高中物理復習課件專題13熱學第3講熱力學定律、能量守恒

高考總復習物理·課件第3講熱力學定律、能量守恒必備知識·深悟固基一、熱力學第一定律和能量守恒定律1．改變物體內能的兩種方式(1)________；(2)________．2．熱力學第一定律(1)內容：一個熱力學系統(tǒng)內能的增量等于外界向它傳遞的熱量與外界對它所做的功之和．(2)表達式：ΔU＝Q＋W.做功熱傳遞3．能的轉化和守恒定律(1)內容：能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉化為另一種形式，或者從一個物體轉移到別的物體，在轉化或轉移的過程中，能量的總量保持不變．(2)第一類永動機：違背能量守恒定律的機器被稱為第一類永動機．它是不可能制成的．二、熱力學第二定律1．常見的兩種表述(1)克勞修斯表述：熱量不能自發(fā)地從________物體傳到________物體．(2)開爾文表述：不可能從__________吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響．2．第二類永動機違背宏觀熱現(xiàn)象方向性的機器被稱為第二類永動機．這類永動機不違背______________，但它違背了____________________，也是不可能制成的．低溫高溫單一熱庫能量守恒定律熱力學第二定律(1)做功和熱傳遞對改變物體的內能具有等效性．(2)功W的正負可以根據(jù)系統(tǒng)的體積變化判斷：①體積增大→系統(tǒng)對外做功→W＜0；②體積減小→外界對系統(tǒng)做功→W＞0.(3)可以從單一熱源吸收熱量，使之完全變成功，但要引起其他變化．1．[能量守恒](多選)關于能量和能量守恒，下列表述正確的是

(

)A．能量可以從一種形式轉化為另一種形式B．能量可以從一個物體轉移到另一個物體C．能量是守恒的，所以能源永不枯竭D．滿足能量守恒定律的物理過程一定能自發(fā)進行【答案】AB2．[永動機](多選)關于第二類永動機，下列說法正確的是 (

)A．第二類永動機是指沒有冷凝器，只有單一的熱源，能將從單一熱源吸收的熱量全部用來做功，而不引起其他變化的熱機B．第二類永動機違背了能量守恒定律，所以不可能制成C．第二類永動機違背了熱力學第二定律，所以不可能制成D．第二類永動機不可能制成，說明機械能可以全部轉化為內能，內能卻不能全部轉化為機械能【答案】AC3．[熱力學定律](多選)對于熱力學第一定律和熱力學第二定律的理解，下列說法正確的是

(

)A．熱現(xiàn)象過程中不可避免地出現(xiàn)能量耗散現(xiàn)象，能量耗散符合熱力學第二定律B．物體從外界吸收熱量，其內能一定增加；物體對外界做功，其內能一定減少C．凡與熱現(xiàn)象有關的宏觀過程都具有方向性，在熱傳遞中，熱量只能從高溫物體傳遞給低溫物體，而不能從低溫物體傳遞給高溫物體D．第一類永動機違背能量守恒定律，第二類永動機不違背能量守恒定律【答案】AD

【解析】能量耗散過程體現(xiàn)了宏觀自然過程的方向性，符合熱力學第二定律，故A正確；根據(jù)熱力學第一定律ΔU＝W＋Q，可知物體從外界吸收熱量，其內能不一定增加，物體對外界做功，其內能不一定減少，B錯誤；做功可以讓熱量從低溫物體傳遞給高溫物體，如電冰箱，C錯誤；第二類永動機沒有違反能量守恒定律，熱力學第一定律是能量轉化和守恒定律在熱學中的反映，因此第二類永動機沒有違反熱力學第一定律，不能制成是因為它違反了熱力學第二定律，故D正確．關鍵能力·突破要點考點1熱力學第一定律的理解與應用[基礎考點]1．熱力學第一定律的理解不僅反映了做功和熱傳遞這兩種方式改變內能的過程是等效的，而且給出了內能的變化量和做功與熱傳遞之間的定量關系．此定律是標量式，應用時熱量的單位應統(tǒng)一為國際單位制中的焦耳．2．對公式ΔU＝Q＋W符號的規(guī)定符號WQΔU＋外界對物體做功物體吸收熱量內能增加－物體對外界做功物體放出熱量內能減少3．三種特殊情況(1)若過程是絕熱的，則Q＝0，W＝ΔU，外界對物體做的功等于物體內能的增加．(2)若過程中不做功，即W＝0，則Q＝ΔU，物體吸收的熱量等于物體內能的增加．(3)若過程的初末狀態(tài)物體的內能不變，即ΔU＝0，則W＋Q＝0或W＝－Q，外界對物體做的功等于物體放出的熱量．1．(2019年全國卷Ⅰ)某容器中的空氣被光滑活塞封住，容器和活塞絕熱性能良好，空氣可視為理想氣體．初始時容器中空氣的溫度與外界相同，壓強大于外界．現(xiàn)使活塞緩慢移動，直至容器中的空氣壓強與外界相同．此時，容器中空氣的溫度________(填“高于”“低于”或“等于”)外界溫度，容器中空氣的密度________(填“大于”“小于”或“等于”)外界空氣的密度．【答案】低于大于2．(2021年山東卷)如圖所示，密封的礦泉水瓶中，距瓶口越近水的溫度越高．一開口向下、導熱良好的小瓶置于礦泉水瓶中，小瓶中封閉一段空氣．擠壓礦泉水瓶，小瓶下沉到底部；松開后，小瓶緩慢上浮，上浮過程中，小瓶內氣體

