第54讲 热力学定律与能量守恒定律-【划重点】2024年高考物理一轮复习精细讲义

第54讲　热力学定律与能量守恒定律 ——划重点之精细讲义系列 一．热力学第一定律和能量守恒定律 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对它传递的热量和外界对它做功的和． (2)表达式：W＋Q＝ΔU. 3．能的转化和守恒定律 (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，或者从一个物体转移到别的物体，但在转化或转移的过程中其总量不变． (2)第一类永动机：违背能量守恒定律的机器被称为第一类永动机．它是不可能制成的． 二．热力学第二定律 1．常见的两种表述 (1)克劳修斯表述(按热传递的方向性来表述)：热量不能自发地从低温物体传到高温物体． (2)开尔文表述(按机械能与内能转化过程的方向性来表述)：不可能从单一热源吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响． 2．第二类永动机：违背宏观热现象方向性的机器被称为第二类永动机．这类永动机不违背能量守恒定律，但它违背了热力学第二定律，也是不可能制成的． 考点一　热力学第一定律的理解及应用 1．热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种方式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． 2．对公式ΔU＝Q＋W符号的规定 符号 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 3.几种特殊情况 (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． 应用热力学第一定律解题的步骤 (1)明确研究对象是哪个物体或者哪个热力学系统． (2)分别列出系统吸收或放出的热量Q，外界对系统所做的功W，系统内能的变化ΔU. (3)根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W，列方程进行求解． 【典例1】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 【典例2】如图所示，圆柱形容器内用活塞封闭一定质量的理想气体，已知容器横截面积为S，活塞重为G，大气压强为p0.若活塞固定，封闭气体温度升高1 ℃，需吸收的热量为Q1.若活塞不固定，仍使封闭气体温度升高1 ℃，需吸收的热量为Q2.不计一切摩擦，在活塞可自由移动时，封闭气体温度升高1 ℃，活塞上升的高度h应为多少？ 【典例3】下列说法正确的是(　　) A．物体放出热量，其内能一定减小 B．物体对外做功，其内能一定减小 C．物体吸收热量，同时对外做功，其内能可能增加 D．物体放出热量，同时对外做功，其内能可能不变 【典例4】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，忽略气体分子间的相互作用，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 【典例5】如图，用带孔橡皮塞把塑料瓶口塞住，向瓶内迅速打气，在瓶塞弹出前，外界对气体做功15 J，橡皮塞的质量为20 g，橡皮塞被弹出的速度为10 m/s，若橡皮塞增加的动能占气体对外做功的10%，瓶内的气体作为理想气体，则瓶内气体的内能变化量为________ J，瓶内气体的温度________(填“升高”或“降低”)． 【典例6】如图所示的p－V图象中，一定质量的理想气体由状态A经过ACB过程至状态B，气体对外做功280 J，吸收热量410 J；气体又从状态B经BDA过程回到状态A，这一过程中外界对气体做功200 J．则： (1)ACB过程中气体的内能是增加还是减少？变化量是多少？ (2)BDA过程中气体是吸热还是放热？吸收或放出的热量是多少？ 【典例7】如图所示，一竖直放置、内壁光滑的汽缸内用不计质量的活塞封闭有一定质量的理想气体，开始时活塞距汽缸底部的高度为h1＝0.5 m，给汽缸加热，活塞缓慢上升到距离汽缸底部h2＝0.8 m处． (1)若封闭气体在加热前的温度为27 ℃，试计算在此过程中气体温度的变化量Δt； (2)若在此过程中汽缸内的气体吸收了450 J的热量，试计算在此过程中汽缸内封闭气体增加的内能ΔU.(已知活塞的横截面积S＝5.0×10－3 m2，