高考物理一輪復習第十四章第3節(jié)熱力學定律能量守恒課件

第3節(jié)熱力學定律能量守恒一、熱力學第一定律能量守恒定律1.改變物體內(nèi)能的兩種方式.做功做功

(1)________是其他形式的能與內(nèi)能的相互轉(zhuǎn)化過程，內(nèi)能的改變量可用________的數(shù)值來量度. (2)________是物體間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移過程，內(nèi)能轉(zhuǎn)移量用_______來量度.熱傳遞熱量2.熱力學第一定律.傳遞的熱量做的功

(1)內(nèi)容：一個熱力學系統(tǒng)的內(nèi)能增量等于外界向它_________與外界對它所__________的和.(2)表達式：__________________.ΔU＝W＋Q

3.能量守恒定律. (1)內(nèi)容：能量既不能憑空產(chǎn)生，也不能憑空消失，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)移到另一個物體.在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中其總量__________.這就是能量的轉(zhuǎn)化和守恒定律.保持不變不消耗能量

(2)任何違背能量守恒定律的過程都是不可能的，___________而對外做功的第一類永動機是不可能制成的.二、熱力學第二定律1.兩種表述.自發(fā)不產(chǎn)生其他影響

(1)克勞修斯表述：熱量不能________地從低溫物體傳到高溫物體(表述了熱傳遞的方向性). (2)開爾文表述：不可能從單一熱庫吸收熱量，使之完全變成有用功而____________________(表述了機械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化過程的方向性).

2.第二類永動機是指設(shè)想只從單一熱庫吸收熱量，使之完全變?yōu)橛杏玫墓Χ灰鹌渌兓臒釞C.這類永動機不可能制成的原因是違反了________________.熱力學第二定律

3.熱力學第二定律的意義：揭示了有大量分子參與的宏觀過程的方向性，是獨立于熱力學第一定律的一個重要的自然規(guī)律.

4.熱力學第二定律的微觀解釋. (1)一切自發(fā)過程總是沿著分子熱運動的無序性增大的方向進行.這是熱力學第二定律的微觀意義. (2)從微觀的角度看，熱力學第二定律是一個統(tǒng)計規(guī)律：一個孤立系統(tǒng)總是從熵小的狀態(tài)向熵大的狀態(tài)發(fā)展，而熵值較大代表著較為無序，所以自發(fā)的宏觀過程總是向無序度________的方向發(fā)展.更大【基礎(chǔ)自測】1.判斷下列題目的正誤.(1)做功和熱傳遞的實質(zhì)是相同的.()(2)絕熱過程中，外界壓縮氣體做功20J，氣體的內(nèi)能一定減少.()(3)物體吸收熱量，同時對外做功，內(nèi)能可能不變.()(4)利用河水的能量使船逆水航行的設(shè)想，符合能量守恒定律.(化.(

)(5)熱機中，燃氣的內(nèi)能可以全部變?yōu)闄C械能而不引起其他變

)答案：(1)×

(2)×

(3)√

(4)√

(5)×2.在絕熱過程中，外界壓縮氣體做功20J，下列說法正確的是(

)A.氣體內(nèi)能一定增加20JB.氣體內(nèi)能增加必定小于20JC.氣體內(nèi)能增加可能小于20JD.氣體內(nèi)能可能不變答案：A

3.(2021年北京綜測)北京春秋兩季的晝夜溫差較大，細心的司機發(fā)現(xiàn)從早晨到中午，車胎的體積和胎內(nèi)氣體的壓強都會變大.若這段時間胎內(nèi)氣體質(zhì)量不變，且可將其視為理想氣體，那么從早)晨到中午這段時間內(nèi)，車胎內(nèi)的氣體( A.對外界做功，內(nèi)能減小

B.對外界做功，內(nèi)能不變

C.吸收熱量，內(nèi)能不變

D.吸收的熱量大于對外所做的功

答案：D

4.如圖14-3-1所示的汽缸內(nèi)盛有定量的理想氣體，汽缸壁是導熱的，缸外環(huán)境保持恒溫，活塞與汽缸壁的接觸是光滑的，但不漏氣.現(xiàn)將活塞桿與外界連接，使其緩慢地向右移動，這樣氣體將等溫膨脹并通過桿對外做功.若已知理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)，則下列說法正確的是(

