第十四章 第3讲 热力学定律与能量守恒定律-【勤径学升】2026年高考物理一轮总复习配套课件（人教版2019）

物 理 第十四章　热　学 第3讲　热力学定律与能量守恒定律 返回目录 返回目录 返回目录 × √ × √ × × √ 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 返回目录 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．知道第一类永动机和第二类永动机不可能制成。 【知识总览】 【微点辨析】 (1)做功和传热的实质是相同的。( ) (2)外界压缩气体做功20 J，气体的内能可能不变。( ) (3)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。( ) (4)可以从单一热库吸收热量，使之完全变成功。( ) (5)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。( ) (6)自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，能量正在消失。( ) (7)利用河水的能量使船逆水航行的设想，符合能量守恒定律。( ) 考点 eq \a\vs4\al(1) 热力学第一定律(互动共研) 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，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。 2．热力学第一定律的应用 (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。 [例1]　(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100 K；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 eq \f(1,4) D．两个过程中，气体的内能增加量都为400 J 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，等容过程为状态二，p2＝？，V2＝V1＝V0，T2＝400 K，等压过程为状态三，p3＝p0，V3＝？，T3＝400 K，由理想气体状态方程可得 eq \f(p1V1,T1) ＝ eq \f(p2V2,T2) ＝ eq \f(p3V3,T3) ，解得p2＝ eq \f(4,3)p0，V3＝ eq \f(4,3)V0，体积增加了原来的 eq \f(1,3) ，C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 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为200 J，即做功的大小为W＝p0( eq \f(4,3)V0－V0)＝200 J，解得V0＝6 L，A正确、B错误。故选AD。 答案　AD 2．[两类永动机的比较]关于两类永动机和热力学的两个定律，下列说法正确的是(　　) A．第二类永动机不可能制成是因为违反了热力学第一定律 B．第一类永动机不可能制成是因为违反了热力学第二定律 C．由热力学第一定律可知做功不一定改变内能，热传递也不一定改变内能，但同时做功和热传递一定会改变内能 D．由热力学第二定律可知热量从低温物体传向高温物体是可能的，从单一热源吸收热量，完全变成功也是可能的 解析　第一类永动机违反能量守恒定律，第二类永动机违反热力学第二定律，A、B错误；由热力学第一定律可知W≠0，Q≠0，但ΔU＝W＋Q可以等于0，C错误；由热力学第二定律可知D中现象是可能的，但会引起其他变化，D正确。 答案　D 1．在热力学第二定律的表述中，“自发地”“不产生其他影响”的含义 (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。 (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。 2．两类永动机的比较 第一类永动机 第二类永动机 不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功的机器 从单一热源吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响的机器 违背能量守恒定律，不可能制成 不违背能量守恒定律，但违背热力学第二定律，不可能制成 考点 eq \a\vs4\al(3) 热力学第一定律与图像的综合应用(互动共研) 1．气体的状态变化可由图像直接判断或结合理想气体状态方程 eq \f(pV,T) ＝C分析。 2．气体的做功情况、内能变化及吸放热关系可由热力学第一定律分析。 (1)由体积变化分析气体做功的情况：体积膨胀，气体对外做功；气体被压缩，外界对气体做功。 (2)由温度变化判断气体内能变化：温度升高，气体内能增大；温度降低，气体内能减小。 (3)由热力学第一定律ΔU＝W＋Q判断气体是吸热还是放热。 (4)在p-V图像中，图像与横轴所围面积表示对外或外界对气体整个过程中所做的功。 2．(2022·辽宁卷)一定质量的理想气体从状态a变化到状态b，其体积V和热力学温度T变化图像如图所示，此过程中该系统(　　) A．对外界做正功　　　　　 B．压强保持不变 C．向外界放热 D．内能减少 解析　理想气体从状态a变化到状态b，体积增大，理想气体对外界做正功，A正确；由题图可知V＝V0＋kT，根据理想气体的状态方程，有 eq \f(pV,T) ＝C，联立可得p＝ eq \f(C,k＋\f(V0,T)) ，可看出T增大，p增大，B错误；理想气体从状态a变化到状态b，温度升高，内能增大，D错误；理想气体从状态a变化到状态b，理想气体对外界做正功且内能增大，根据热力学第一定律可知气体从外界吸收热量，C错误。 答案　A 3．(多选)一定质量的理想气体状态变化过程如图所示，第1种变化是从A到B，第2种变化是从A到C。比较两种变化过程，则(　　) A．从A到C过程中气体吸收热量较多 B．从A到B过程中气体吸收热量较多 C．两个过程中气体吸收热量一样多 D．两个过程中气体内能增量相同 解析　在 p-T图像中，等容线是过原点的倾斜直线，由图像可知VC>VA>VB，故从A到C过程中，气体对外做功，从A到B过程中，外界对气体做功，由TB＝TC可知，两个过程中气体内能增量相同，根据ΔU＝W＋Q可知，从A到C过程中，气体吸收热量较多，选项A、D正确，B、C错误。 答案　AD 考点 eq \a\vs4\al(4) 热力学第一定律与气体实验定律的综合应用(互动共研) 解决热力学第一定律与气体实验定律的综合问题的思维流程 4．(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 解析　初始时气缸开口向上，活塞处于平衡状态，气缸内外气体对活塞的压力差与活塞的重力平衡，则有(p1－p0)S＝mg，气缸在缓慢转动的过程中，气缸内外气体对活塞的压力差大于重力沿气缸壁的分力，故气缸内气体缓慢地将活塞往外推，最后气缸水平，缸内气压等于大气压，气缸、活塞都是绝热的，故缸内气体与外界没有发生热传递，气缸内气体通过压强作用将活塞往外推，气体对外做功，根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知，气体内能减小，故缸内理想气体的温度降低，分子热运动的平均速率减小，并不是所有分子热运动的速率都减小，A、B错误；气体内能减小，缸内理想气体的温度降低，速率大的分子数占总分子数的比例减小，C正确，D错误。 答案　C 5．如图所示，体积为V、内壁光滑的圆柱形导热汽缸顶部有一质量和厚度均可忽略的活塞，汽缸内密封有温度为2.4T0、压强为1.2p0的理想气体，p0和T0分别为外界大气的压强和温度。已知气体内能U与温度T的关系为U＝aT，a为正的常量，容器内气体的所有变化过程都是缓慢的，求： (1)缸内气体与大气达到平衡时的体积V1。 (2)在活塞下降过程中，汽缸内气体放出的热量。 解析　(1)在气体压强由1.2p0下降到p0的过程中，气体体积不变，温度由2.4T0变为T1，由查理定律得 eq \f(1.2p0,2.4T0) ＝ eq \f(p0,T1) ，解得T1＝2T0，在气体温度由T1变为T0的过程中，气体体积由V减小到V1，气体压强不变，由盖-吕萨克定律得 eq \f(V,T1) ＝ eq \f(V1,T0) ，解得V1＝0.5V； (2)活塞下降过程中，外界对气体做的功： W＝p0(V－V1)， 在这一过程中，气体内能的变化量： ΔU＝a(T0－T1)， 由热力学第一定律得， Q＝ΔU－W＝－aT0－ eq \f(1,2) p0V， 故汽缸内气体放出的热量为 eq \f(1,2) p0V＋aT0。 答案　(1)0.5V　(2) eq \f(1,2) p0V＋aT0 $$