专题10 热力学定律、能量守恒-2020-2021学年高二下学期物理期末考点大串讲（人教版）

专题10 热力学定律、能量守恒 思维导图 知识详解 知识点一、物体的内能 1．物体内能变化的判定：温度变化引起分子平均动能的变化；体积变化，分子间的分子力做功，引起分子势能的变化。 2．一定质量的理想气体的内能只由温度决定。 【题1】（2019江阴月考）（多选）关于气体的内能，下列说法正确的是 A．质量和温度都相同的气体，内能一定相同 B．气体温度不变，整体运动速度越大，其内能越大 C．气体被压缩时，内能可能不变 D．一定量的某种理想气体的内能只与温度有关 【题2】关于温度、热量、功、内能，以下说法正确的是 A．同一物体温度高时，含有的热量多 B．物体的内能越大，含有的热量就越多，温度也越高 C．外界对系统做功W，内能必定增加W D．热量总是自发地从温度高的物体传给温度低的物体 【题3】（2020金湖期末）下列说法正确的是 A．物体放出热量，其内能一定减小 B．物体对外做功，其内能一定减小 C．物体吸收热量，同时对外做功，其内能可能增加 D．物体放出热量，同时对外做功，其内能可能不变 知识点二、热力学第一定律 一、热力学第一定律 1．定律内容：一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和。 公式：ΔU＝W＋Q； 2．符号规定：外界对系统做功，W＞0；系统对外界做功，W＜0。系统从外界吸收热量，Q＞0；系统向外界放出热量，Q<0。系统内能增加，ΔU＞0；系统内能减少，ΔU＜0。 3．对热力学第一定律的理解：热力学第一定律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，即ΔU＝Q＋W。 4．几种特殊情况 （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应注意：热力学第一定律反映功、热量与内能改变量之间的定量关系：ΔU＝W＋Q，使用时注意符号法则（简记为：外界对系统取正，系统对外取负）。对理想气体，ΔU仅由温度决定，W仅由体积决定，绝热情况下，Q＝0。 【题4】空气压缩机在一次压缩中，活塞对空气做了2×105 J的功，同时空气的内能增加了1.5×105 J，这一过程中空气向外界传递的热量是多少？ 二、气体实验定律与热力学定律的综合 1．题型：对于一定质量的理想气体，状态发生变化时，必然要涉及做功、热传递、内能的变化等问题，这时需要气体实验定律与热力学定律结合使用解答问题。 2．解答该类问题的流程： （1）选取研究对象：研究对象可以是由两个或多个物体组成的系统，也可以是全部气体或某一部分气体（状态变化时质量必须一定）。 （2）两类分析 ①气体实验定律：确定状态参量，找出状态变化前后的p、V、T数值或表达式。 ②热力学定律：①做功情况；②吸、放热情况；③内能变化情况。 （3）选用规律列出相关方程求解 ①玻意耳定律（等温变化）：p1V1＝p2V2或pV＝C（常数）。 ②查理定律（等容变化）：＝或＝C（常数）。 ③盖－吕萨克定律（等压变化）：＝或＝C（常数）。 ④理想气体状态方程：＝或＝C（常数）。 ⑤热力学第一定律：ΔU＝W＋Q。 【题5】（2019北京路中学月考）如图，轻质活塞将体积为V0，温度为3T0的理想气体，密封在内壁光滑的圆柱形导热汽缸内，已知大气压强为p0，大气的温度为T0，气体内能U与温度的关系为U＝aT（a为常量），在汽缸内气体温度缓慢降为T0的过程中，求： （1）气体内能的减少量；（2）气体放出的热量。 四、两个方法 1．判断物体内能变化的方法：对一定质量的理想气体，由于无分子势能，其内能只包含分子无规则热运动的动能，这时内能只与温度有关，故判定一定质量的理想气体内能是否变化，应看温度是否发生了变化，与体积无关。 （1）当做功和热传递两种过程同时发生时，内能的变化就要用热力学第一定律进行综合分析； （2）如果研究对象是理想气体，则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。即内能变化看温度（气体的势能可以忽略）：温度T升高→内能增加→ΔU＞0；温度T降低→内能减少→ΔU＜0；等温，ΔU＝0。 2．与气体相关的热力学问题的分析方法 对一定量理想气体的内能变化，吸热还是放热及外界对气体如何做功等问题，可按下面方法判定 （1）做功情况看体积：体积V减小（压缩）→外界对气体做功→W＞0；体积V增大（膨胀）→气体对外界做功→W＜0；理想气体向真空自由膨胀→W＝0。 （2）吸热还是放热，一般题目中会告知，或由热力