2027届高三物理一轮复习课件　热力学定律与能量守恒定律

该高中物理高考复习课件聚焦“热力学定律与能量守恒”专题，依据高考评价体系梳理了热力学第一定律计算、第二定律方向性判断、能量守恒应用三大核心考点，通过近三年真题分析明确“热力学第一定律与气体状态变化图像融合”占比达35%的高频考向，归纳选择、计算两类常考题型。 课件亮点在于“真题情境+思维建模+素养提升”的备考路径，如以2024山东卷循环过程题为例，运用“破题思维链”解析多过程能量转化，培养科学思维中的模型建构与科学推理能力。特设“解题精要”模块翻译“绝热”“等容”等关键信息，帮助学生掌握图像分析技巧，教师可依托此课件实现考点精准突破，助力学生高效冲刺。

物 理 构建知识体系 形成关键能力 提高学科素养 精准高效备考 高考能力梯级集训 第3讲　热力学定律与能量守恒定律 目录 1 2 3 基础满分练 课前 自检自测·夯基固本 能力高分练 课中 关键能力·可视思维 素养提升练 课中 高考定向·捕捉热点 第3讲　热力学定律与能量守恒定律 基础 满分练 课前 自检自测·夯基固本 知识点一　热力学定律 2个高考关键点 关键点1　热力学第一定律 1.(原创+教材改编)如图所示,内壁光滑的汽缸竖直放置在水平桌面上,汽缸内封闭一定质量的气体。气体从状态A(活塞在A处)变为状态B(活塞在B处)时,气体吸收热量280 J,并对外做功120 J。气体的内能改变了多少?是增加还是减少?[命题点❶❷] 返回目录 第3讲　热力学定律与能量守恒定律 答案 160 J　增加 解析 根据热力学第一定律可知,汽缸内封闭气体的内能变化量为ΔU=Q+W=[280+(-120)] J=160 J,即内能增加了160 J。 返回目录 第3讲　热力学定律与能量守恒定律 关键点2　热力学第二定律 2.(多选)根据热力学第二定律可知,下列说法正确的是(　　)[命题点❸] A.不可能从单一热库吸收热量并把它全部用来做功,而不引起其他变化 B.能将从单一热库吸收的热量全部用来做功,而不引起其他变化的热机是可以实现的 C.不可能使热量由低温物体传递到高温物体,而不引起其他变化 D.如果没有摩擦、漏气等,那么热机效率可以达到100% AC 返回目录 第3讲　热力学定律与能量守恒定律 解析 热力学第二定律揭示了与热现象有关的物理过程的方向性,机械能和内能的转化过程具有方向性,机械能可以全部转化为内能,而内能要全部转化为机械能必须借助外部的帮助,即会引起其他变化,A正确,B错误;传热过程也具有方向性,热量能自发地从高温物体传给低温物体,但是热量要从低温物体传到高温物体,必然要引起其他变化(外界对系统做功),C正确;由热力学第二定律,可知热机效率无法达到100%,D错误。 返回目录 第3讲　热力学定律与能量守恒定律 回归基础·考教衔接 一、热力学第一定律 1.改变物体内能的两种方式 (1)做功;(2)传热。 [❶]做功和传热对改变物体的内能具有等效性。 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热量与外界对它所做的功的和。 (2)表达式:ΔU=Q+W。 返回目录 第3讲　热力学定律与能量守恒定律 3.表达式中的正、负号法则 符号 W Q ΔU + 外界对气体做功 气体吸收热量 内能增加 - 气体对外界做功 气体放出热量 内能减少 [❷]一般情况下,若气体体积增大,表明气体对外界做功,W<0;若气体体积减小,表明外界对气体做功,W>0。 返回目录 第3讲　热力学定律与能量守恒定律 二、热力学第二定律的两种表述 1.克劳修斯的表述:热量不能自发地从低温物体传到高温物体。 2.开尔文的表述:不可能从单一热库吸收热量,使之完全变成功,而不产生其他影响。 [❸]热力学第二定律的两种表述分别对应着一种“不可能”,但都有一个前提条件“自发地”或“不产生其他影响”,如果去掉这种前提条件,就都是有可能的。 3.说明: (1)“自发地”指明了传热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。 