)圖14-3-1A.氣體是從單一熱源吸熱，全用來對外做功，因此此過程違反熱力學第二定律B.氣體從單一熱源吸熱，但并未全用來對外做功，所以此過程不違反熱力學第二定律C.氣體是從單一熱源吸熱，全用來對外做功，但此過程不違反熱力學第二定律D.ABC三種說法都不對答案：C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)能減少熱點1熱力學第一定律[熱點歸納]1.對公式ΔU＝Q＋W符號的確定.項目做功熱傳遞區(qū)別內(nèi)能變化情況在絕熱過程中，外界對物體做功，物體的內(nèi)能增加；物體對外界做功，物體的內(nèi)能減少在單純的熱傳遞過程中，物體吸收熱量，內(nèi)能增加；物體放出熱量，內(nèi)能減少從運動形式看做功是宏觀的機械運動向物體的微觀分子熱運動的轉(zhuǎn)化熱傳遞是通過分子之間的相互作用，使同一物體的不同部分或不同物體間的分子熱運動發(fā)生變化2.改變內(nèi)能的兩種方式的比較.項目做功熱傳遞區(qū)別從能量角度看做功是其他形式的能與內(nèi)能相互轉(zhuǎn)化的過程，能的性質(zhì)發(fā)生了變化不同物體間或同一物體不同部分之間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移，能的性質(zhì)不變聯(lián)系做一定量的功或傳遞一定量的熱量在改變內(nèi)能的效果上是相同的(續(xù)表)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)能的增加量.(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)能的增加量.

(3)若過程的始末狀態(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.4.應(yīng)用熱力學第一定律的三點注意.

(1)做功看體積：體積增大，氣體對外做功，W為負；體積縮小，外界對氣體做功，W為正.氣體在真空中自由膨脹，對外界不做功，W＝0.(2)與外界絕熱，則不發(fā)生熱傳遞，此時Q＝0.

(3)由于理想氣體沒有分子勢能，所以當它的內(nèi)能變化時，主要體現(xiàn)在分子動能的變化上，從宏觀上看就是溫度發(fā)生了變化.

考向1利用熱力學第一定律進行定性分析

【典題1】(2023年天津卷)如圖14-3-2是爬山所帶氧氣瓶，氧氣瓶里的氣體容積和質(zhì)量不變.爬高過程中，溫度減小，則氣體()圖14-3-2A.對外做功B.內(nèi)能減小C.吸收熱量D.壓強不變

解析：由于爬山過程中氣體體積不變，故氣體不對外做功，A錯誤.爬山過程中溫度降低，則氣體內(nèi)能減小，B正確.根據(jù)熱力學第一定律可知ΔU＝W＋Q，爬山過程中氣體不做功，但內(nèi)能減小，故可知氣體放出熱量，C錯誤.爬山過程中氧氣瓶里的氣體容PV T＝C可積和質(zhì)量均不變，溫度減小，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程知，氣體壓強減小，D錯誤.

答案：B

考向2利用熱力學第一定律進行定量計算

【典題2】(2022年廣東深圳模擬)一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a開始，經(jīng)歷三個過程ab、bc

和ca回到原狀態(tài)，其p-T圖像如圖14-3-3所示，氣體在狀態(tài)______(填“a”“b”或“c”)的分子平均動能最小，在bc

過程中氣體體積_______(填“變大”“變小”或“不變”)，在ab

過程中，氣體對外界做功________(填“大于”“小于”或“等于”)氣體吸收的熱量.圖14-3-3

解析：氣體在狀態(tài)a時的溫度最低，則分子平均動能最小.在bc過程中氣體溫度不變，壓強變大，則體積變小.在ab過程中，壓強不變，溫度升高，內(nèi)能變大，ΔU＞0.體積變大，則氣體對外界做功，則W＜0，則根據(jù)ΔU＝W＋Q可知，Q＞0，即氣體對外界做功小于氣體吸收的熱量.

答案：a

變小小于思路導引平均動能的大小取決于溫度，bc過程體積的變化根據(jù)玻意耳定律判斷，此過程為等溫過程，在ab過程中，內(nèi)能變大，結(jié)合熱力學第一定律比較氣體對外做功的數(shù)值與吸收熱量的多少.熱點2熱力學第二定律[熱點歸納]1.對熱力學第二定律關(guān)鍵詞的理解.在熱力學第二定律的表述中，“自發(fā)地”“不產(chǎn)生其他影響”的含義：(1)“自發(fā)地”指明了熱傳遞等熱力學宏觀現(xiàn)象的方向性，不需要借助外界提供能量的幫助.

