第十三章 第3讲　热力学定律与能量守恒定律-【创新思维】2024高考物理一轮复习高考总复习配套教参（人教版 老教材 老高考）

第3讲　热力学定律与能量守恒定律 授课提示：对应学生用书第350页 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增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)正、负号法则： 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、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。 三、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。或表述为“第二类永动机是不可能制成的”。 2．用熵的概念表示热力学第二定律 在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小。 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无序性增大的方向进行。 4．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。 1．判断正误 (1)外界压缩气体做功20 J，气体的内能一定增大。(　　) (2)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。(　　) (3)可以从单一热源吸收热量，使之完全变成功。(　　) (4)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。(　　) (5)自由摆动的秋千的摆动幅度越来越小，说明能量正在消失。(　　) (6)利用河水的能量使船逆水航行的设想，符合能量守恒定律。(　　) 答案：(1)×　(2)×　(3)√　(4)×　(5)×　(6)√ 2．(沪科教材原题)关于系统的内能及其变化，下列说法正确的是(　　) A．系统的温度改变时，其内能必定改变 B．系统对外做功，其内能不一定改变；向系统传递热量，其内能不一定改变 C．对系统做功，系统内能必定改变；系统向外传出一定热量，其内能必定改变 D．若系统与外界不发生热交换，则系统的内能必定不改变 答案：B 3．(多选)(人教版选修3－3 P61T2)下列现象能够发生的是(　　) A．一杯热茶在打开杯盖后，茶会自动变得更热 B．蒸汽机把蒸汽的内能全部转化成机械能 C．桶中混浊的泥水在静置一段时间后，泥沙下沉，上面的水变清，泥、水自动分离 D．电冰箱通电后把箱内低温物体的热量传到箱外高温物体 答案：CD 授课提示：对应学生用书第351页 热点一　热力学第一定律与能量守恒定律 1．热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种改变内能的过程是等效的，而且给出了内能的变化量和做功与热传递之间的定量关系。此定律是标量式，应用时功、内能、热量的单位应统一为国际单位焦耳。 2．三种特殊情况 (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。 1．(多选)(2020·全国Ⅲ卷)如图所示，一开口向上的导热汽缸内，用活塞封闭了一定质量的理想气体，活塞与汽缸壁间无摩擦。现用外力作用在活塞上，使其缓慢下降。环境温度保持不变，系统始终处于平衡状态。在活塞下降过程中(　　) A．气体体积逐渐减小，内能增加 B．气体压强逐渐增大，内能不变 C．气体压强逐渐增大，放出热量 D．外界对气体做功，气体内能不变 E．外界对气体做功，气体吸收热量 解析：外力使活塞缓慢下降的过程中，由于温度保持不变，则气体的内能保持不变，气体的体积逐渐减小，外界对气体做功，由热力学第一定律可知，气体向外界放出热量，又由玻意耳定律可知，气体体积减小，气体的压强增大，由以上分析可知B、C、D正确，A、E错误。 答案：BCD 2．木箱静止于水平地面上，现在用一个80 N的水平推力推动木箱前进10 m，木箱受到地面的摩擦力为60 N，则转化为木箱与地面系统的内能U和转化为木箱的动能Ek分别是(空气阻力不计)(　　) A．U＝200 J，Ek＝600 J B．U＝600 J，Ek＝200 J C．U＝600 J，Ek＝800 J D．U＝800 J，Ek＝200 J 解析：由于摩擦生热知U＝Q＝fx＝60×10 J＝600 J，由能量守恒定律得Ek＝Fx－U＝80×10 J－600 J＝200 J。故B正