(

)A．內能減少B．對外界做正功C．增加的內能大于吸收的熱量D．增加的內能等于吸收的熱量【答案】B3．某汽車的四沖程內燃機利用奧托循環(huán)進行工作，該循環(huán)由兩個絕熱過程和兩個等容過程組成．如圖所示為一定質量的理想氣體所經(jīng)歷的奧托循環(huán)，則該氣體

(

)A．在狀態(tài)a和c時的內能可能相等B．在a→b過程中，外界對其做的功全部用于增加內能C．b→c過程中增加的內能小于d→a過程中減少的內能D．在一次循環(huán)過程中吸收的熱量小于放出的熱量【答案】B

【解析】從c到d為絕熱膨脹，則Q＝0，W<0，則內能減小ΔU<0，溫度降低；從d到a，體積不變，壓強減小，則溫度降低，則狀態(tài)c的溫度高于a狀態(tài)溫度，故A錯誤．在a→b過程為絕熱壓縮，外界對氣體做功W>0，Q＝0，則ΔU＝W，即外界對其做的功全部用于增加內能，故B正確．從b→c過程系統(tǒng)從外界吸收熱量，從c→d系統(tǒng)對外做功，從d→a系統(tǒng)放出熱量，從a→b外界對系統(tǒng)做功，根據(jù)p－V圖像下面積即為氣體做功大小，可知c到d過程氣體對外做功．圖像中b→c→d→a圍成的圖形的面積為氣體對外做的功，整個過程氣體內能變化量為零，則ΔW＝ΔQ，即Q吸－Q放＝ΔW>0，即在一次循環(huán)過程中吸收的熱量大于放出的熱量，則b→c過程中增加的內能大于d→a過程中減少的內能，故C、D錯誤．考點2熱力學第二定律[能力考點]1．熱力學第二定律的實質熱力學第二定律的每一種表述，都揭示了大量分子參與宏觀過程的方向性，進而使人們認識到自然界中進行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性．溫馨提示：熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，但在有外界作用的條件下，熱量可以從低溫物體傳到高溫物體，如電冰箱；在引起其他變化的條件下，內能可以全部轉化為機械能，如氣體的等溫膨脹過程．2．兩類永動機的比較(1)第一類永動機：不需要任何動力或燃料，能不斷地對外做功的機器，違背能量守恒定律，不可能制成．(2)第二類永動機：從單一熱源吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響的機器，不違背能量守恒定律，但違背熱力學第二定律，不可能制成．例1

(2020年全國卷Ⅱ)下列關于能量轉換過程的敘述，違背熱力學第一定律的有________，不違背熱力學第一定律、但違背熱力學第二定律的有________．(填正確答案標號)A．汽車通過燃燒汽油獲得動力并向空氣中散熱B．冷水倒入保溫杯后，冷水和杯子的溫度都變得更低C．某新型熱機工作時將從高溫熱源吸收的熱量全部轉化為功，而不產(chǎn)生其他影響D．冰箱的制冷機工作時從箱內低溫環(huán)境中提取熱量散發(fā)到溫度較高的室內【答案】B

