2026届高考物理一轮复习讲义：14.11 热力学定律 能量守恒（第1课时）

§14.10 热力学定律 能量守恒定律（第1课时） （一）物体内能的变化 1．改变内能的两种方式：做功和热传递 【例1】我们说“能够改变物体内能的物理过程有两种：做功和热传递”，对这句话理解正确的有（ ） A．没有热传递时，做功一定能够改变物体的内能 B．没有热传递时，对物体做正功，物体的内能却不一定增大 C．没有做功时，物体吸收热量，其内能一定增大 D．既不做功，又没有热传递，物体的内能也可能发生变化 2．做功跟内能改变间的关系 （1）熟悉两组对比实验： ①压燃实验与膨胀致冷实验：说明对物体做功，物体内能增大；物体对外界做功，物体内能减小 ②焦耳实验与电流做功实验：说明不同的做功方式，可以达到相同的改变内能的效果 （2）绝热做功与内能的改变：只有做功改变内能时，△U＝W （3）有关做功改变内能的三大难点 ①弄清哪是改变内能的功。要注意区分动能定理中的功与改变内能的功。 【例2】在光滑水平面上运动的物体，受到一个与速度同方向的推力F，物体的温度始终与环境温度相同且保持不变，在这过程中以物体为研究对象（ ） A．力F对物体做正功，物体的内能增大 B．力F对物体做正功，但这个功不改变物体的内能 C．力F对物体做正功，物体的动能增大 D．力F做功产生的热量完全散失掉了，所以物体温度不变 ②等压变化：W＝p·ΔV；p−V图像：图线与V轴所夹面积表示功 ③气体向真空膨胀不做功 3．热传递跟内能改变间的关系（指只存在热传递改变物体内能的过程） （1）无功传热与内能的改变，△U＝Q （2）热传递四知识： ①自发热传递方向：高温物体→低温物体； ②热传递方式：传导、对流、辐射； ③热平衡条件：两物体温度相同； ④Q吸＝Q放 （3）关于热量 ①热量是过程量，只有在内能发生传递的过程中才能讲热量，不能讲物体含有（或具有）多少热量。 【例3】将物体A与B相接触，发现A放出热量B吸收热量，则下述说法正确的是（ ） A．A的温度一定比B的温度高 B．A的内能一定比B的内能大 C．A的热量一定比B的热量多 D．A的比热一定比B的比热大 ②热量和内能的区别：热量是热传递过程中物体内能的改变。内能则是物体内所有分子的动能与分子势能的总和。热量是过程量，内能是状态量。热量与物体的内能多少、温度高低无关。 4．做功和热传递在改变物体内能的方式上存在着本质区别 做功是其他形式的能和内能间的转化（能量类型改变） 热传递是物体间（或物体不同部分间）内能的转移（能量类型不变） （二）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热量与外界对它所做的功的和。 2．表达式：ΔU＝Q＋W（符号法则如右表所示） 【例4】（2012年江苏卷）如图所示，一定质量的理想气体从状态A经等压过程到状态B。此过程中，气体压强p＝ 1.0×105Pa，吸收的热量Q＝700J，求此过程中气体内能的增量。 ( A B K 1 K 2 )【例5】飞船在太空中飞行时，航天员出舱前先要“减压”，从太空返回进入航天器后又要“升压”。为此需要，飞船上专门设计制造了一个“气闸舱”，其原理图如图所示，两个相通的舱A、B间装有隔离门K1，指令舱A中充满空气（视为理想气体），气闸舱B内为真空，B再通过隔离门K2与外太空相通，整个舱内系统与外界 没有热交换。打开隔离门K1后，A中的气体进入B中，最终达到平衡，则（ ） A．气体体积膨胀，对外做功 B．气体分子势能减少，内能增加 C．气体体积膨胀，温度降低 D．B中气体不可能自发地退回到A中 【例6】一定质量的理想气体的状态变化如图像所示，dabc为3/4圆弧，cd为半径 相同的1/4圆弧。气体从状态a经状态b、c、d，最终回到状态a，则（ ） A．从状态c到状态d是等温膨胀过程 B．从状态a到状态c，气体吸收热量，内能不变 C．