第14章 第3讲 热力学定律与能量守恒定律(课件PPT)-【金榜题名】2026年高考物理一轮总复习

第十四章　热　学 　第3讲　热力学定律与能量守恒定律 第十四章　热 学 高考总复习 物理 返回目录 第十四章　热 学 高考总复习 物理 返回目录 目录 contents Part 01 知识储备 核心考点 Part 02 提分集训 Part 03 第十四章　热 学 高考总复习 物理 返回目录 知 识 储 备 第十四章　热 学 高考总复习 物理 返回目录 做功 热量 Q＋W　 吸收 放出 增加 减小 第十四章　热 学 高考总复习 物理 返回目录 转化 转移 转化 转移 不变 能量守恒定律 第十四章　热 学 高考总复习 物理 返回目录 自发地 吸收 　功 热力学第二定律 第十四章　热 学 高考总复习 物理 返回目录 × × × √ 第十四章　热 学 高考总复习 物理 返回目录 核 心 考 点 第十四章　热 学 高考总复习 物理 返回目录 第十四章　热 学 高考总复习 物理 返回目录 第十四章　热 学 高考总复习 物理 返回目录 第十四章　热 学 高考总复习 物理 返回目录 第十四章　热 学 高考总复习 物理 返回目录 第十四章　热 学 高考总复习 物理 返回目录 第十四章　热 学 高考总复习 物理 返回目录 第十四章　热 学 高考总复习 物理 返回目录 第十四章　热 学 高考总复习 物理 返回目录 第十四章　热 学 高考总复习 物理 返回目录 第十四章　热 学 高考总复习 物理 返回目录 第十四章　热 学 高考总复习 物理 返回目录 第十四章　热 学 高考总复习 物理 返回目录 第十四章　热 学 高考总复习 物理 返回目录 第十四章　热 学 高考总复习 物理 返回目录 第十四章　热 学 高考总复习 物理 返回目录 第十四章　热 学 高考总复习 物理 返回目录 第十四章　热 学 高考总复习 物理 返回目录 第十四章　热 学 高考总复习 物理 返回目录 第十四章　热 学 高考总复习 物理 返回目录 第十四章　热 学 高考总复习 物理 返回目录 第十四章　热 学 高考总复习 物理 返回目录 第十四章　热 学 高考总复习 物理 返回目录 第十四章　热 学 高考总复习 物理 返回目录 第十四章　热 学 高考总复习 物理 返回目录 第十四章　热 学 高考总复习 物理 返回目录 第十四章　热 学 高考总复习 物理 返回目录 提 分 集 训 （八十三） 点击进入word 第十四章　热 学 高考总复习 物理 返回目录 谢谢观看 第十四章　热 学 高考总复习 物理 返回目录 考向 定位 1.理解热力学第一定律，会用热力学第一定律分析有关问题；2.理解热力学第二定律，知道热现象的方向性；3.会分析热力学第一定律与气体实验定律的综合问题． 1. 2. 3. [思考判断] 　(1)为了增加物体的内能，必须对物体做功或向它传递热量，做功和热传递的实质是相同的．( ) (2)绝热过程中，外界压缩气体做功20 J，气体的内能可能不变．( ) (3)在给自行车打气时，会发现打气筒的温度升高，这是因为打气筒从外界吸热．( ) (4)可以从单一热源吸收热量，使之完全变成功．( ) 考点一　热力学第一定律与能量守恒定律 1．热力学第一定律的理解 (1)内能的变化常用热力学第一定律进行分析． (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，则不发生传热，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． 2．三种特殊情况 (1)若过程是绝热的，则Q＝0，W＝ΔU，外界(物体)对物体(外界)做的功等于物体内能的增加(减少). (2)若过程中不做功，即W＝0，则Q＝ΔU，物体吸收(放出)的热量等于物体内能的增加(减少). (3)若在过程的初、末状态，物体的内能不变，即ΔU＝0，则W＋Q＝0或W＝－Q，外界(物体)对物体(外界)做的功等于物体放出(吸收)的热量． [例1]　(2022·山东高考)如图所示，内壁光滑的绝热汽缸内用绝热活塞封闭一定质量的理想气体，初始时汽缸开口向上放置，活塞处于静止状态，将汽缸缓慢转动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】　初始时汽缸开口向上，活塞处于平衡状态，汽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，汽缸在缓慢转动的过程中，汽缸内外气体对活塞的压力差大于重力沿汽缸壁的分力，故汽缸内气体缓慢地将活塞往外推，最后汽缸水平，缸内气压等于大气压．