第14章 第3讲 热力学定律与能量守恒定律-【优化探究】2024高考物理一轮复习高考总复习配套教参（人教版多选 新教材 新高考）

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364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、热力学第二定律及能量守恒定律 1．热力学第二定律 (1)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)用熵的概念表述 在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小(选填“增大”或“减小”)。 (3)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。 2．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。 3．两类永动机 (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。违背能量守恒定律，因此不可能实现。 (2)第二类永动机：从单一热库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。违背热力学第二定律，不可能实现。 授课提示：对应学生用书第365页 考点一　热力学第一定律与能量守恒定律的理解　 基础考点 1．做功和热传递的比较 项目 做功 热传递 区别 做功是其他形式的能与内能之间的相互转化 热传递是内能的转移，不发生能量的转化 联系 做功与热传递在改变内能的效果上是等效的 2.热力学第一定律的理解 (1)内能的变化都要用热力学第一定律进行综合分析。 (2)做功情况看气体的体积：体积增大，气体对外做功，W为负；体积缩小，外界对气体做功，W为正。 (3)与外界绝热，则不发生热传递，此时Q＝0。 (4)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，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。 3．热力学第一定律的三种特殊情况 (1)绝热过程：Q＝0，W＝ΔU，外界对物体做的功等于物体内能的增加。 (2)等容过程：W＝0，Q＝ΔU，物体吸收的热量等于物体内能的增加。 (3)等温过程：ΔU＝0，W＋Q＝0，即物体吸收的热量全部用来对外做功，或外界对物体做的功等于物体放出的热量。 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 [解析]　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。 [答案]　B 典例2　(多选)(2021·湖南卷改编)如图，两端开口、下端连通的导热汽缸，用两个轻质绝热活塞(截面积分别为S1和S2)封闭一定质量的理想气体，活塞与汽缸壁间无摩擦。在左端活塞上缓慢加细沙，活塞从A下降h高度到B位置时，活塞上细沙的总质量为m。在此过程中，用外力F作用在右端活塞上，使活塞位置始终不变。整个过程环境温度和大气压强p0保持不变，系统始终处于平衡状态，重力加速度为g。下列说法正确的是(　　) A．整个过程，外力F做功大于0，小于mgh B．整个过程，理想气体的分子平均动能保持不变 C．整个过程，理想气体的内能增大 D．整个过程，理想气体向外界释放的热量小于(p0S1h＋mgh) [解析]　外力F作用在右端活塞上，活塞位置不变，可知在F作用下没有位移，根据功的公式W＝Fscos α，s＝0可知，外力F做功为零，故A错误；汽缸为导热汽缸，环境温度不变，所以气体状态变化过程中温度不变，温度是分子平均动能的标志，所以分子平均动能不变，对于一定质量的理想气体，内能只与分子平均动能有关，所以内能也不变，故B正确，C错误；此过程外界大气通过活塞对封闭气体做的功为p0S1h，活塞下降过程，因缓慢加细沙，故细沙通过活塞对气体做的功小于mgh，所以外界对气体做的功W＜p0S1h＋mgh，又根据热力学第一定律得ΔU＝Q＋W，因为ΔU＝0，所以Q＝－W，即气体向外界释放的热量小于(p0S1h＋mgh)，故D正确。 [答案]　BD 1．(热力学定律的应用)如图所示，水平放置的封闭绝热汽缸，被一锁定的绝热活塞分为体积相等的a、b两部分。已知a部分气体为1 mo