返回目录 第3讲　热力学定律与能量守恒定律 知识点二　能量守恒定律和两类永动机 1个高考关键点 关键点　能量守恒定律和两类永动机 3.(多选)(2026陕西咸阳阶段训练)下列说法正确的是(　　 )[命题点❹❺] A.能量耗散过程中能量是守恒的 B.第一类永动机不可能制成,是因为违背了能量守恒定律 C.第二类永动机不违背能量守恒定律,但违背了热力学第一定律 D.能量耗散过程从能量转化的角度反映了自然界中的宏观过程具有方向性 ABD 返回目录 第3讲　热力学定律与能量守恒定律 解析 由能量守恒定律可知,能量耗散过程中能量是守恒的,A正确;第一类永动机是指不消耗能量却可以不断向外做功的机器,违背了能量守恒定律, B正确;第二类永动机不违背能量守恒定律,但违背了热力学第二定律,C错误;由热力学第二定律可知,能量耗散过程从能量转化的角度反映了自然界中的宏观过程具有方向性,D正确。 返回目录 第3讲　热力学定律与能量守恒定律 回归基础·考教衔接 三、能量守恒定律 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。 [❹]能量守恒定律是一条普遍的规律,任何情况下都成立。 返回目录 第3讲　热力学定律与能量守恒定律 四、两类永动机的比较 1.第一类永动机是不需要任何动力或燃料,却能不断地对外做功的机器。不可能制成的原因是违背能量守恒定律。 2.第二类永动机是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。不可能制成的原因是违背热力学第二定律。 [❺]第二类永动机的问题是原理性错误,而非技术问题。 返回目录 第3讲　热力学定律与能量守恒定律 考点一　热力学定律与能量守恒定律 能力 高分练 课中 关键能力·可视思维 返回目录 考点一 考点二 考点三 第3讲　热力学定律与能量守恒定律 角度一　热力学第一定律应用分析 例1 (多选)(2026甘肃白银模拟)拔火罐是一种以罐(导热性良好)为工具,利用燃火、抽气等方法产生负压,使之吸附于体表,造成局部瘀血,以达到通经活络、行气活血、消肿止痛、祛风散寒等作用的中医疗法。封闭气体质量变化不计,可以看作理想气体。火罐“吸”到皮肤上的短时间内(体积变化可不计),封闭气体(　　) A.温度降低,压强减小 B.温度升高,压强增大 C.吸收热量,内能增大 D.放出热量,内能减小 AD 返回目录 考点一 考点二 考点三 第3讲　热力学定律与能量守恒定律 解析 在刚开始的短时间内,认为火罐内部气体体积不变,由于火罐导热性良好,所以火罐内气体温度迅速降低,根据理想气体状态方程,可知气体压强减小,在外界大气压的作用下火罐“吸”在皮肤上,A正确,B错误;气体温度迅速降低,则气体内能减小,因体积变化不计,即W=0,根据热力学第一定律,可得Q<0,即气体向外放热,C错误,D正确。 返回目录 考点一 考点二 考点三 第3讲　热力学定律与能量守恒定律 角度二　热力学第二定律应用分析 例2 如图所示为电冰箱的工作原理示意图,压缩机工作时,强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环,在蒸发器中制冷剂汽化,吸收箱体内的热量,经过冷凝器时制冷剂液化,放出热量到箱体外。下列说法正确的是(　　) A.热量可以自发地从低温的冰箱内传到高温 的冰箱外 B.电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的 热量传到外界,是因为其消耗了电能 C.电冰箱的工作原理违反了热力学第一定律 D.电冰箱的工作效率可达到100% B 返回目录 考点一 考点二 考点三 第3讲　热力学定律与能量守恒定律 解析 由热力学第二定律可知,热量不能自发地从低温物体传到高温物体,除非有外界的影响或帮助,电冰箱把热量从低温的内部传到高温的外部,需要压缩机的帮助并消耗电能,A错误,B正确;电冰箱在工作过程中,消耗电能,实现了热量从低温物体向高温物体的传递,其能量的转化和守恒满足热力学第一定律,C错误;由热力学第二定律,可知任何热机的效率都不能达到100%,D错误。 