(2)“不產(chǎn)生其他影響”的含義是發(fā)生的熱力學宏觀過程只在本系統(tǒng)內(nèi)完成，對周圍環(huán)境不產(chǎn)生熱力學方面的影響.如吸熱、放熱、做功等.2.熱力學第二定律的實質(zhì).自然界中進行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性.如：(1)高溫物體低溫物體(2)功熱(3)氣體體積V1氣體體積V2(V2>V1)(4)不同氣體A和B混合氣體AB【典題3】空調(diào)的工作原理如圖14-3-4所示，下列表述正確的是()

圖14-3-4A.空調(diào)的工作原理對應(yīng)的是熱力學第一定律的開爾文表述B.空調(diào)的工作原理反映了熱傳導的方向性C.此原理圖中的Q1＝Q2D.此原理圖說明熱量不能從低溫物體傳到高溫物體

解析：空調(diào)的工作原理對應(yīng)的是熱力學第二定律的開爾文表述，A錯誤.空調(diào)的工作原理反映了熱傳導的方向性，熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳導給高溫物體，但在外界干預下，可以從低溫物體傳導給高溫物體，B正確，D錯誤.此原理圖中的Q1＝Q2＋W，C錯誤.答案：B項目熱力學第一定律熱力學第二定律定律揭示的問題從能量守恒的角度揭示了功、熱量和內(nèi)能改變量三者的定量關(guān)系指出自然界中出現(xiàn)的宏觀過程是有方向性的機械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化當摩擦力做功時，機械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能內(nèi)能不可能在不引起其他變化的情況下完全變成機械能表述形式只有一種表述形式有多種表述形式兩定律的關(guān)系在熱力學中，兩者既相互獨立，又互為補充，共同構(gòu)成了熱力學知識的理論基礎(chǔ)方法技巧熱力學第一、第二定律的比較熱點3熱力學定律與氣體實驗定律綜合問題[熱點歸納]

氣體實驗定律與熱力學第一定律綜合問題的四種題型：

(1)等壓變化：氣體膨脹對外界做功W，應(yīng)用熱力學第一定律代入－W；氣體壓縮外界對氣體做功W，應(yīng)用熱力學第一定律代入＋W.

(2)等容變化：氣體體積不變，氣體和外界之間互不做功，即W＝0，則ΔU＝Q.氣體從外界吸收的熱量等于內(nèi)能的增加量，氣體向外界放出的熱量等于內(nèi)能的減少量.

(3)等溫變化：氣體內(nèi)能不變，即ΔU＝0，Q＋W＝0.氣體吸熱后體積增大時，膨脹對外做的功等于從外界吸收的熱量；反之氣體被壓縮時，外界對氣體所做的功等于氣體向外釋放的熱量. (4)絕熱過程，即Q＝0，則W＝ΔU.氣體體積變化導致內(nèi)能變化，氣體體積增大時，膨脹對外做的功等于氣體內(nèi)能的減少量；反之氣體被壓縮時，外界對氣體所做的功等于氣體內(nèi)能的增加量.

【典題4】(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14-3-5中p-V圖像中a→c直線段所示，狀態(tài))b對應(yīng)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過程中氣體吸熱

C.a→c過程中狀態(tài)b的溫度最低

D.a→c過程中外界對氣體做正功圖14-3-5高，內(nèi)能增加，且體積增大氣體對外界做功，則W＜0，由熱力學第一定律ΔU＝W＋Q可知a→b過程中氣體吸熱，A錯誤、B正確.映溫度，a狀態(tài)和c狀態(tài)的坐標值的乘積相等，而中間狀態(tài)的坐標值乘積更大，a→c過程的溫度先升高后降低，且狀態(tài)b的溫度最高，C錯誤.a→c過程氣體體積增大，外界對氣體做負功，D錯誤.答案：B

【遷移拓展】(2023年浙江卷)某探究小組設(shè)計了一個報警裝置，其原理如圖14-3-6所示.在豎直放置的圓柱形容器內(nèi)用面積S＝100cm2、質(zhì)量m＝1kg的活塞密封一定質(zhì)量的理想氣體，活塞能無摩擦滑動.開始時氣體處于溫度TA