第十四章 第3课时 热力学定律与能量守恒定律（Word教参）-【优化指导】2024高考物理一轮复习高中总复习·第1轮（多选版 新教材 新高考）

第❸课时　热力学定律与能量守恒定律 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的功的和。 (2)表达式：ΔU＝Q＋W。 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。 一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性，即一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。 三、能量守恒定律 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其他形式，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．第一类永动机是不可能制成的，它违背了能量守恒定律。 3．能源是有限的。 如图是“第一类永动机”的一种设计。 (1)方案设计者是想机器不消耗任何能量，却不断地对外做功。(　　√　　) (2)第一类永动机违反了能量守恒定律。(　　√　　) (3)轮子转动几下后便会停止，这说明能量在消失。(　　×　　) 一定质量的理想气体在某一过程中，外界对气体做功7.0×104 J，气体内能减少1.3×105 J，则此过程中气体 (　　) A．从外界吸收热量2.0×105 J B．向外界放出热量2.0×105 J C．从外界吸收热量6.0×104 J D．向外界放出热量6.0×104 J B　解析：由热力学第一定律ΔU＝W＋Q得Q＝ΔU－W＝－1.3×105 J－7.0×104 J＝－2.0×105 J，即气体向外界放出热量2.0×105 J，B正确。 考点一 热力学第一定律的理解和应用 1．表达式ΔU＝Q＋W中正、负号的意义 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.表达式ΔU＝Q＋W的特殊情况 (1)若过程是绝热的，即Q＝0，则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)若过程的初、末状态物体的内能相同，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。 3．对热力学第一定律的理解 (1)做功和热传递对改变物体的内能具有等效性，内能的变化都要用热力学第一定律进行综合分析。 (2)做功情况看气体的体积：体积增大，气体对外做功，W为负；体积缩小，外界对气体做功，W为正。(气体向真空自发扩散的过程中，气体对外界不做功) (3)理想气体忽略分子势能，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。 【典例1】(多选)(2021·湖南卷节选)如图，两端开口、下端连通的导热汽缸，用两个轻质绝热活塞(截面积分别为S1和S2)封闭一定质量的理想气体，活塞与汽缸壁间无摩擦。在左端活塞上缓慢加细沙，活塞从A下降h高度到B位置时，活塞上细沙的总质量为m。在此过程中，用外力F作用在右端活塞上，使活塞位置始终不变。整个过程环境温度和大气压强p0保持不变，系统始终处于平衡状态，重力加速度为g。下列说法正确的是(　　) A．整个过程，外力F做功大于0，小于mgh B．整个过程，理想气体的分子平均动能保持不变 C．整个过程，理想气体的内能增大 D．整个过程，理想气体向外界释放的热量小于(p0S1h＋mgh) BD　解析：整个过程中右边活塞的位置始终不变，外力F不做功，A错误；整个过程中系统的温度不变，所以一定质量的理想气体的分子平均动能不变，内能不变，B正确，C错误； 当左边活塞到达B位置时汽缸内气体的压强最大，最大压强p＝＋p0，所以外界对气体做的功小于(p0S1h＋mgh)，由于内能不变，故理想气体向外界释放的热量小于(p0S1h＋mgh)，D正确。 1．某容器中的空气被光滑活塞封住，容器和活塞的绝热性能良好，空气可视为理想气体。初始时容器中空气的温度与外界相同，压强大于外界。现使活塞缓慢移动，直至容器中的空气压强与外界相同。此时，容器中空气的温度 (选填“高于”“低于”或“等于”)外界温度，容器中空气的密度 (选填“大于”“小于”或“等于”)外界空气的密度。 答案：低于　大于 解析：活塞光滑、容器绝热，容器内空气体积增大，对外做功，由ΔU＝W＋Q可知，气体内能减少，温度降低；气体的压强与温度和单位体积内的分子数有关，由于容器内空气的温度低于外界温度，但压强相同，则容器中空气的密度大于外界空气的密度。 2.(2022·山东卷)如图所示，内壁光滑的绝热汽缸内用绝热活塞封闭一定质量的理想气体，初始时汽缸开口向上放置，活塞处于静止状态，将汽缸缓慢转动90°过程中，缸内气体(　　) A．内