处于状态c时气体分子单位时间撞击单位面积的次数一定比状态a少 D．从状态a经b、c、d回到状态a，气体吸收热量 【作业】 班次 座次 姓名 1．对于一定量的理想气体，下列说法错误的是（ ） A．若气体的压强和体积都不变，其内能也一定不变 B．若气体的内能不变，其状态也一定不变 ( a b K )C．当气体温度升高时，气体的内能一定增大 D．气体温度每升高1K所吸收的热量与气体经历的过程有关 2．如图所示，一绝热容器被隔板K隔开成a、b两部分。已知a内有一定量的理想气体， b内为真空。抽开隔板K后，a内气体进入b，最终达到平衡状态。在此过程中（ ） A．气体对外界做功，内能减少 B．气体不做功，内能不变 ( 制冷剂 冰箱内 )C．气体压强变小，温度降低 D．气体压强变小，温度不变 3．如图所示为电冰箱的工作原理图，压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中 不断循环。那么，下列说法中正确的是（ ） A．在冰箱内的管道中，致冷剂迅速膨胀并从冰箱内吸收热量 B．在冰箱外的管道中，致冷剂迅速膨胀并向外放出热量 C．在冰箱内的管道中，致冷剂被剧烈压缩并从冰箱内吸收热量 D．在冰箱外的管道中，致冷剂被剧烈压缩并向外放出热量 4．一气泡从湖底上升到湖面的过程中温度视为不变，上升到湖面后气泡并未破裂。已知 气泡在湖底的体积为2mL，压强为1.5×105Pa，在湖面的压强为1.0×105Pa。若气泡内的气体视为理想气体，求： （1）气泡在湖面时的体积； （2）若气泡在上升过程中对外做功0.1J，则气泡吸收热量还是放出热量？吸收或放出多少热量？ 5．如图所示，水平放置的气缸内封闭一定质量的理想气体，活塞质量m＝10kg，横截面积S＝100cm2，活塞可沿气缸壁无摩擦滑动且不漏气，活塞到气缸底部的距离L1＝11cm，到气缸口的距离L2＝4cm。现将气缸缓慢地转到开口向上的竖直位置，待稳定后对缸内气体逐渐加热，使活塞上表面刚好与气缸口相平。已知g＝10m/s2，外界气温为27℃，大气压强为1.0×105Pa，活塞厚度不计，则： （1）活塞上表面刚好与气缸口相平时缸内气体的温度是多少？ （2）在对缸内气体加热的过程中，气体膨胀对外做功，同时吸收Q＝350J的热量，则气体增加的内能ΔU多大？ 1 学科网（北京）股份有限公司 $ §14.10 热力学定律 能量守恒定律（第1课时） （一）物体内能的变化 1．改变内能的两种方式：做功和热传递 【例1】我们说“能够改变物体内能的物理过程有两种：做功和热传递”，对这句话理解正确的有（ ） A．没有热传递时，做功一定能够改变物体的内能 B．没有热传递时，对物体做正功，物体的内能却不一定增大 C．没有做功时，物体吸收热量，其内能一定增大 D．既不做功，又没有热传递，物体的内能也可能发生变化 【答案】BC ( F 力 F 做功，用来改变物体动能，而不改变内能 光滑 )【解析】 AB：如图所示，在没有热传递的情况下，用水平力F推着物体在光滑水平面上做加速度运动， 力F对物体做了功，但物体的内能却不改变，A错B对 C：W＝0，吸收热量Q＞0，则内能增量ΔU＝Q＋W＞0，内能增大，C对 D：W＝0，Q＝0，则ΔU＝Q＋W＝0，内能不变，D错 2．做功跟内能改变间的关系 （1）熟悉两组对比实验： ①压燃实验与膨胀致冷实验：说明对物体做功，物体内能增大；物体对外界做功，物体内能减小 ②焦耳实验与电流做功实验：说明不同的做功方式，可以达到相同的改变内能的效果 （2）绝热做功与内能的改变：只有做功改变内能时，△U＝W （3）有关做功改变内能的三大难点 ①弄清哪是改变内能的功。要注意区分动能定理中的功与改变内能的功。 【例2】在光滑水平面上运动的物体，受到一个与速度同方向的推力F，物体的温度始终与环境温度相同且保持不变，在这过程中以物体为研究对象（ ） A．