第十四章 第3节 热力学定律与能量守恒定律-【高考DNA解码】2026年高考物理一轮总复习学生用书word（广东专用）

　热力学定律与能量守恒定律 1．改变物体内能的两种方式 (1)________。 (2)传热。 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__________与外界对它所做的功的和。 (2)表达式：ΔU＝________。 (3)ΔU＝Q＋W中正、负号法则 ①W>0，外界对物体做功；W<0，物体对外界做功。 ②Q>0，物体________热量；Q<0，物体________热量。 ③ΔU>0，内能________；ΔU<0，内能________。 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________为另一种形式，或者是从一个物体________到别的物体，在________或________的过程中，能量的总量保持________。 (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。比如机械能守恒就是有条件的。 (3)第一类永动机：是不可能制成的，它违背了________________。 4．热力学第二定律 (1)两种表述 ①克劳修斯表述：热量不能________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________热量，使之完全变成________，而不产生其他影响。 (2)第二类永动机：不可能制成，它违背了________________。 1．易错易混辨析 (1)外界压缩气体做功20 J，气体的内能可能不变。 (　　) (2)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。 (　　) (3)可以从单一热源吸收热量，使之完全变成功。 (　　) (4)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。 (　　) (5)自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，能量正在消失。 (　　) (6)利用河水的能量使船逆水航行的设想，符合能量守恒定律。 (　　) 2．(人教版选择性必修第三册改编)用活塞压缩汽缸里的空气(可看作理想气体)，对汽缸里的空气做了900 J的功，气体内能增加了690 J，则此过程(　　) A．气体从外界吸收热量210 J B．气体向外界放出热量210 J C．气体从外界吸收热量1 110 J D．气体向外界放出热量1 110 J 3．(人教版选择性必修第三册改编)(多选)下列现象能够发生的是(　　) A．一杯热茶在打开杯盖后，茶会自动变得更热 B．蒸汽机把蒸汽的内能全部转化成机械能 C．桶中混浊的泥水在静置一段时间后，泥沙下沉，上面的水变清，泥、水自动分离 D．电冰箱通电后把箱内低温物体的热量传到箱外高温物体 热力学第一定律的理解 1．热力学第一定律ΔU＝Q＋W (1)符号法则 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 内能减小 (2)三种特殊情况 过程 含义 内能变化 物理意义 绝热 Q＝0 ΔU＝W 外界对物体做的功等于物体内能的增加 等容 W＝0 Q＝ΔU 物体吸收的热量等于物体内能的增加 等温 ΔU＝0 W＝－Q 外界对物体做的功等于物体放出的热量 2．做功和热传递的区别与联系 两种方式 做功 热传递 区别 内能变化情况 外界对物体做功，物体的内能增加；物体对外界做功，物体的内能减少 物体吸收热量，内能增加；物体放出热量，内能减少 从运动形式上看 做功是宏观的机械运动向物体的微观分子热运动的转化 热传递是通过分子之间的相互作用，使同一物体的不同部分或不同物体间的分子热运动发生变化 从能量的角度看 做功是其他形式的能与内能相互转化的过程 不同物体间或同一物体不同部分之间内能的转移 能的性质变化情况 能的性质发生了变化 能的性质不变 联系 做一定量的功或传递一定量的热量在改变内能的效果上是相同的 [典例1]　(热力学第一定律的理解)如图所示是密闭的气缸，外力推动活塞P压缩气体，对缸内气体做功800 J，同时气体向外界放热200 J，缸内气体的(　　) A．温度升高，内能增加600 J B．温度升高，内能减少200 J C．温度降低，内能增加600 J D．温度降低，内能减少200 J [听课记录]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 热力学第二定律的理解及应用 1．热力学第二定律的理解与应用 (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。 (2)热力学第二定律的实质：热力学第二定律的每一种表述，都揭示了大量分子参与宏观过程的方向性，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。 (3)热力学第二定律揭示了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。 2．两类永动机的理解 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 [典例2]　(热力学第二定律的理解)下列关于能量转化过程的叙述，只违背热力学第二定律的是(　　) A．汽车通过燃烧汽油获得动力并向空气中散热 B．冷水倒入保温杯后，冷水和杯子的温度都变得更低 C．某新型热机工作时将从高温热源吸收的热量全部转化为功，而不产生其他影响 D．冰箱的制冷机工作时从箱内低温环境中提取热量散发到温度较高的室内 [听课记录]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 气体实验定律与热力学定律的综合 解决热力学定律与气体实验定律的综合问题的基本思路 [典例3]　(2024·山东卷)一定质量理想气体经历如图所示的循环过程，a→b过程是等压过程，b→c过程中气体与外界无热量交换，c→a过程是等温过程。下列说法正确的是(　　) A．a→b过程，气体从外界吸收的热量全部用于对外做功 B．b→c过程，气体对外做功，内能增加 C．a→b→c过程，气体从外界吸收的热量全部用于对外做功 D．a→b过程，气体从外界吸收的热量等于c→a过程放出的热量 [听课记录]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 1．