返回目录 考点一 考点二 考点三 第3讲　热力学定律与能量守恒定律 解题精要 1.解题时特殊字眼“翻译”: ①绝热:没有传热(Q=0); ②等容:体积不变,不做功(W=0); ③膨胀:体积变大,系统对外界做功(W<0); ④等温:分子平均动能不变,理想气体内能不变(ΔU=0); ⑤等压,体积变化ΔV:外界对系统做的功W=-pΔV。 ⑥理想气体:理想气体没有分子势能,所以当它的内能变化时,体现为分子平均动能的变化,从宏观上看就是温度发生了变化。 返回目录 考点一 考点二 考点三 第3讲　热力学定律与能量守恒定律 2.自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。 返回目录 考点一 考点二 考点三 第3讲　热力学定律与能量守恒定律 考点二　热力学第一定律与气体状态变化图像的融合 第3讲　热力学定律与能量守恒定律 考点一 考点二 考点三 返回目录 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 C 第3讲　热力学定律与能量守恒定律 考点一 考点二 考点三 返回目录 解析 a→b过程,等压变化,体积变大,温度升高,内能增加,即吸收的热量部分用于对外做功,A错误。b→c过程绝热膨胀,由热力学第一定律ΔU=Q+W知,Q不变,W<0,则内能ΔU减少,B错误。a→b→c过程,a、c温度相同,内能相同,整个过程吸收的热量全部用于对外做功,C正确。a→b过程与a→b→c过程吸收的热量相等,等于a→b→c过程中气体对外做的功,即Qab=Wab+Wbc; c→a过程中,Qac=Wac,由p-V图像所围的面积可知Wab+Wbc>Wac,因此Qab>Qac, D错误。 第3讲　热力学定律与能量守恒定律 考点一 考点二 考点三 返回目录 例4 (多选)(2025甘肃卷)如图所示,一定量的理想气体从状态A经等容过程到达状态B,然后经等温过程到达状态C。已知质量一定的某种理想气体的内能只与温度有关,且随温度升高而增大。 下列说法正确的是(　 　) A.A→B过程为吸热过程 B.B→C过程为吸热过程 C.状态A压强比状态B的小 D.状态A内能比状态C的小 ACD 第3讲　热力学定律与能量守恒定律 考点一 考点二 考点三 返回目录 解析 A→B过程中,气体体积不变,则W=0,温度升高,则ΔU>0,根据热力学第一定律ΔU=W+Q,可知Q>0,即该过程吸热,A正确;B→C过程中,气体温度不变,则ΔU=0,体积减小,则W>0,根据热力学第一定律ΔU=W+Q,可知Q<0,即该过程为放热过程,B错误;A→B过程中,气体体积不变,温度升高,根据=C,可知,压强变大,即状态A压强比状态B压强小,C正确;气体在状态A的温度低于在状态C的温度,可知气体在状态A的内能比状态C的小,D正确。 第3讲　热力学定律与能量守恒定律 考点一 考点二 考点三 返回目录 破题思维链 热力学第一定律与气体状态变化图像的融合 第3讲　热力学定律与能量守恒定律 考点一 考点二 考点三 返回目录 解题精要 1.在非p-V图上判断功W时,要牢记功W只与体积变化有关,与图像类型无关。 2.判断“气体对外做功”还是“外界对气体做功”,要从研究对象(气体) 的角度去看。 3.理想气体的内能只与温度有关,判断某过程中内能的变化情况,可在图像上找到温度的变化情况。 第3讲　热力学定律与能量守恒定律 考点一 考点二 考点三 返回目录 考点三　热力学第一定律与气体实验定律的综合应用 第3讲　热力学定律与能量守恒定律 考点一 考点二 考点三 返回目录 例5 (2026山西大同模拟)如图甲所示,一个 质量不计的活塞将一定量的理想气体封闭 在上端开口的直立圆筒形导热汽缸内,气体 温度为300 K,气柱的高度为h,在汽缸内壁 有固定的小卡环,卡环到汽缸底的高度差 为h。