力F对物体做正功，物体的内能增大 B．力F对物体做正功，但这个功不改变物体的内能 C．力F对物体做正功，物体的动能增大 D．力F做功产生的热量完全散失掉了，所以物体温度不变 【答案】BD 【解析】 力F对物体做正功，这个功只增大物体的动能，不改变物体的内能，不生热，A与D错误，B与C正确 ②等压变化：W＝p·ΔV；p−V图像：图线与V轴所夹面积表示功 ③气体向真空膨胀不做功 3．热传递跟内能改变间的关系（指只存在热传递改变物体内能的过程） （1）无功传热与内能的改变，△U＝Q （2）热传递四知识： ①自发热传递方向：高温物体→低温物体； ②热传递方式：传导、对流、辐射； ③热平衡条件：两物体温度相同； ④Q吸＝Q放 （3）关于热量 ①热量是过程量，只有在内能发生传递的过程中才能讲热量，不能讲物体含有（或具有）多少热量。 【例3】将物体A与B相接触，发现A放出热量B吸收热量，则下述说法正确的是（ ） A．A的温度一定比B的温度高 B．A的内能一定比B的内能大 C．A的热量一定比B的热量多 D．A的比热一定比B的比热大 【答案】A 【解析】 A：两个相接触的物体是否发生热传递，以及热传递的方向，只由两物体的温度决定，自发热传递的方向，是从高温物体传给低温物体，A对 B：内能与物质的多少也有关，内能大的物体温度不一定高，比如2kg20℃的水，可能比1kg50℃的水内能更大，B错 C：热量是一个过程量，只有在传热的过程中才能讲传递了多少热量，不能讲一个物体的热量比另一个物体多，C错 D：比热大的物体温度不一定高，D错 ②热量和内能的区别：热量是热传递过程中物体内能的改变。内能则是物体内所有分子的动能与分子势能的总和。热量是过程量，内能是状态量。热量与物体的内能多少、温度高低无关。 4．做功和热传递在改变物体内能的方式上存在着本质区别 做功是其他形式的能和内能间的转化（能量类型改变） 热传递是物体间（或物体不同部分间）内能的转移（能量类型不变） （二）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热量与外界对它所做的功的和。 2．表达式：ΔU＝Q＋W（符号法则如右表所示） 【例4】（2012年江苏卷）如图所示，一定质量的理想气体从状态A经等压过程到状态B。此过程中，气体压强p＝ 1.0×105Pa，吸收的热量Q＝700J，求此过程中气体内能的增量。 【答案】500J 【解析】 VA＝6.0×10-3m3，TA＝300K；VB＝?，TB＝400K 由 做功 则内能的增量 ( A B K 1 K 2 )【例5】飞船在太空中飞行时，航天员出舱前先要“减压”，从太空返回进入航天器后又要“升压”。为此需要，飞船上专门设计制造了一个“气闸舱”，其原理图如图所示，两个相通的舱A、B间装有隔离门K1，指令舱A中充满空气（视为理想气体），气闸舱B内为真空，B再通过隔离门K2与外太空相通，整个舱内系统与外界 没有热交换。打开隔离门K1后，A中的气体进入B中，最终达到平衡，则（ ） A．气体体积膨胀，对外做功 B．气体分子势能减少，内能增加 C．气体体积膨胀，温度降低 D．B中气体不可能自发地退回到A中 【答案】D 【解析】 ABC：没有热交换，Q＝0；向真空膨胀，没有推动其他物体做功，W＝0。由知ΔU＝0，内能不变，温度不变，ABC均错 D：与热现象相关的过程具有方向性，气体能向真空自由膨胀，但不能自动收缩使一边变成真空，D对 【例6】一定质量的理想气体的状态变化如图像所示，dabc为3/4圆弧，cd为半径 相同的1/4圆弧。气体从状态a经状态b、c、d，最终回到状态a，则（ ） A．从状态c到状态d是等温膨胀过程 B．从状态a到状态c，气体吸收热量，内能不变 C．处于状态c时气体分子单位时间撞击单位面积的次数一定比状态a少 D．