(2024·北京卷)一个气泡从恒温水槽的底部缓慢上浮，将气泡内的气体视为理想气体，且气体分子个数不变，外界大气压不变。在上浮过程中气泡内气体(　　) A．内能变大　 B．压强变大 C．体积不变　 D．从水中吸热 2．(两类永动机的理解)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从单一热源吸收热量，完全变成功是可能的 3．(多选)一定量的理想气体从状态a经状态b变化到状态c，其过程如T-V图上的两条线段所示。则气体在(　　) A．状态a处的压强大于状态c处的压强 B．由a变化到b的过程中，气体对外做功 C．由b变化到c的过程中，气体的压强不变 D．由a变化到b的过程中，气体从外界吸热 E．由a变化到b的过程中，从外界吸收的热量等于其增加的内能 4．(多选)如图为某款自行车的气压式减震装置，活塞连接车把，气缸连接前轮。当路面不平时，自行车颠簸使得活塞上下振动，气缸内封闭的理想气体体积随之变化，起到减震作用。活塞迅速下压的过程中，气缸内的气体(　　) A．对外做正功 B．内能减小 C．温度升高，分子平均动能增加 D．分子对气缸壁单位面积的平均撞击力增加 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、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？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 1 / 8 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第3节　热力学定律与能量守恒定律 链接教材·夯基固本 梳理·必备知识 1．(1)做功 2．(1)热量　(2)Q＋W　(3)吸收　放出　增加　减少 3．(1)转化　转移　转化　转移　不变　(3)能量守恒定律 4．(1)自发地　吸收　功　(2)热力学第二定律 激活·基本技能 1．(1)√　(2)×　(3)√　(4)×　(5)×　(6)√ 2．B　[由热力学第一定律知ΔU＝W＋Q，则Q＝ΔU－W＝690 J－900 J＝－210 J，故向外界放热，B正确。] 3．CD　[A项违背热力学第二定律，不能发生；B项蒸汽机的能量损失不可避免，不可能把蒸汽机的内能全部转化为机械能，违背了热力学第二定律，不能发生；C项泥、水自动分离现象能发生，不违背热力学第二定律，只是系统的势能减少了，能发生；D项中电冰箱消耗了电能，所以不违背热力学第二定律，能发生。] 细研考点·突破题型 考点1 典例1　A　[据题，外界对气体做功，W＝800 J，气体向外散热，则Q＝－200 J，根据热力学第一定律得，气体内能的增量ΔU＝W＋Q＝800 J－200 J＝600 J，即内能增加600 J；对于一定质量的理想气体，内能增加，温度必然升高，A项正确。] 考点2 典例2　C　[A项中燃烧汽油产生的内能一方面向机械能转化，同时通过热传递向空气散热，这既不违背热力学第一定律，也不违背热力学第二定律；B项中冷水倒入保温杯后，没有对外做功，同时也没有热传递，内能不可能减少，故违背热力学第一定律；C项中某新型热机工作时将从高温热源吸收的热量全部转化为功，必然产生其他影响，故违背热力学第二定律；D项中制冷机消耗电能工作时，从箱内低温环境中提取热量散发到温度较高的室内，发生了内能的转移，同时对外界产生了影响，这既不违背热力学第一定律，也不违背热力学第二定律。故选C。] 考点3 典例3　C　[a→b过程压强不变，是等压变化且体积增大，气体对外做功，W<0，由盖-吕萨克定律可知Tb＞Ta，即内能增大，ΔUab＞0，根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知a→b过程，气体从外界吸收的热量一部分用于对外做功，另一部分用于增加内能，A错误；b→c过程中气体与外界无热量交换，即Qbc＝0，又由气体体积增大可知Wbc＜0，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知气体内能减少，B错误；c→a过程为等温过程，可知Tc＝Ta，ΔUac＝0，根据热力学第一定律可知a→b→c过程，气体从外界吸收的热量全部用于对外做功，C正确；根据热力学第一定律结合上述解析可知：a→b→c→a一整个热力学循环过程ΔU＝0，整个过程气体对外做功，因此由热力学第一定律可得ΔU＝Qab－Qca－W＝0，故a→b过程气体从外界吸收的热量Qab不等于c→a过程放出的热量Qca，D错误。故选C。] 学情诊断·当堂评价 1．D　[上浮过程气泡内气体的温度不变，内能不变，故A错误；气泡内气体压强p＝p0＋ρ水gh，故上浮过程气泡内气体的压强减小，故B错误；由玻意耳定律pV＝C知，气体的体积变大，故C错误；上浮过程气体体积变大，气体对外做功，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W知，气体从水中吸热，故D正确。故选D。] 2．D　[第一类永动机违反热力学第一定律，第二类永动机违反热力学第二定律，A、B两项错误；由热力学第一定律可知W≠0，Q≠0，但ΔU＝W＋Q可以等于0，C项错误；由热力学第二定律可知D中的现象是可能的，但会引起其他变化，D项正确。] 3．ABD　[由＝C得T＝V，T-V图线上的点与坐标原点连线的斜率越大，气体压强越大，易知状态a对应的压强大于状态c的压强，A选项正确；状态a到状态b为等压变化过程，体积增大，气体对外做功，B选项正确；由上述分析可知，气体在b状态的压强大于在c状态的压强，C选项错误；气体由状态a到状态b的过程中体积增大，对外做功，温度升高，内能增加，根据热力学第一定律可知，气体从外界吸收热量，且吸收的热量大于其内能的增加量，D选项正确，E选项错误。] 4．CD　[活塞迅速下压的过程中，气缸内的气体被压缩，外界对气体做正功，故A错误；外界对气体做正功，活塞迅速下压，可近似看成是绝热过程，则由热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知，气体内能增加，故B错误；理想气体内能只与温度有关，所以气体温度升高，分子平均动能增加，故C正确；根据理想气体的状态方程＝C，气体体积减小，温度升高，则气体压强增大，即分子对气缸壁单位面积的平均撞击力增加，故D正确。故选CD。] 5．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)pB＝p0　(2)TC＝1.9T0　(3)W 学科网（北京）股份有限公司 $$