2023版高考物理一輪總復(fù)習(xí)第十四章第3節(jié)熱力學(xué)定律能量守恒課件

第3節(jié)熱力學(xué)定律能量守恒一、熱力學(xué)第一定律能量守恒定律1.改變物體內(nèi)能的兩種方式.做功做功

(1)________是其他形式的能與內(nèi)能的相互轉(zhuǎn)化過(guò)程，內(nèi)能的改變量可用________的數(shù)值來(lái)量度. (2)________是物體間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移過(guò)程，內(nèi)能轉(zhuǎn)移量用________來(lái)量度.熱傳遞熱量2.熱力學(xué)第一定律.傳遞的熱量做的功

(1)內(nèi)容：一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)能增量等于外界向它________________與外界對(duì)它所__________的和.(2)表達(dá)式：_______________.ΔU＝W＋Q3.能量守恒定律.保持不變

(1)內(nèi)容：能量既不能憑空產(chǎn)生，也不能憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體.在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過(guò)程中其總量__________.這就是能量的轉(zhuǎn)化和守恒定律. (2)任何違背能量守恒定律的過(guò)程都是不可能的，__________________而對(duì)外做功的第一類永動(dòng)機(jī)是不可能制成的.不消耗能量二、熱力學(xué)第二定律1.兩種表述.自發(fā)不產(chǎn)生其他影響

(1)克勞修斯表述：熱量不能________地從低溫物體傳到高溫物體(表述了熱傳遞的方向性). (2)開(kāi)爾文表述：不可能從單一熱庫(kù)吸收熱量，使之完全變成有用功而____________________(表述了機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化過(guò)程的方向性).

2.第二類永動(dòng)機(jī)是指設(shè)想只從單一熱庫(kù)吸收熱量，使之完全變?yōu)橛杏玫墓Χ灰鹌渌兓臒釞C(jī).這類永動(dòng)機(jī)不可能制成的原因是違反了________________. 3.熱力學(xué)第二定律的意義：揭示了有大量分子參與的宏觀過(guò)程的方向性，是獨(dú)立于熱力學(xué)第一定律的一個(gè)重要的自然規(guī)律.熱力學(xué)第二定律

4.熱力學(xué)第二定律的微觀解釋. (1)一切自發(fā)過(guò)程總是沿著分子熱運(yùn)動(dòng)的無(wú)序性增大的方向進(jìn)行.這是熱力學(xué)第二定律的微觀意義. (2)從微觀的角度看，熱力學(xué)第二定律是一個(gè)統(tǒng)計(jì)規(guī)律：一個(gè)孤立系統(tǒng)總是從熵小的狀態(tài)向熵大的狀態(tài)發(fā)展，而熵值較大代表著較為無(wú)序，所以自發(fā)的宏觀過(guò)程總是向無(wú)序度________的方向發(fā)展.更大【基礎(chǔ)自測(cè)】1.判斷下列題目的正誤.(1)做功和熱傳遞的實(shí)質(zhì)是相同的.()(2)絕熱過(guò)程中，外界壓縮氣體做功20J，氣體的內(nèi)能一定減少.()(3)物體吸收熱量，同時(shí)對(duì)外做功，內(nèi)能可能不變.()(4)利用河水的能量使船逆水航行的設(shè)想，符合能量守恒定律.()(5)熱機(jī)中，燃?xì)獾膬?nèi)能可以全部變?yōu)闄C(jī)械能而不引起其他變化.()答案：(1)×

(2)×

(3)√

(4)√

(5)×2.在絕熱過(guò)程中，外界壓縮氣體做功20J，下列說(shuō)法正確的是()A.氣體內(nèi)能一定增加20JB.氣體內(nèi)能增加必定小于20JC.氣體內(nèi)能增加可能小于20JD.氣體內(nèi)能可能不變答案：A

3.(2021年北京綜測(cè))北京春秋兩季的晝夜溫差較大，細(xì)心的司機(jī)發(fā)現(xiàn)從早晨到中午，車胎的體積和胎內(nèi)氣體的壓強(qiáng)都會(huì)變大.若這段時(shí)間胎內(nèi)氣體質(zhì)量不變，且可將其視為理想氣體，那么從早晨到中午這段時(shí)間內(nèi)，車胎內(nèi)的氣體(

