第十四章 课时3 热力学定律与能量守恒-【导与练】2024高考物理一轮复习高中总复习第1轮教学课件PPT（浙江专用）

课时3　热力学定律与能量守恒 基础梳理 一、热力学第一定律 1.改变物体内能的两种方式 (1) :将其他形式的能转化为内能。 (2) :不同物体(或一个物体的不同部分)之间内能的转移。 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 与外界对它所做的功的和。 (2)表达式:ΔU= 。 其中,做功情况看气体的体积:体积增大,气体对外界做功,W为负;体积缩小,外界对气体做功,W为正。 (3)如果研究对象是理想气体,因理想气体忽略分子势能,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。 做功 热传递 热量 Q+W 二、热力学第二定律及微观意义 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 传到 。 (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 . 。 2.热力学第二定律的理解 (1)“自发地”指明了热传递等热力学宏观现象的方向性,不需要借助外界提供能量的帮助。 (2)“不产生其他影响”的含义是发生的热力学宏观过程只在本系统内完成,对周围环境不产生热力学方面的影响。如吸热、放热、做功等。 3.热力学第二定律的微观意义 一切自发过程总是沿着分子热运动的 增大的方向进行。 低温物体 高温物体 不产生其他 影响 无序性 三、能量守恒定律和两类永动机 1.能量守恒定律 能量既不会凭空产生,也不会凭空消失,它只能从一种形式 为其他形式,或者从一个物体 到别的物体,在转化或转移的过程中,能量的 保持不变。 2.两类永动机 (1)第一类永动机:不消耗任何能量,却源源不断地对外做功的机器。违背 . ,因此不可能实现。 (2)第二类永动机:从单一热源吸收热量并把它全部用来对外做功,而不引起其他变化的机器。违背 ,不可能实现。 转化 转移 总量 能量 守恒定律 热力学第二定律 夯实考点 [例1] (2022·山东卷)如图所示,内壁光滑的绝热气缸内用绝热活塞封闭一定质量的理想气体,初始时气缸开口向上放置,活塞处于静止状态,将气缸缓慢转动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 热力学第一定律 C [变式1] 如图所示,内壁光滑的汽缸水平放置。一定质量的理想气体被密封在汽缸内,外界大气压强为p0。现对汽缸缓慢加热,气体吸收热量Q后,体积由V1增大为V2。则在此过程中(　　) A.气体分子平均动能减小,气体内能变化了Q-p0(V2-V1) B.气体分子平均动能增大,气体内能变化了Q-p0(V2-V1) C.气体分子平均动能减小,气体内能变化了Q+p0(V2-V1) D.气体分子平均动能增大,气体内能变化了Q+p0(V2-V1) B 解析:温度是分子热运动平均动能的标志,温度升高,气体分子平均动能增大。根据热力学第一定律得ΔU=Q+W,而W=-p0ΔV=-p0(V2-V1),所以气体内能变化了ΔU=Q-p0(V2-V1),选项B正确。 [例2] 如图所示,一演示用的“永动机”转轮由5根轻杆和转轴构成,轻杆的末端装有用形状记忆合金制成的叶片。轻推转轮后,进入热水的叶片因伸展而“划水”,推动转轮转动,离开热水后,叶片形状迅速恢复,转轮因此能较长时间转动。下列说法正确的是(　　) A.转轮依靠自身惯性转动,不需要消耗外界能量 B.转轮转动所需能量来自形状记忆合金自身 C.转动的叶片不断搅动热水,水温升高 D.转轮的叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量 热力学第二定律 D 解析:转轮在转动的过程中克服摩擦力做功,转轮的速度越来越小,所以要维持转轮转动,需要外力做功,故A错误;要维持转轮转动需要外力做功,转轮转动所需能量不能由转轮自己提供,故B错误;转动的叶片不断搅动热水的过程是水对转轮做功的过程,同时水会向四周放出热量,根据热力学第一定律可知水的内能减小,故水温降低,故C错误;根据热力学第二定律,物体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,故叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量,故D正确。 [变式2] (多选)如图为电冰箱的工作原理示意图。压缩机工作时,强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环。在蒸发器中制冷剂汽化吸收箱体内的热量,经过冷凝器时制冷剂液化放出热量到箱体外。下列说法正确的是(　 　) A.热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外