C【解析】燃燒汽油產(chǎn)生的內能一方面向機械能轉化，同時熱傳遞向空氣．既不違背熱力學第一定律，也不違背熱力學第二定律；冷水倒入保溫杯后，沒有對外做功，同時也沒有熱傳遞，內能不可能減少，故違背熱力學第一定律；某新型熱機工作時將從高溫熱源吸收的熱量全部轉化為功，必然產(chǎn)生其他影響，故違背熱力學第二定律；制冷機消耗電能，工作時從箱內低溫環(huán)境中提取熱量散發(fā)到溫度較高的室內，發(fā)生了內能的轉移，同時對外界產(chǎn)生了影響，既不違背熱力學第一定律，也不違背熱力學第二定律．1．(多選)下列說法正確的有

(

)A．熱量能夠從高溫物體傳到低溫物體，但不能從低溫物體傳到高溫物體B．熱量能夠從高溫物體傳到低溫物體，也可能從低溫物體傳到高溫物體C．機械功可以全部轉化為熱量，但熱量不可能全部轉化為功D．機械功可以全部轉化為熱量，熱量也可能全部轉化為功【答案】BD2．(多選)如圖所示，導熱的汽缸固定在水平地面上，用活塞把一定質量的理想氣體封閉在汽缸中，汽缸的內部光滑，現(xiàn)用水平外力F作用于活塞桿，使活塞緩慢向右移動，由狀態(tài)①變化到狀態(tài)②，在此過程中，如果環(huán)境溫度保持不變，下列說法正確的是 (

)A．氣體分子平均動能不變B．氣體內能減小C．氣體吸收熱量D．氣體是從單一熱源吸熱，全部用來對外做功，但此過程違反熱力學第二定律【答案】AC考點3氣體實驗定律與熱力學第一定律的綜合[能力考點]1．處理方法(1)氣體實驗定律研究對象是一定質量的理想氣體．(2)對理想氣體，只要體積變化，外界對氣體(或氣體對外界)要做功，如果是等壓變化，W＝pΔV；只要溫度發(fā)生變化，其內能就發(fā)生變化．(3)結合熱力學第一定律ΔU＝W＋Q求解問題．(3)等溫過程：pV＝恒量．理想氣體的內能只與溫度有關，所以理想氣體在等溫過程中內能不變，即ΔU＝0，因此有Q＝－W.(4)絕熱過程：Q＝0，ΔU＝W.氣體膨脹時，減少的內能等于對外做的功；氣體被壓縮時，外界對氣體做的功等于氣體內能的增量．例2

(2021年全國乙卷改編)(多選)如圖，一定量的理想氣體從狀態(tài)a(p0，V0，T0)經(jīng)熱力學過程ab

、bc

、ca

后又回到狀態(tài)a.對于ab

、bc

、ca

三個過程，下列說法正確的是

(

)A．a(chǎn)b過程中，氣體始終吸熱B．ca過程中，氣體始終放熱C．ca過程中，氣體對外界做功D．bc過程中，氣體的溫度先降低后升高【答案】AB

【解析】由理想氣體的p－V

圖可知，理想氣體經(jīng)歷ab過程，體積不變，則W＝0，而壓強增大，由pV＝nRT可知，理想氣體的溫度升高，則內能增大，由ΔU＝Q＋W

可知，氣體一直吸熱，故A正確；理想氣體經(jīng)歷ca過程為等壓壓縮，則外界對氣體做功W>0，由pV＝nRT

知溫度降低，即內能減少ΔU<0，由ΔU＝Q＋W可知，Q<0，即氣體放熱，故B正確，C錯誤；由pV＝nRT

可知，p－V圖像的坐標圍成的面積反映溫度，b狀態(tài)和c狀態(tài)與坐標圍成的面積相等，而中間狀態(tài)與坐標圍成的面積更大，故bc過程的溫度先升高后降低，故D錯誤，1．(2020年全國卷Ⅲ)(多選)如圖所示，一開口向上的導熱汽缸內，用活塞封閉了一定質量的理想氣體，活塞與汽缸壁間無摩擦．現(xiàn)用外力作用在活塞上，使其緩慢下降，環(huán)境溫度保持不變，系統(tǒng)始終處于平衡狀態(tài)．在活塞下降過程中

(

)A．氣體體積逐漸減小，內能增加B．氣體壓強逐漸增大，內能不變C．氣體壓強逐漸增大，放出熱量D．外界對氣體做功，氣體內能不變E．外界對氣體做功，氣體吸收熱量【答案】BCD

2．如圖所示，絕熱汽缸倒扣放置，質量為M