)A.對(duì)外界做功，內(nèi)能減小B.對(duì)外界做功，內(nèi)能不變C.吸收熱量，內(nèi)能不變D.吸收的熱量大于對(duì)外所做的功答案：D

4.如圖14-3-1所示的汽缸內(nèi)盛有定量的理想氣體，汽缸壁是導(dǎo)熱的，缸外環(huán)境保持恒溫，活塞與汽缸壁的接觸是光滑的，但不漏氣.現(xiàn)將活塞桿與外界連接，使其緩慢地向右移動(dòng)，這樣氣體將等溫膨脹并通過(guò)桿對(duì)外做功.若已知理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)，則下列說(shuō)法正確的是()圖14-3-1A.氣體是從單一熱源吸熱，全用來(lái)對(duì)外做功，因此此過(guò)程違反熱力學(xué)第二定律B.氣體從單一熱源吸熱，但并未全用來(lái)對(duì)外做功，所以此過(guò)程不違反熱力學(xué)第二定律C.氣體是從單一熱源吸熱，全用來(lái)對(duì)外做功，但此過(guò)程不違反熱力學(xué)第二定律

D.ABC三種說(shuō)法都不對(duì)

答案：C符號(hào)WQΔU＋外界對(duì)物體做功物體吸收熱量?jī)?nèi)能增加－物體對(duì)外界做功物體放出熱量?jī)?nèi)能減少熱點(diǎn)1熱力學(xué)第一定律[熱點(diǎn)歸納]1.對(duì)公式ΔU＝Q＋W符號(hào)的確定.項(xiàng)目做功熱傳遞區(qū)別內(nèi)能變化情況在絕熱過(guò)程中，外界對(duì)物體做功，物體的內(nèi)能增加；物體對(duì)外界做功，物體的內(nèi)能減少在單純的熱傳遞過(guò)程中，物體吸收熱量，內(nèi)能增加；物體放出熱量，內(nèi)能減少?gòu)倪\(yùn)動(dòng)形式看做功是宏觀的機(jī)械運(yùn)動(dòng)向物體的微觀分子熱運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)化熱傳遞是通過(guò)分子之間的相互作用，使同一物體的不同部分或不同物體間的分子熱運(yùn)動(dòng)發(fā)生變化2.改變內(nèi)能的兩種方式的比較.項(xiàng)目做功熱傳遞區(qū)別從能量角度看做功是其他形式的能與內(nèi)能相互轉(zhuǎn)化的過(guò)程，能的性質(zhì)發(fā)生了變化不同物體間或同一物體不同部分之間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移，能的性質(zhì)不變聯(lián)系做一定量的功或傳遞一定量的熱量在改變內(nèi)能的效果上是相同的(續(xù)表)3.三種特殊情況.(1)若過(guò)程是絕熱的，則Q＝0，W＝ΔU，外界對(duì)物體做的功等于物體內(nèi)能的增加量.(2)若過(guò)程中不做功，即W＝0，則Q＝ΔU，物體吸收的熱量等于物體內(nèi)能的增加量.

(3)若過(guò)程的始末狀態(tài)物體的內(nèi)能不變，即ΔU＝0，則W＋Q＝0或W＝－Q.外界對(duì)物體做的功等于物體放出的熱量.4.應(yīng)用熱力學(xué)第一定律的三點(diǎn)注意.

(1)做功看體積：體積增大，氣體對(duì)外做功，W為負(fù)；體積縮小，外界對(duì)氣體做功，W為正.氣體在真空中自由膨脹，對(duì)外界不做功，W＝0.(2)與外界絕熱，則不發(fā)生熱傳遞，此時(shí)Q＝0.

(3)由于理想氣體沒(méi)有分子勢(shì)能，所以當(dāng)它的內(nèi)能變化時(shí)，主要體現(xiàn)在分子動(dòng)能的變化上，從宏觀上看就是溫度發(fā)生了變化.