汽缸、活塞都是绝热的，故缸内气体与外界没有发生热传递，汽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 [对点训练] 1．(2023·天津高考)如图是爬山所带的氧气瓶，爬高过程中，氧气瓶里的气体体积和质量均不变，温度降低，则气体(　　) A．对外做功　　　　B．内能减少 C．吸收热量 D．压强不变 解析：选B　爬高过程中，气体的体积保持不变，则气体对外不做功，A错误；爬高过程中，气体温度降低，则气体的内能减少，B正确；根据热力学第一定律可知ΔU＝W＋Q，又W＝0，ΔU<0，则Q<0，即气体放出热量，C错误；爬高过程中，气体的体积不变，温度降低，根据查理定律p＝CT可知气体的压强减小，D错误． 3.气体的分子动理论 (1)气体分子之间的距离远大于分子直径，气体分子之间的作用力十分微弱，可以忽略不计． (2)气体分子呈现“中间多，两头少”的分布规律． (3)气体分子的运动是杂乱无章的，但向各个方向运动的机会均等． (4)温度一定时，某种气体分子的速率分布是确定的，速率的平均值也是确定的，温度升高，气体分子的平均速率增大，但不是每个分子的速率都增大． 考点二　热力学第二定律 1．热力学第二定律的理解 (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的帮助． (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．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． (3)热力学第二定律的每一种表述，都揭示了大量分子参与的宏观过程的方向性，进而使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性． 2．热力学过程的方向性分析 [对点训练] 2．热力学第二定律表明(　　) A．不可能从单一热源吸收热量使之全部变为有用的功 B．摩擦生热的过程是不可逆的 C.热不能全部转变为功 D．热量不可能从温度低的物体传到温度高的物体 解析：选B　A．根据热力学第二定律可知，可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功，但是会引起其他的变化，故A错误； B．根据热力学第二定律可知，机械能转化为内能的过程具有方向性，是不可逆过程，故B正确； C．根据热力学第二定律可知，热可以全部转变为功，但是会引起其他的变化，故C错误； D．根据热力学第二定律可知，热量不可能自发地从低温物体传递到高温物体，若有外界做功的话，可以从低温物体传递到高温物体，比如冰箱；故D错误． 故选B. 3．(2025·葫芦岛模拟)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．科技的进步可以使内燃机成为单一热源的热机 B．第二类永动机不可能制造成功的原因是违背了能量守恒定律 C．做功不一定改变物体的内能，热传递也不一定改变物体的内能，但同时做功和热传递一定会改变物体的内能 D．利用浅层海水和深层海水之间的温度差制造一种热机，将海水的一部分内能转化为机械能是可能的 解析：选D　A．根据热力学第二定律，从单一热源吸收热量，全部用来对外做功而不引起其它变化是不可能的，故A错误； B．第二类永动机不可能制造成功的原因是违背了热力学第二定律，故B错误； C．做功不一定改变物体的内能，热传递可以改变物体的内能，但同时做功和热传递不一定会改变物体的内能，比如物体吸收热量的同时对外做功，内能不一定改变，故C错误； D．根据热力学第二定律可知，利用浅层海水和深层海水之间的温度差制造一种热机，将海水的一部分内能转化为机械能，这在原理上是可行的，故D正确．