第14章 第4讲 热力学定律与能量守恒定律（Word教参）-【新高考方案】2024高考物理一轮复习（江苏专版）

第4讲　热力学定律与能量守恒定律 一、热力学第一定律 1．改变物体内能的两种方式 (1)做功；(2)热传递。 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。 (3)符号法则 物理量 W Q ΔU ＋ 外界对系统做功 系统吸收热量 内能增加 － 系统对外界做功 系统放出热量 内能减少 二、热力学第二定律 1．热力学第二定律的两种表述 (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。 2．热力学第二定律的“熵”描述：在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小。 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．普适性：能量守恒定律是自然界的普遍规律。 [注意]　(1)某一种形式的能(如：机械能)或几种形式的能(如：动能＋电势能)是否守恒是有条件的。 (2)第一类永动机是不可能制成的，它违背了能量守恒定律；第二类永动机不可能制成的原因是违背了热力学第二定律。 微点判断　 (1)做功和热传递的实质是相同的。(×) (2)外界压缩气体做功20 J，气体的内能可能不变。(√) (3)给自行车打气时，发现打气筒的温度升高，这是因为打气筒从外界吸热。(×) (4)可以从单一热源吸收热量，使之完全变成功。(√) (5)热机中，燃气的内能可以全部变为机械能而不引起其他变化。(×) (6)自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，能量正在消失。(×) (7)利用河水的能量使船逆水航行的设想，符合能量守恒定律。(√) (8)第一类永动机违反了热力学第二定律。(×) (9)第二类永动机违反了能量守恒定律。(×) (一) 热力学第一定律的理解及应用(固基点) [题点全练通] 1．[公式ΔU＝W＋Q中符号法则的理解] 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(　 ) A．气体从外界吸收热量2.0×105 J B．气体向外界放出热量2.0×105 J C．气体从外界吸收热量6.0×104 J D．气体向外界放出热量6.0×104 J 解析：选B　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。 2．[对热力学第一定律的理解] (2021·山东等级考)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 解析：选B　小瓶内的空气可视为理想气体，在小瓶缓慢上浮的过程中，瓶内空气的温度随水温升高，内能增加，故A错误；同时，瓶内空气的压强减小，由理想气体的状态方程＝C，可知体积增大，气体对外界做正功，故B正确；根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，由于ΔU＞0，W＜0，则Q＞0，可见气体吸收的热量大于增加的内能，故C、D错误。 3.[热力学第一定律在绝热系统中的应用] (2023·淄博高三模拟)某汽车后备箱内安装有撑起箱盖的装置，它主要由汽缸和活塞组成。开箱时，密闭于汽缸内的压缩气体膨胀，将箱盖顶起，如图所示。在此过程中，若缸内气体与外界无热交换，忽略气体分子间相互作用，则缸内气体(　 ) A．对外做正功，分子的平均动能减小 B．对外做正功，内能增大 C．对外做负功，分子的平均动能增大 D．对外做负功，内能减小 解析：选A　密闭于汽缸内的压缩气体膨胀对外做正功，即外界对气体做负功，因而W＜0，缸内气体与外界无热交换说明Q＝0，忽略气体分子间相互作用，说明内能是所有分子动能的总和。根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可知内能增加量ΔU＜0，故内能减小，分子平均动能减小，温度降低，所以只有A正确。 [要点自悟明] 1．对热力学第一定律的理解 (1)做功和热传递在改变系统内能上是等效的。 (2)做功过程是系统与外界之间的其他形式能量与内能的相互转化。 (3)热传递过程是系统与外界之间内能的转移。 2．热力学第一定律的三种特殊情况 (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。 (2)若过程中不做功，则W＝0，Q＝ΔU，物体吸收的热量等于物体内能的增加。 (3)若过程的始、末状态物体的内能不变，则W＋Q＝0，即物体吸收的热量全部用来对外