第15章 第3讲 热力学定律与能量守恒(课件PPT)-【赢在微点·顶层设计】2025年高中物理高考一轮总复习（粤教版2019）

高考复习顶层设计·物理 赢在微点 高考复习顶层设计 物理 第十五章 热　学 第3讲　热力学定律与能量守恒 1.理解热力学第一定律,知道改变内能的两种方式,并能用热力学第一定律解决相关问题。2.理解热力学第二定律,知道热现象的方向性。 3.理解第一类永动机和第二类永动机不可能制成的原因。 第3讲　热力学定律与能量守恒 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 考点1　热力学第一定律 1.改变物体内能的两种方式❶:(1)______;(2)________。(注❶:做功和热传递对改变物体内能具有等效性) 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______与外界对它所做的功的和。 做功 热传递 热量 第3讲　热力学定律与能量守恒 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 (2)表达式:ΔU=_________。 (3)ΔU=Q+W中正、负号法则。 物理量意义符号 W Q ΔU + 外界对物体做功 物体_____热量 内能_____ - 物体对外界做功 物体_____热量 内能_____ Q+W 吸收 增加 放出 减少 第3讲　热力学定律与能量守恒 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 3.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)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。 第3讲　热力学定律与能量守恒 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 (1)做功和热传递改变物体内能的实质是相同的( ) (2)绝热过程中,外界压缩气体做功20 J,气体的内能一定减少20 J( ) (3)物体吸收热量,同时对外做功,内能可能不变( ) 第3讲　热力学定律与能量守恒 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 1.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。 第3讲　热力学定律与能量守恒 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 2.三种特殊情况。 (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能的增加。 (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。 (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。 第3讲　热力学定律与能量守恒 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 【典例1】　(2023·天津卷)如图是爬山所带氧气瓶,氧气瓶里的气体容积、质量不变,爬高过程中,温度降低,则气体(　　) A.对外做功 B.内能减小 C.吸收热量 D.压强不变 第3讲　热力学定律与能量守恒 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 解析　由于爬山过程中气体体积不变,故气体不对外做功,A项错误;爬山过程中温度降低,则气体内能减小,B项正确;根据热力学第一定律可知ΔU=W+Q,爬山过程中气体不做功,但内能减小,故可知气体放出热 量,C项错误;爬山过程中氧气瓶里的气体容积、质量均不变,温度降低,根据理想气体状态方程有=C,气体压强减小,D项错误。 答案　B 第3讲　热力学定律与能量守恒 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 【典例2】　(多选)如图用隔板将一绝热汽缸分成两部分,隔板左侧充有理想气体,隔板右侧与绝热活塞之间是真空。现将隔板抽开,气体会自发扩散至整个汽缸。待气体达到稳定后,缓慢推压活塞,将气体压回到原来的体积。假设整个系统不漏气。下列说法正确的是　(　　) A.气体自发扩散前后内能相同 B.气体被压缩的过程中内能增大 C.在自发扩散过程中,气体对外界做功 D.气体被压缩的过程中,外界对气体做功 第3讲　热力学定律与能量守恒 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 解析　因为汽缸、活塞都是绝热的,隔板右侧是真空,所以理想气体在自发扩散的过程中,既不吸热也不放热,也不对外界做功。根据热力学第一定律可知,气体自发扩散前后,内能不变,A项正确,C项错误;气体被压缩的过程中,外界对气体做功,气体内能增大,B、D两项正确。 