故选D. [方法指导] 两类永动机的比较 第一类永动机 第二类永动机 设计 要求 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 不可能 制成的 原因 违背能量守恒定律 不违背能量守恒定律，违背热力学第二定律 考点三　热力学第一定律与气体实验定律的综合 [例2]　(多选)(2023·山东高考)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】　设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，经等容过程有V2＝V1＝V0，T2＝400 K，若经过等压过程有p3＝p0，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，即体积增加了原来的 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，等容或等压过程的初末温度相同，即内能变化相同，因此内能增加量都为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ΔU＝W＋Q可知W＝－200 J，即气体对外做功为200 J，B错误； 由W＝pΔV得气体做功的大小为W＝p0 eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(4,3)V0－V0))＝200 J，解得V0＝6 L，A正确． 【答案】　AD eq \a\vs4\al([方法指导]) 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.　　 [例3]　(2023·浙江6月选考)如图所示，导热良好的固定直立圆筒内用面积S＝100 cm2、质量m＝1 kg的活塞封闭一定质量的理想气体，活塞能无摩擦滑动．圆筒与温度300 K的热源接触，平衡时圆筒内气体处于状态A，其体积VA＝600 cm3.缓慢推动活塞使气体达到状态B，此时体积VB＝500 cm3.固定活塞，升高热源温度，气体达到状态C，此时压强pC＝1.4×105 Pa.已知从状态A到状态C，气体从外界吸收热量Q＝14 J；从状态B到状态C，气体内能增加ΔU＝25 J，大气压p0＝1.01×105 Pa. (1)气体从状态A到状态B，其分子平均动能________(填“增大”“减小”或“不变”)，圆筒内壁单位面积受到的压力________(填“增大”“减小”或“不变”)； (2)求气体在状态C的温度TC； (3)求气体从状态A到状态B过程中外界对系统做的功W. 【解析】　(1)气体从状态A到状态B发生等温压缩变化，内能不变，分子平均动能不变；体积减小，压强增大，圆筒内壁单位面积受到的压力增大． (2)气体处于状态A时，对活塞受力分析，有 pAS＋mg＝p0S 解得pA＝1×105 Pa 气体从状态A到状态B，由玻意耳定律有 pAVA＝pBVB 解得pB＝1.2pA＝1.2×105 Pa 气体从状态B到状态C，发生等容变化，由查理定律有 eq \f(pB,TB)＝ eq \f(pC,TC) 解得TC＝350 K． (3)气体从状态B到状态C，外界对气体不做功，所以W等于气体从状态A到状态C外界对气体做的功．由(1)问分析可知，从状态A到状态C内能的变化量等于从状态B到状态C内能的变化量，从状态A到状态C，由热力学第一定律有ΔU＝W＋Q 解得W＝11 J． 【答案】　(1)不变　增大　(2)350 K　(3)11 J eq \a\vs4\al([方法指导]) 解答该类问题的思维流程 [对点训练] 4．(2025·徐州模拟)一定质量的理想气体从状态A开始依次经过状态B再到状态C再回到状态A，其p－V图像如图所示，其中AB曲线为双曲线的一部分．下列说法正确的是(　　) A.在B到C过程中，分子的速率分布曲线不发生变化 B.从C到A的过程中，器壁单位面积上受到气体分子平均碰撞力不变 C.从A到B过程中，气体从外界吸热并全部用来对外做功，所以违反了热力学第二定律 D.从C到A的过程与从A到B过程中外界对气体做功总和为零 解析：选B　A．在B到C过程中，气体做等容变化，根据 eq \f(p1,T1)＝ eq \f(p2,T2)可知气体的温度升高，则分子的速率分布曲线发生变化，故A错误； B.从C到A的过程中，气体压强不变，根据气体压强的微观意义可知器壁单位面积上受到气体分子平均碰撞力不变，故B正确； C.根据题意AB曲线为双曲线的一部分可知AB过程pV乘积不变，根据理想气体状态方程pV＝nRT可知气体温度不变，气体从外界吸热并全部用来对外做功，这是一种理想化的模型，因此，并不违反热力学第二定律，故C错误； D.p－V图像中图像与横轴所围几何图形的面积表示功，根据图像可知C到 A过程，体积减小，外界对气体做功，A到B过程，体积增大，气体对外界做功，C到A过程图像与V轴所围几何图形的面积大于A到B过程图像与V轴所围几何图形的面积，可知从C到A的过程外界对气体做的功大于A到B过程中气体对外界做的功，即从C到A的过程与从A到B过程中外界对气体做功总和为正，故D错误． 故选B. $$