考向1利用熱力學(xué)第一定律進(jìn)行定性分析

【典題1】(多選)如圖14-3-2所示，早些年農(nóng)村的小孩子常用舊圓珠筆芯做一種玩具，鐵絲的一端纏繞棉花，用水打濕后從一端塞入筆芯內(nèi)，將筆芯的另一端用力在馬鈴薯上觸一下拔出來(lái)，然后用力推鐵絲，馬鈴薯小塊高速)飛出，能打出十幾米遠(yuǎn).下列說(shuō)法正確的是(

圖14-3-2A.在推鐵絲而馬鈴薯小塊未飛出的過(guò)程中，筆芯內(nèi)密封的氣體的溫度升高B.在推鐵絲而馬鈴薯小塊未飛出的過(guò)程中，氣體對(duì)外做功C.馬鈴薯小塊高速飛出的動(dòng)能來(lái)自氣體內(nèi)能D.馬鈴薯小塊高速飛出時(shí)外界對(duì)筆芯內(nèi)氣體做功

解析：在快速推鐵絲而馬鈴薯小塊未飛出的過(guò)程中，筆芯內(nèi)密封的氣體經(jīng)歷絕熱壓縮的過(guò)程，外界對(duì)氣體做功，內(nèi)能增加，故筆芯內(nèi)密封的氣體的溫度升高，故A正確，B錯(cuò)誤；封閉氣體經(jīng)歷絕熱膨脹過(guò)程，推出馬鈴薯，故馬鈴薯小塊高速飛出的動(dòng)能來(lái)自氣體內(nèi)能，這里的氣體類似彈簧，故C正確，D錯(cuò)誤.答案：AC考向2利用熱力學(xué)第一定律進(jìn)行定量計(jì)算

【典題2】如圖14-3-3所示，一定質(zhì)量的理想氣體在狀態(tài)A時(shí)壓強(qiáng)為2.0×105

Pa，經(jīng)歷A→B→C→A的過(guò)程，整個(gè)過(guò)程中對(duì)外界放出61.4J熱量.求該氣體在A→B過(guò)程中對(duì)外界所做的功W＝________.圖14-3-3解析：整個(gè)過(guò)程中，外界對(duì)氣體做功W＝WAB＋WCA，且WCA＝pA(VC－VA)由熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W＝0，得WAB＝－(Q＋WCA)已知Q＝－61.4J代入數(shù)據(jù)得WAB＝－138.6J，即氣體對(duì)外界做的功為138.6J.答案：138.6J熱點(diǎn)2熱力學(xué)第二定律[熱點(diǎn)歸納]1.對(duì)熱力學(xué)第二定律關(guān)鍵詞的理解.在熱力學(xué)第二定律的表述中，“自發(fā)地”“不產(chǎn)生其他影響”的含義：(1)“自發(fā)地”指明了熱傳遞等熱力學(xué)宏觀現(xiàn)象的方向性，不需要借助外界提供能量的幫助.

(2)“不產(chǎn)生其他影響”的含義是發(fā)生的熱力學(xué)宏觀過(guò)程只在本系統(tǒng)內(nèi)完成，對(duì)周圍環(huán)境不產(chǎn)生熱力學(xué)方面的影響.如吸熱、放熱、做功等.

2.熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì).

自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過(guò)程都具有方向性.如：熱(1)高溫物體(2)功(3)氣體體積V1(4)不同氣體A和B

低溫物體氣體體積V2(V2>V1)

混合氣體AB

【典題3】(2020

年新課標(biāo)Ⅱ卷)下列關(guān)于能量轉(zhuǎn)換過(guò)程的敘述，違背熱力學(xué)第一定律的有________，不違背熱力學(xué)第一定律、但違背熱力學(xué)第二定律的有________.A.汽車通過(guò)燃燒汽油獲得動(dòng)力并向空氣中散熱B.冷水倒入保溫杯后，冷水和杯子的溫度都變得更低C.某新型熱機(jī)工作時(shí)將從高溫?zé)嵩次盏臒崃咳哭D(zhuǎn)化為功，而不產(chǎn)生其他影響D.冰箱的制冷機(jī)工作時(shí)從箱內(nèi)低溫環(huán)境中提取熱量散發(fā)到溫度較高的室內(nèi)

