2024版高考物理一輪總復習專題十三熱學第3講熱力學定律能量守恒課件

第3講熱力學定律、能量守恒核心知識·優(yōu)化增分一、熱力學第一定律和能量守恒定律1.改變物體內(nèi)能的兩種方式.(1)________；(2)________.

做功熱傳遞2.熱力學第一定律.(1)內(nèi)容：一個熱力學系統(tǒng)內(nèi)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.3.能的轉(zhuǎn)化和守恒定律.(1)內(nèi)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(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)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.

低溫高溫單一熱庫

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.

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(nèi)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(zhuǎn)化為另一種形式B.能量可以從一個物體轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能卻不能全部轉(zhuǎn)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(nèi)能一定增加；物體對外界做功，其內(nèi)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(nèi)能不一定增加，物體對外界做功，其內(nèi)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(zhuǎn)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.高分能力·突破瓶頸考點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(nèi)能的過程是等效的，而且給出了內(nèi)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(nèi)能增加－物體對外界做功物體放出熱量內(nèi)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(nèi)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(nèi)能的增加.(3)若過程的初末狀態(tài)物體的內(nèi)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.(2022年江門模擬)水槍是孩子們喜愛的玩具，常見的氣壓式水槍儲水罐示意如圖.從儲水罐充氣口充入氣體，達到一定壓強后，關閉充氣口，扣動扳機將閥門M打開，水即從槍口噴出.若在水不斷噴出的過程中，罐內(nèi)氣體溫度始終保持不變，則氣體的內(nèi)能________(填“變大”“變小”或“不變”)，要____________(填“對外放熱”或“從外吸熱”).

【答案】不變從外吸熱【解析】氣體溫度不變，則氣體的內(nèi)能不變；氣體體積增大，則氣體對外做功，由熱力學第一定律ΔU＝W＋Q，可知氣體從外界吸熱.2.(2022年天津模擬)自熱米飯因其便于加熱和攜帶越來越受到“驢友”的歡迎.自熱米飯盒內(nèi)有一個發(fā)熱包，遇水發(fā)生化學反應而產(chǎn)生大量熱能，不需要明火，溫度可超過100℃，蓋上盒蓋便能在10~15分鐘內(nèi)迅速加熱食品.自熱米飯的蓋子上有一個透氣孔，如果透氣孔堵塞，容易造成小型爆炸.下列說法正確的是(

)A.自熱米飯盒爆炸，是盒內(nèi)氣體溫度升高，氣體分子間斥力急劇增大的結(jié)果B.在自熱米飯盒爆炸的瞬間，盒內(nèi)氣體內(nèi)能增加C.在自熱米飯盒爆炸的瞬間，盒內(nèi)氣體溫度降低D.自熱米飯盒爆炸前，盒內(nèi)氣體溫度升高，標志著每一個氣體分子速率都增大了【答案】C

【解析】自熱米飯盒爆炸，是盒內(nèi)氣體溫度升高，氣體壓強急劇增大的結(jié)果，A錯誤；在自熱米飯盒爆炸的瞬間，盒內(nèi)氣體對外做功，且來不及與外界進行熱量交換，根據(jù)熱力學第一定律可知盒內(nèi)氣體內(nèi)能減少，溫度降低，B錯誤，C正確；自熱米飯盒爆炸前，盒內(nèi)氣體溫度升高，氣體分子平均速率增大，表現(xiàn)的是一種統(tǒng)計規(guī)律，并不代表每一個氣體分子速率都增大了，D錯誤.3.(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(nèi)氣體(

)A.內(nèi)能減少B.對外界做正功C.增加的內(nèi)能大于吸收的熱量D.增加的內(nèi)能等于吸收的熱量【答案】B4.某汽車的四沖程內(nèi)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(zhì)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(nèi)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(nèi)能C.b→c過程中增加的內(nèi)能小于d→a過程中減少的內(nèi)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(nèi)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(nèi)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(nèi)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(nèi)能大于d→a過程中減少的內(nèi)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(zhì)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.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.3.熱力學過程方向性實例

例1

(2022年湖南卷)(多選)利用“渦流效應”可實現(xiàn)冷熱氣體的分離.如圖，一冷熱氣體分離裝置由噴嘴、渦流室、環(huán)形管、分離擋板和冷熱兩端管等構(gòu)成.高壓氮氣由噴嘴切向流入渦流室中，然后以螺旋方式在環(huán)形管中向右旋轉(zhuǎn)前進，分子熱運動速率較小的氣體分子將聚集到環(huán)形管中心部位，而分子熱運動速率較大的氣體分子將聚集到環(huán)形管邊緣部位.氣流到達分離擋板處時，中心部位氣流與分離擋板碰撞后反向，從A端流出，邊緣部位氣流從B端流出.下列說法正確的是(

)A.A端為冷端，B端為熱端B.A端流出的氣體分子熱運動平均速率一定小于B端流出的C.A端流出的氣體內(nèi)能一定大于B端流出的D.該裝置氣體進出的過程滿足能量守恒定律，但違背了熱力學第二定律【答案】AB

【解析】依題意，中心部位為熱運動速率較低的氣體，與擋板相互作用后反彈，從A端流出，而邊緣部位熱運動速率較高的氣體從B端流出；同種氣體分子平均熱運動速率較大、其對應的溫度也就較高，所以A端為冷端、B端為熱端，故A正確；依題意，A端流出的氣體分子熱運動速率較小，B端流出的氣體分子熱運動速率較大，所以從A端流出的氣體分子熱運動平均速率小于從B端流出的，故B正確；A端流出的氣體分子熱運動速率較小，B端流出的氣體分子熱運動速率較大，則從A端流出的氣體分子平均動能小于從B端流出的氣體分子平均動能，內(nèi)能的多少還與分子數(shù)有關；依題意，不能得出從A端流出的氣體內(nèi)能一定大于從B端流出的氣體內(nèi)能，故C錯誤；該裝置將冷熱不均氣體的進行分離，噴嘴處有高壓，即通過外界做功而實現(xiàn)的，并非是自發(fā)進行的，沒有違背熱力學第二定律；溫度較低的從A端出、較高的從B端出，也符合能量守恒定律，故D錯誤.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(zhuǎn)化為熱量，但熱量不可能全部轉(zhuǎn)化為功D.機械功可以全部轉(zhuǎn)化為熱量，熱量也可能全部轉(zhuǎn)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(zhì)量的理想氣體封閉在汽缸中，汽缸的內(nèi)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(nèi)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(zhì)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(nèi)能就發(fā)生變化.(3)結(jié)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(nèi)能只與溫度有關，所以理想氣體在等溫過程中內(nèi)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(nèi)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(nèi)能的增量.3.求解氣體實驗定律與熱力學定律綜合問題的一般思路

例2

(2022年全國卷)(多選)一定量的理想氣體從狀態(tài)a變化到狀態(tài)b，其過程如p－T圖上從a到b的線段所示.在此過程中(

)A.氣體一直對外做功B.氣體的內(nèi)能一直增加C.氣體一直從外界吸熱D.氣體吸收的熱量等于其對外做的功E.氣體吸收的熱量等于其內(nèi)能的增加量【答案】BCE

1.(2022年湖北卷)一定質(zhì)量的理想氣體由狀態(tài)a變?yōu)闋顟B(tài)c，其過程如圖像p－V中a→c直線段所示，狀態(tài)b對應該線段的中點.下列說法正確的是(

)A.a→b是等溫過程B.a→b過程中