答案　ABD 第3讲　热力学定律与能量守恒 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 考点2　热力学第一定律与气体实验定律的综合应用 解答此类问题的基本流程。 第3讲　热力学定律与能量守恒 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 考向1　热力学第一定律与气体实验定律的综合应用 【典例3】　(多选)(2023·山东卷)一定质量的理想气体,初始温度为300 K,压强为1×105 Pa。经等容过程,该气体吸收400 J的热量后温度上升100K;若经等压过程,需要吸收600 J的热量才能使气体温度上升100 K。下列说法正确的是(　　) A.初始状态下,气体的体积为6 L B.等压过程中,气体对外做功400 J C.等压过程中,气体体积增加了原体积的 D.两个过程中,气体的内能增加量都为400 J 第3讲　热力学定律与能量守恒 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 解析　令理想气体的初始状态的压强、体积和温度分别为p1=p0,V1= V0,T1=300 K,经等容过程变为状态二,p2=?,V2=V1=V0,T2=400 K,经等压过程变为状态三p3=p0,V3=?,T3=400 K,由理想气体状态方程可得= =,解得p2=p0,V3=V0,体积增加了原来的,C项错误;等容过程中气体做功为零,由热力学第一定律ΔU=W+Q=400 J,两个过程的初末温度相同即内能变化相同,因此内能增加都为400 J,D项正确;等压过程内能增加了400 J,吸收热量为600 J,由热力学第一定律可知气体对外做功 第3讲　热力学定律与能量守恒 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 为200 J,即做功的大小为W=p0=200 J,解得V0=6 L,A项正 确,B项错误。 答案　AD 第3讲　热力学定律与能量守恒 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 【典例4】　(多选)(2023·课标卷)如图,一封闭着理想气体的绝热汽缸置于水平地面上,用轻弹簧连接的两绝热活塞将汽缸分为f、g、h三部分,活塞与汽缸壁间没有摩擦。初始时弹簧处于原长,三部分中气体的温度、体积、压强均相等。现通过电阻丝对f中的气体缓慢加热,停止加热并达到稳定后(　　) A.h中的气体内能增加 B.f与g中的气体温度相等 C.f与h中的气体温度相等 D.f与h中的气体压强相等 第3讲　热力学定律与能量守恒 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 解析　当电阻丝对f中的气体缓慢加热时,f中的气体内能增大,温度升高,根据理想气体状态方程可知f中的气体压强增大,会缓慢推动左边活塞,可知h的体积也被压缩,压强变大,对活塞受力分析,根据平衡条件可知,弹簧弹力变大,则弹簧被压缩。与此同时弹簧对右边活塞有弹力作用,缓慢向右推动右边活塞。活塞对h中的气体做正功,且是绝热过程,由热力学第一定律可知,h中的气体内能增加,A项正确;未加热前,三部分中气体的温度、体积、压强均相等,当系统稳定时,活塞受力平衡,可知弹簧处于压缩状态,对左边活塞分析pfS=F弹+pgS,则pf>pg,分别对f、g 第3讲　热力学定律与能量守恒 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 内的气体分析,根据理想气体状态方程有=,=,由题意可知,因弹簧被压缩,则Vf>Vg,联立可得Tf>Tg,B项错误;在达到稳定状态过程中h中的气体体积变小,压强变大,f中的气体体积变大。由于稳定时弹簧及两活塞处于平衡状态,故稳定时f、h中的气体压强相等,根据理想气体状态方程对h气体分析可知=,联立可得Tf>Th,C项错误,D项正确。 答案　AD 第3讲　热力学定律与能量守恒 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 考向2　热力学第一定律与气体状态变化图像的综合应用 【典例5】　(2023·广东卷)在驻波声场作用下,水中小气泡周围液体的压强会发生周期性变化,使小气泡周期性膨胀和收缩,气泡内气体可视为质量不变的理想气体,其膨胀和收缩过程可简化为如图所示的p-V图像,气泡内气体先从压强为p0、体积为V0、温度为T0的状态A等温膨胀到体积为5V0、 第3讲　热力学定律与能量守恒 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 压强为pB的状态B,然后从状态B绝热收缩到体积为V0、压强为1.9p0、温度为TC的状态C,B到C过程中外界对气体做功为W。已知p0、V0、T0和W。求: (1)pB的表达式; (2)TC的表达式; (3)B到C过程,气泡内气体的内能变化了多少? 第3讲　热力学定律与能量守恒 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 解析　(1)由题可知,根据玻意耳定律可得pAVA=pBVB, 解得pB=p0。 (2)根据理想气体状态方程可知=, 解得TC=1.9T0。 (3)根据热力学第一定律可知ΔU=W+Q, 其中Q=0,故气体内能增加ΔU=W。 答案　(1)p0　(2)1.9T0　(3)W 第3讲　热力学定律与能量守恒 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 考点3　热力学第二定律 1.热力学第二定律的三种表述。 (1)克劳修斯表述。 热量不能_______从低温物体传递到高温物体。 (2)开尔文表述。 不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功,而_____________ ___。或表述为“________永动机是不可能制成的。” 自发地 不产生其他影 响 第二类 第3讲　热力学定律与能量守恒 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 (3)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______。(熵增加原理) 2.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。 减小 无序性 第3讲　热力学定律与能量守恒 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 (1)可以从单一热源吸收热量,使之完全变成功( ) (2)热机中,燃气的内能可以全部变成机械能而不引起其他变化( ) (3)热量不可能从低温物体传给高温物体( ) 第3讲　热力学定律与能量守恒 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 1.热力学第二定律的涵义。 (1)自然界中诸如热传递等热力学宏观现象具有方向性,不需要借助外界提供能量的帮助。 (2)“不引起其他变化”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。在产生其他影响的条件下内能可以全部转化为机械能,如气体的等温膨胀过程。 第3讲　热力学定律与能量守恒 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 2.热力学第二定律的实质。 自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性,如 (1)高温物体 低温物体。 (2)功 热。 (3)气体体积V1 气体体积V2(较大)。 (4)不同气体A和B 混合气体AB。 第3讲　热力学定律与能量守恒 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 【典例6】　根据热力学定律和能量守恒,下列说法正确的是(　　) A.空调在制冷过程中,从室内吸收的热量少于向室外放出的热量 B.通过采用先进技术,热机可以实现把燃料产生的内能全部转化为机械能 C.在密闭的房间里,把正常工作的冰箱门打开,可以使房间降温 D.在密闭的房间里,把正常工作的冰箱门打开,房间温度不会有任何变化 第3讲　热力学定律与能量守恒 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 解析　空调在制冷过程中,把室内的热量向室外释放,消耗电能,产生热量,则从室内吸收的热量少于向室外放出的热量,A项正确;根据热力学第二定律可知,即使通过采用先进技术,热机的工作效率可以提高,但不可能达到100%,B项错误;冰箱的工作原理是将里面的热量吸收到外面使内部的温度降低,并且自身工作也会消耗电能产生热量,所以当冰箱在密闭的房间里并打开,此时冰箱内外部相通,所以无法降温,由于冰箱本身工作消耗电能会产生热量,所以房间温度会升高,C、D两项错误。 答案　A 第3讲　热力学定律与能量守恒 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 【典例7】　(多选)关于热现象,下列说法中正确的是(　　) A.如果某个系统与另一个系统达到热平衡,那么这两个系统彼此之间分子平均动能相同 B.不可能从单一热库吸收热量,使之完全变成功 C.一定量的某种理想气体在等压膨胀过程中,内能一定增加 D.气体被压缩时,内能一定增加 第3讲　热力学定律与能量守恒 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 解析　根据热平衡定律可知,如果两个系统达到热平衡,则温度相同,分子平均动能相同,A项正确;根据热力学第二定律,从单一热库吸收的热量可以完全变成功,但要引起其他的变化,B项错误;根据理想气体状态方程,一定量的某种理想气体在压强不变的情况下,体积变大,则温度一定升高,内能一定增加,C项正确;气体被压缩时,外界对气体做功(W>0),如果向外界放热(Q<0),根据热力学第一定律ΔU=W+Q,内能可能增 大、不变或减小,D项错误。 答案　AC 第3讲　热力学定律与能量守恒 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 本部分内容讲解结束 $$