现在活塞上方缓慢堆放细沙,直至 气柱长度减为h时停止堆放细沙,如图乙所示。之后对气体缓慢降温,温度降低到180 K,此时活塞已经与卡环接触,降温过程气体放出热量为Q。已知大气压强为p0,全过程气体未液化。汽缸的横截面积为S,重力加速度为g。 第3讲　热力学定律与能量守恒定律 考点一 考点二 考点三 返回目录 求: (1)堆放细沙的质量; (2)温度降为180 K时气体的压强; (3)降温过程气体内能的变化量。 第3讲　热力学定律与能量守恒定律 考点一 考点二 考点三 返回目录 答案 (1)　(2)1.08p0　(3)p0hS-Q 解析 (1)乙状态的平衡方程p0S+mg=p1S 从甲状态到乙状态经历等温过程p0hS=p1·S,解得m=。 (2)从甲状态到末状态,由理想气体状态方程,得p2=1.08p0。 (3)从乙状态到刚接触卡环,经历等压过程,外界对气体做功 W=p1S=p0hS 即整个降温过程外界对气体做功为W,由热力学第一定律ΔU=W-Q 解得ΔU=p0hS-Q。 第3讲　热力学定律与能量守恒定律 考点一 考点二 考点三 返回目录 破题思维链 热力学第一定律与气体实验定律的综合应用 第3讲　热力学定律与能量守恒定律 考点一 考点二 考点三 返回目录 解题精要 1.解决具体问题时,分清气体的变化过程是求解问题的关键,根据不同的变化,找出相关的气体状态参量,利用相关规律解决。 2.温度升高,理想气体内能增大;温度降低,理想气体内能减小。 3.体积膨胀,气体对外界做功;气体被压缩,外界对气体做功。对理想气体,外界对气体(或气体对外界)做功W=-pΔV。 第3讲　热力学定律与能量守恒定律 考点一 考点二 考点三 返回目录 素养 提升练 课中 高考定向·捕捉热点 从经典模型到真实应用,从单一约束到多条件叠加,聚焦高阶能力 备考方向　以 “理想气体状态方程” 为枢纽,串联三大实验定律与热力学第一定律;强化 “情境拆解,过程建模,数形转化”三大能力,建立起宏观状态变化与能量转化相统一的物理观念。 返回目录 第3讲　热力学定律与能量守恒定律 (2024贵州卷)制作水火箭是青少年科技活动的常见项目之一。某研究小组为了探究水火箭在充气与喷水过程中气体的热学规律,把水火箭的塑料容器竖直固定,其中A、C分别是塑料容器的充气口、喷水口,B是气压计,如图甲所示。在室温环境下,容器内装入一定质量的水,此时容器内的气体体积为V0,压强为p0,现缓慢充气后压强变为4p0,不计容器的容积变化。 返回目录 第3讲　热力学定律与能量守恒定律 (1)设充气过程中气体温度不变,求充入的气体在该室温环境下压强为p0时的体积。 (2)打开喷水口阀门,喷出一部分水后关闭阀门,容器内气体从状态M变化到状态N,其压强p与体积V的变化关系如图乙中实线所示,已知气体在状态N时的体积为V1,压强为p1。求气体在状态N与状态M时的热力学温度之比。 (3)图乙中虚线MN'是容器内气体在绝热(既不吸热也不放热)条件下压强p与体积V的变化关系图线,试判断气体在图乙中沿实线从M到N的过程是吸热还是放热。(不需要说明理由) 返回目录 第3讲　热力学定律与能量守恒定律 答案 (1)3V0　(2)　(3)吸热 解析 (1)设充入的气体在该室温环境下压强为p0时的体积为V,充气过程中气体温度不变, 则有p0V0+p0V=4p0V0,解得V=3V0。 (2)容器内气体从状态M变化到状态N, 由理想气体的状态方程可得 可得。 返回目录 第3讲　热力学定律与能量守恒定律 (3)由p-V图像与横坐标轴所围面积表示气体做功可知,从M到N的过程对外做功更多,N和N'都是从M状态变化而来,应该相同,可得TN>TN',可知从M到N的过程内能降低得更少。 由热力学第一定律ΔU=Q+W可知,从M到N'的过程绝热,内能降低等于对外做功;从M到N的过程对外做功更多,内能降低反而更少,则气体必然吸热。 返回目录 第3讲　热力学定律与能量守恒定律 (1)高温物体低温物体 (2)功热 (3)气体体积V1气体体积V2(V1<V2) (4)不同气体A和B混合气体AB。 $