正确的是(

)A.气体内能一定增加20JB.气体内能增加必定小于20JC.气体内能增加可能小于20JD.气体内能可能不变答案：A

3.(2021年北京综测)北京春秋两季的昼夜温差较大，细心的司机发现从早晨到中午，车胎的体积和胎内气体的压强都会变大.若这段时间胎内气体质量不变，且可将其视为理想气体，那么从早)晨到中午这段时间内，车胎内的气体( A.对外界做功，内能减小

B.对外界做功，内能不变

C.吸收热量，内能不变

D.吸收的热量大于对外所做的功

答案：D

4.如图14-3-1所示的汽缸内盛有定量的理想气体，汽缸壁是导热的，缸外环境保持恒温，活塞与汽缸壁的接触是光滑的，但不漏气.现将活塞杆与外界连接，使其缓慢地向右移动，这样气体将等温膨胀并通过杆对外做功.若已知理想气体的内能只与温度有关，则下列说法正确的是(

)图14-3-1A.气体是从单一热源吸热，全用来对外做功，因此此过程违反热力学第二定律B.气体从单一热源吸热，但并未全用来对外做功，所以此过程不违反热力学第二定律C.气体是从单一热源吸热，全用来对外做功，但此过程不违反热力学第二定律D.ABC三种说法都不对答案：C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热点1热力学第一定律[热点归纳]1.对公式ΔU＝Q＋W符号的确定.项目做功热传递区别内能变化情况在绝热过程中，外界对物体做功，物体的内能增加；物体对外界做功，物体的内能减少在单纯的热传递过程中，物体吸收热量，内能增加；物体放出热量，内能减少从运动形式看做功是宏观的机械运动向物体的微观分子热运动的转化热传递是通过分子之间的相互作用，使同一物体的不同部分或不同物体间的分子热运动发生变化2.改变内能的两种方式的比较.项目做功热传递区别从能量角度看做功是其他形式的能与内能相互转化的过程，能的性质发生了变化不同物体间或同一物体不同部分之间内能的转移，能的性质不变联系做一定量的功或传递一定量的热量在改变内能的效果上是相同的(续表)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量.(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量.

(3)若过程的始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.4.应用热力学第一定律的三点注意.

(1)做功看体积：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.气体在真空中自由膨胀，对外界不做功，W＝0.(2)与外界绝热，则不发生热传递，此时Q＝0.

(3)由于理想气体没有分子势能，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.

考向1利用热力学第一定律进行定性分析

【典题1】(2023年天津卷)如图14-3-2是爬山所带氧气瓶，氧气瓶里的气体容积和质量不变.爬高过程中，温度减小，则气体()图14-3-2A.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.爬山过程中温度降低，则气体内能减小，B正确.根据热力学第一定律可知ΔU＝W＋Q，爬山过程中气体不做功，但内能减小，故可知气体放出热量，C错误.爬山过程中氧气瓶里的气体容PV T＝C可积和质量均不变，温度减小，根据理想气体状态方程知，气体压强减小，D错误.

答案：B

考向2利用热力学第一定律进行定量计算

【典题2】(2022年广东深圳模拟)一定质量的理想气体从状态a开始，经历三个过程ab、bc

和ca回到原状态，其p-T图像如图14-3-3所示，气体在状态______(填“a”“b”或“c”)的分子平均动能最小，在bc

过程中气体体积_______(填“变大”“变小”或“不变”)，在ab

过程中，气体对外界做功________(填“大于”“小于”或“等于”)气体吸收的热量.图14-3-3

解析：气体在状态a时的温度最低，则分子平均动能最小.在bc过程中气体温度不变，压强变大，则体积变小.在ab过程中，压强不变，温度升高，内能变大，ΔU＞0.体积变大，则气体对外界做功，则W＜0，则根据ΔU＝W＋Q可知，Q＞0，即气体对外界做功小于气体吸收的热量.

答案：a

变小小于思路导引平均动能的大小取决于温度，bc过程体积的变化根据玻意耳定律判断，此过程为等温过程，在ab过程中，内能变大，结合热力学第一定律比较气体对外做功的数值与吸收热量的多少.热点2热力学第二定律[热点归纳]1.对热力学第二定律关键词的理解.在热力学第二定律的表述中，“自发地”“不产生其他影响”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面的影响.如吸热、放热、做功等.2.热力学第二定律的实质.自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性.如：(1)高温物体低温物体(2)功热(3)气体体积V1气体体积V2(V2>V1)(4)不同气体A和B混合气体AB【典题3】空调的工作原理如图14-3-4所示，下列表述正确的是()

图14-3-4A.空调的工作原理对应的是热力学第一定律的开尔文表述B.空调的工作原理反映了热传导的方向性C.此原理图中的Q1＝Q2D.此原理图说明热量不能从低温物体传到高温物体

解析：空调的工作原理对应的是热力学第二定律的开尔文表述，A错误.空调的工作原理反映了热传导的方向性，热量不能自发地从低温物体传导给高温物体，但在外界干预下，可以从低温物体传导给高温物体，B正确，D错误.此原理图中的Q1＝Q2＋W，C错误.答案：B项目热力学第一定律热力学第二定律定律揭示的问题从能量守恒的角度揭示了功、热量和内能改变量三者的定量关系指出自然界中出现的宏观过程是有方向性的机械能和内能的转化当摩擦力做功时，机械能可以全部转化为内能内能不可能在不引起其他变化的情况下完全变成机械能表述形式只有一种表述形式有多种表述形式两定律的关系在热力学中，两者既相互独立，又互为补充，共同构成了热力学知识的理论基础方法技巧热力学第一、第二定律的比较热点3热力学定律与气体实验定律综合问题[热点归纳]

气体实验定律与热力学第一定律综合问题的四种题型：

(1)等压变化：气体膨胀对外界做功W，应用热力学第一定律代入－W；气体压缩外界对气体做功W，应用热力学第一定律代入＋W.

(2)等容变化：气体体积不变，气体和外界之间互不做功，即W＝0，则ΔU＝Q.气体从外界吸收的热量等于内能的增加量，气体向外界放出的热量等于内能的减少量.

(3)等温变化：气体内能不变，即ΔU＝0，Q＋W＝0.气体吸热后体积增大时，膨胀对外做的功等于从外界吸收的热量；反之气体被压缩时，外界对气体所做的功等于气体向外释放的热量. (4)绝热过程，即Q＝0，则W＝ΔU.气体体积变化导致内能变化，气体体积增大时，膨胀对外做的功等于气体内能的减少量；反之气体被压缩时，外界对气体所做的功等于气体内能的增加量.

【典题4】(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14-3-5中p-V图像中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图14-3-5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＝W＋Q可知a→b过程中气体吸热，A错误、B正确.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更大，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.答案：B

【迁移拓展】(2023年浙江卷)某探究小组设计了一个报警装置，其原理如图14-3-6所示.在竖直放置的圆柱形容器内用面积S＝100cm2、质量m＝1kg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