55 第十二章　第3讲　热力学定律与能量守恒（word教参）-2023高考物理【金版新学案】大一轮复习讲义·高三总复习（新高考 B版）

第3讲　热力学定律与能量守恒 一、热力学第一定律 1．改变内能的两种方式 2．热力学第一定律 (1)内容：一个热力学系统的内能变化量等于外界向它传递的热量与外界对它所做功的和。 (2)表达式：ΔU＝Q＋W。 (3)ΔU＝Q＋W中正、负号法则。 符号 W Q ΔU ＋ 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 二、热力学第二定律 1．克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体。 2．开尔文表述：不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响。 三、能量转化和守恒定律 1．内容 能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者是从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。 2．条件性 能量守恒定律是自然界的普遍规律，某一种形式的能是否守恒是有条件的。 3．第一类永动机是不可能制成的，它违背了能量守恒定律。 4．能源是有限的。 某驾驶员发现中午时车胎内的气压比清晨时高，且车胎体积增大。若这段时间胎内气体质量不变且可视为理想气体，则 (1)外界对胎内气体做功，气体内能减少。(　　) (2)外界对胎内气体做功，气体内能增加。(　　) (3)胎内气体对外界做功，内能减少。(　　) (4)胎内气体对外界做功，内能增加。(　　) 答案：　(1)×　(2)×　(3)×　(4)√ 17～18世纪，许多人致力于制造一种机器，它不需要任何动力或燃料，却能不断对外做功，史称“第一类永动机”。右图展示了其中的一种设计。 (1)轮子在转动过程中产生了能量。(　　) (2)轮子转动几下后便会停止，这说明能量在消失。(　　) (3)方案设计者是想机器不消耗任何能量，却不断地对外做功。(　　) (4)第一类永动机违反了能量守恒定律。(　　) 答案：(1)×　(2)×　(3)√　(4)√ 考点一　热力学第一定律的理解和应用 1．对公式ΔU＝Q＋W符号的规定 符号 W Q ΔU ＋ 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 2.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。 角度　能 (2021·山东卷)如图所示，密封的矿泉水瓶中，距瓶口越近水的温度越高。一开口向下、导热良好的小瓶置于矿泉水瓶中，小瓶中封闭一段空气。挤压矿泉水瓶，小瓶下沉到底部；松开后，小瓶缓慢上浮，上浮过程中，小瓶内气体(　　) A．内能减少 B．对外界做正功 C．增加的内能大于吸收的热量 D．增加的内能等于吸收的热量 B　[由于越接近矿泉水瓶口，水的温度越高，因此小瓶上浮的过程中，小瓶内气体温度升高，内能增加，A错误；在小瓶上升的过程中，小瓶内气体的温度逐渐升高，压强逐渐减小，根据理想气体状态方程＝C，可知气体体积膨胀，对外界做正功，B正确；小瓶上升时，小瓶内气体内能增加，气体对外做功，根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W得气体吸热，且吸收的热量大于增加的内能，C、D项错误。] 针对练1.景颇族的祖先发明的点火器如图所示，用牛角做套筒，木质推杆前端粘着艾绒，猛推推杆，可点燃艾绒。在筒内封闭的气体被推杆压缩过程中(　　) A．气体温度升高，压强不变 B．气体温度升高，压强变大 C．气体对外界做正功，气体内能增加 D．外界对气体做正功，气体内能减少 B　[封闭的气体被推杆压缩过程中，外界对气体做功，气体内能增加，温度升高，并且气体体积减小，压强增大，综上可知B正确。] 针对练2.如图是密闭的汽缸，外力推动活塞P压缩气体，对缸内气体做功800 J，同时气体向外界放热200 J，缸内气体的(　　) A．温度升高，内能增加600 J B．温度升高，内能减少200 J C．温度降低，内能增加600 J D．温度降低，内能减少200 J A　[外界对气体做功W＝800 J，气体向外散热，则Q＝－200 J，根据热力学第一定律得，气体内能的增量ΔU＝W＋Q＝800 J－200 J＝600 J，即内能增加600 J；对于一定质量的理想气体，内能增加，温度必然升高。A项正确。] 针对练3.汽缸中气体的压强为4×105 Pa，活塞的面积是40 cm2，气体等压膨胀，推动活塞移动了20 cm，求： (1)气体做了多少功； (2)在做功过程中气体吸热2.1×103 J，气体的内能改变了多少。 解析：　(1)气体体积增大，对外做功，W＝pS·x＝4×105×40×10－4×0.2 J＝32