解析：燃燒汽油產(chǎn)生的內(nèi)能一方面向機(jī)械能轉(zhuǎn)化，同時(shí)熱傳遞向空氣轉(zhuǎn)移.既不違背熱力學(xué)第一定律，也不違背熱力學(xué)第二定律；冷水倒入保溫杯后，沒(méi)有對(duì)外做功，同時(shí)也沒(méi)有熱傳遞，內(nèi)能不可能減少，故違背熱力學(xué)第一定律；某新型熱機(jī)工作時(shí)將從高溫?zé)嵩次盏臒崃咳哭D(zhuǎn)化為功，必然產(chǎn)生其他影響，故違背熱力學(xué)第二定律；制冷機(jī)消耗電能工作時(shí)從箱內(nèi)低溫環(huán)境中提取熱量散發(fā)到溫度較高的室內(nèi)，發(fā)生了內(nèi)能的轉(zhuǎn)移，同時(shí)對(duì)外界產(chǎn)生了影響.既不違背熱力學(xué)第一定律，也不違背熱力學(xué)第二定律.答案：BC項(xiàng)目熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第二定律定律揭示 的問(wèn)題從能量守恒的角度揭示了功、熱量和內(nèi)能改變量三者的定量關(guān)系指出自然界中出現(xiàn)的宏觀過(guò)程是有方向性的方法技巧熱力學(xué)第一、第二定律的比較：項(xiàng)目熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第二定律

機(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化當(dāng)摩擦力做功時(shí)，機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能內(nèi)能不可能在不引起其他變化的情況下完全變成機(jī)械能表述形式只有一種表述形式有多種表述形式兩定律的關(guān)系在熱力學(xué)中，兩者既相互獨(dú)立，又互為補(bǔ)充，共同構(gòu)成了熱力學(xué)知識(shí)的理論基礎(chǔ)(續(xù)表)熱點(diǎn)3熱力學(xué)定律與氣體實(shí)驗(yàn)定律綜合問(wèn)題[熱點(diǎn)歸納]氣體實(shí)驗(yàn)定律與熱力學(xué)第一定律綜合問(wèn)題的四種題型：

(1)等壓變化：氣體膨脹對(duì)外界做功W，應(yīng)用熱力學(xué)第一定律代入－W；氣體壓縮外界對(duì)氣體做功W，應(yīng)用熱力學(xué)第一定律代入＋W.

(2)等容變化：氣體體積不變，氣體和外界之間互不做功，即W＝0，則ΔU＝Q.氣體從外界吸收的熱量等于內(nèi)能的增加量，氣體向外界放出的熱量等于內(nèi)能的減少量.

(3)等溫變化：氣體內(nèi)能不變，即ΔU＝0，Q＋W＝0.氣體吸熱后體積增大時(shí)，膨脹對(duì)外做的功等于從外界吸收的熱量；反之氣體被壓縮時(shí)，外界對(duì)氣體所做的功等于氣體向外釋放的熱量.

(4)絕熱過(guò)程，即Q＝0，則W＝ΔU.氣體體積變化導(dǎo)致內(nèi)能變化，氣體體積增大時(shí)，膨脹對(duì)外做的功等于氣體內(nèi)能的減少量；反之氣體被壓縮時(shí)，外界對(duì)氣體所做的功等于氣體內(nèi)能的增加量.

【典題4】(2021

年海南?？谠驴?如圖14-3-4所示，內(nèi)壁光滑的絕熱汽缸深度為L(zhǎng)，固定在水平地面上，汽缸內(nèi)有一厚度可忽略不計(jì)的活塞封閉了一定質(zhì)量的理想氣體.開(kāi)始時(shí)汽缸內(nèi)氣體長(zhǎng)L1＝L2，壓強(qiáng)為p0.現(xiàn)在活塞上施加一水平外力緩慢拉動(dòng)活塞至L處，此過(guò)程中不漏氣，則此時(shí)氣體的壓強(qiáng)()圖14-3-4

解析：根據(jù)熱力學(xué)第一定律，可知活塞運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，氣體對(duì)外界做功，汽缸本身絕熱.其內(nèi)能必定減少，即理想答案：B方法技巧

【遷移拓展】(2021年安徽黃山模擬)一定質(zhì)量的理想氣體的體積V與熱力學(xué)溫度T的關(guān)系圖像如圖14-3-5所示，氣體在狀態(tài)A時(shí)的壓強(qiáng)pA＝p0，溫度TA＝T0，線段AB與V