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】2027年高中物理高考一轮总复习

第3讲 热力学定律与能量守恒 第十五章　热学 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 目 标 要 求 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。 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 考点1　热力学第一定律 考点2　热力学第一定律与气体实验定律的综合应用 内容 索引 温馨提示:点击标题链接相关内容 考点3　热力学第二定律 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 热力学第一定律 赢在微点 物理 大一轮 考点1 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 5 必|备|知|识 1.改变物体内能的两种方式：(1) ；(2) 。 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。 (2)表达式：ΔU= 。 做功 传热 热量 Q+W 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 (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 吸收 放出 增加 减少 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 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。 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 (1)做功和传热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( ) 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 关|键|能|力 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。 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 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。 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 【典例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 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 上浮过程气泡内气体的温度不变，内能不变，A项错误；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，B项错误；由玻意耳定律pV=C知，气体的体积变大，C项错误；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，D项正确。 解析 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 【典例2】　(2025·菏泽模拟)如图所示，开 口向右的绝热汽缸，用绝热光滑活塞封闭一 定质量的理想气体。轻绳左端连接活塞，活 塞横截面积为S，另一端跨过光滑定滑轮连接 质量为m的小桶，小桶静止，气体处于状态1。现接通电热丝一段时间后断电，活塞缓慢向右移动L后静止，气体处于状态2，由状态1到状态2电热丝放出的热量为Q。重力加速度大小为g，外界大气压强不变。下列说法正确的是( ) 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 A.状态2相比状态1，气体压强减小 B.状态2相比状态1，气体压强增大 C.由状态1到状态2，气体内能变化为ΔU=Q-(p0S-mg)L D.由状态1到状态2，气体内能变化为ΔU=Q-(p0S+mg)L 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 不管状态1还是状态2，稳定后，小桶均保持静止，根据平衡条件可得T=mg，对活塞，根据平衡条件可得p0S=T+pS，则状态1、2，气体压强均为p=p0-，A、B两项错误；由状态1到状态2，外界对气体做功为W=-pΔV=-SL，根据热力学第一定律，由状态1到状态2，气体内能变化为ΔU=Q-(p0S-mg)L，C项正确，D项错误。 解析 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 热力学第一定律与气体实验定律的综合应用 赢在微点 物理 大一轮 考点2 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 17 关|键|能|力 解答此类问题的基本流程。 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 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】　(2024·湖北卷)如图所示，在竖直放置、 开口向上的圆柱形容器内用质量为m的活塞密封一部 分理想气体，活塞横截面积为S，能无摩擦地滑动。 初始时容器内气体的温度为T0，气柱的高度为h。当 容器内气体从外界吸收一定热量后，活塞缓慢上升 h再次平衡。已知容器内气体内能变化量ΔU与温度变化量ΔT的关系式为ΔU=CΔT，C为已知常数，大气压强恒为p0，重力加速度大小为 g，所有温度为热力学温度。求： 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 (1)再次平衡时容器内气体的温度； 气体进行等压变化，则由盖—吕萨克定律得=， 即=， 解得T1=T0。 解析 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 (2)此过程中容器内气体吸收的热量。 此过程中气体内能增加ΔU=CΔT=CT0， 气体对外做功W=pSΔh=h(p0S+mg)， 此过程中容器内气体吸收的热量Q=ΔU+W=h(p0S+mg)+CT0。 解析 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 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4】　(多选)(2024·新课标卷)如图，一定量理想气体的循环由下面4个过程组成：1→2为绝热过程(过程中气体不与外界交换热量)，2→3为等压过程，3→4为绝热过程，4→1为等容过程。上述四个过程是四冲程柴油机工作循环的主要过程。下列说法正确的是( ) 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 A.1→2过程中，气体内能增加 B.2→3过程中，气体向外放热 C.3→4过程中，气体内能不变 D.4→1过程中，气体向外放热 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 1→2为绝热过程，Q=0，气体体积减小，外界对气体做功，W>0,由热力学第一定律ΔU=Q+W可知ΔU>0，气体内能增加，A项正确; 2→3为等压膨胀过程，W<0，由盖-吕萨克定律可知气体温度升高,内能增加，即ΔU>0，由热力学第一定律ΔU=Q+W可知Q>0，气体从外界吸热，B项错误；3→4过程为绝热过程，Q=0，气体体积增大，W<0，由热力学第一定律ΔU=Q+W可知ΔU<0，气体内能减少, C项错误；4→1过程中，气体做等容变化，W=0，又压强减小，则由查理定律可知气体温度降低，内能减少，即ΔU<0，由热力学第一定律ΔU=Q+W可知Q<0，气体对外放热，D项正确。 解析 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 热力学第二定律 赢在微点 物理 大一轮 考点3 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 25 必|备|知|识 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 ，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 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 (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 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 (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( ) 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 关|键|能|力 1.热力学第二定律的涵义。 (1)自然界中诸如传热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。 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 【典例5】　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 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 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。 解析 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 【典例6】　(多选)(2025·石家庄模拟)关于热现象，下列说法正确的是( ) A.如果某个系统与另一个系统达到热平衡，那么这两个系统的分子平均动能相同 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 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 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。 解析 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 内容索引 把握高考微点，实现素能提升 完成——微练52 本部分内容讲解结束 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。 $$