第13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（老教材 新高考）

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．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 [题点全练通] 1．[热力学第一定律的理解] (2022·重庆高考)2022年5月15日，我国自主研发的“极目一号”Ⅲ型浮空艇创造了海拔9 032米的大气科学观测世界纪录。若在浮空艇某段上升过程中，艇内气体温度降低，体积和质量视为不变，则艇内气体(视为理想气体)(　 ) A．吸收热量　　　　　 B．压强增大 C．内能减小 D．对外做负功 解析：选C 由于浮空艇上升过程中体积和质量均不变，则艇内气体不做功；根据＝C，可知温度降低，则艇内气体压强减小，气体内能减小；又根据ΔU＝W＋Q，可知气体放出热量。故选C。 2．[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。 3．[热力学第一定律在绝热系统中的应用] (2022·山东等级考)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．内能增加，外界对气体做正功 B．内能减小，所有分子热运动速率都减小 C．温度降低，速率大的分子数占总分子数比例减少 D．温度升高，速率大的分子数占总分子数比例增加 解析：选C　初始时汽缸开口向上，活塞处于平衡状态，汽缸内外气体对活塞的压力差与活塞的重力平衡，则有(p1－p0)S＝mg，汽缸在缓慢转动的过程中，汽缸内外气体对活塞的压力差大于重力沿汽缸壁的分力，故汽缸内气体缓慢地将活塞往外推，最后汽缸水平，缸内气压等于大气压。汽缸、活塞都是绝热的，故缸内气体与外界没有发生热传递，汽缸内气体压强作用将活塞往外推，气体对外做功，根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W得：气体内能减小，故缸内理想气体的温度降低，分子热运动的平均速率减小，并不是所有分子热运动的速率都减小，A、B错误；气体内能减小，缸内理想气体的温度降低，分子热运动的平均速率减小，故速率大的分子数占总分子数的比例减小，C正确，D错误。 [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