从状态a经b、c、d回到状态a，气体吸收热量 【答案】C 【解析】 A：从状态c到状态d是体积减小。等温过程为双曲线，cd为圆弧，从状态c到状态d不是等温过程，故A错误； B：状态a与状态c，压强p相等，体积Vc＞Va，据可知Tc＞Ta，内能增大，故B错误 C：据上一选项分析，体积Vc＞Va，分子数密度减小；Tc＞Ta，分子平均碰撞力增大。在保持压强不变的情况下，单位时间撞击单位面积的次数一定减少，故C正确 D：从状态a经b、c、d回到状态a，ΔU＝0，外界对气体做功（W＞0）等于图线围成的面积，据，气体放出热量，故D错误 【作业】 班次 座次 姓名 1．对于一定量的理想气体，下列说法错误的是（ ） A．若气体的压强和体积都不变，其内能也一定不变 B．若气体的内能不变，其状态也一定不变 C．当气体温度升高时，气体的内能一定增大 D．气体温度每升高1K所吸收的热量与气体经历的过程有关 【答案】B ( a b K ) 2．如图所示，一绝热容器被隔板K隔开成a、b两部分。已知a内有一定量的理想气体， b内为真空。抽开隔板K后，a内气体进入b，最终达到平衡状态。在此过程中（ ） A．气体对外界做功，内能减少 B．气体不做功，内能不变 C．气体压强变小，温度降低 D．气体压强变小，温度不变 【答案】BD ( 制冷剂 冰箱内 ) 3．如图所示为电冰箱的工作原理图，压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中 不断循环。那么，下列说法中正确的是（ ） A．在冰箱内的管道中，致冷剂迅速膨胀并从冰箱内吸收热量 B．在冰箱外的管道中，致冷剂迅速膨胀并向外放出热量 C．在冰箱内的管道中，致冷剂被剧烈压缩并从冰箱内吸收热量 D．在冰箱外的管道中，致冷剂被剧烈压缩并向外放出热量 【答案】AD 4．一气泡从湖底上升到湖面的过程中温度视为不变，上升到湖面后气泡并未破裂。已知气泡在湖底的体积为2mL，压强为1.5×105Pa，在湖面的压强为1.0×105Pa。若气泡内的气体视为理想气体，求： （1）气泡在湖面时的体积； （2）若气泡在上升过程中对外做功0.1J，则气泡吸收热量还是放出热量？吸收或放出多少热量？ 【答案】（1）3mL；（2）吸收0.1J的热量 【解析】 （1）在湖底时：V1＝2mL，p1＝1.5×105Pa；在湖面时：V2＝？p2＝1.0×105Pa （2）温度不变，则ΔU＝0，又已知W＝−0.1J 则，即吸收0.1J的热量 5．如图所示，水平放置的气缸内封闭一定质量的理想气体，活塞质量m＝10kg，横截面积S＝100cm2，活塞可沿气缸壁无摩擦滑动且不漏气，活塞到气缸底部的距离L1＝11cm，到气缸口的距离L2＝4cm。现将气缸缓慢地转到开口向上的竖直位置，待稳定后对缸内气体逐渐加热，使活塞上表面刚好与气缸口相平。已知g＝10m/s2，外界气温为27℃，大气压强为1.0×105Pa，活塞厚度不计，则： （1）活塞上表面刚好与气缸口相平时缸内气体的温度是多少？ （2）在对缸内气体加热的过程中，气体膨胀对外做功，同时吸收Q＝350J的热量，则气体增加的内能ΔU多大？ 【答案】（1）450K（或177℃）；（2）295J 【解析】 （1）当气缸水平放置时，p0＝1.0×105Pa，V0＝L1S，T0＝（273＋27）K＝300K 当气缸口朝上，活塞上表面刚好与气缸口相平时，活塞受力分析如图所示 根据平衡条件有p1S＝p0S＋mg 由理想气体状态方程得 解得T1＝450K（或177℃） （2）当气缸口向上稳定后，未加热时，由玻意耳定律得 p0L1S＝p1LS 加热后，气体做等压变化，气体对外界做功 则W＝−p1（L1＋L2−L）S 根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q解得ΔU＝295J 1 学科网（北京）股份有限公司 $