2022版高考物理一轮复习课件：专题13+第3讲+热力学定律、能量守恒

这是一份2022版高考物理一轮复习课件：专题13+第3讲+热力学定律、能量守恒，共38页。PPT课件主要包含了热传递，单一热库，能量守恒定律，热力学第二定律，答案AD等内容，欢迎下载使用。
一、热力学第一定律和能量守恒定律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：一个热力学系统内能的增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功之和．(2)表达式：ΔU＝Q＋W.
必 备 知 识 · 深 悟 固 基
3．能的转化和守恒定律(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另一种形式，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)第一类永动机：违背能量守恒定律的机器被称为第一类永动机．它是不可能制成的．
二、热力学第二定律1．常见的两种表述(1)克劳修斯表述：热量不能自发地从________物体传到________物体．(2)开尔文表述：不可能从____________吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响．2．第二类永动机违背宏观热现象方向性的机器被称为第二类永动机．这类永动机不违背_________________，但它违背了__________________，也是不可能制成的．
(1)做功和热传递对改变物体的内能具有等效性．(2)功W的正负可以根据系统的体积变化判断：①体积增大→系统对外做功→W＜0；②体积减小→外界对系统做功→W＞0.(3)可以从单一热源吸收热量，使之完全变成功，但要引起其他变化．
1．[能量守恒](多选)关于能量和能量守恒，下列表述正确的是(　　)A．能量可以从一种形式转化为另一种形式B．能量可以从一个物体转移到另一个物体C．能量是守恒的，所以能源永不枯竭D．满足能量守恒定律的物理过程一定能自发进行【答案】AB
2．[永动机](多选)关于第二类永动机，下列说法正确的是(　　)A．第二类永动机是指没有冷凝器，只有单一的热源，能将从单一热源吸收的热量全部用来做功，而不引起其他变化的热机B．第二类永动机违背了能量守恒定律，所以不可能制成C．第二类永动机违背了热力学第二定律，所以不可能制成D．第二类永动机不可能制成，说明机械能可以全部转化为内能，内能却不能全部转化为机械能【答案】AC
3．[热力学定律](多选)对于热力学第一定律和热力学第二定律的理解，下列说法正确的是(　　)A．热现象过程中不可避免地出现能量耗散现象，能量耗散符合热力学第二定律B．物体从外界吸收热量，其内能一定增加；物体对外界做功，其内能一定减少C．凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，在热传递中，热量只能从高温物体传递给低温物体，而不能从低温物体传递给高温物体D．第一类永动机违背能量守恒定律，第二类永动机不违背能量守恒定律
【解析】能量耗散过程体现了宏观自然过程的方向性，符合热力学第二定律，故A正确；根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可知物体从外界吸收热量，其内能不一定增加，物体对外界做功，其内能不一定减少，B错误；做功可以让热量从低温物体传递给高温物体，如电冰箱，C错误；第二类永动机没有违反能量守恒定律，热力学第一定律是能量转化和守恒定律在热学中的反映，因此第二类永动机没有违反热力学第一定律，不能制成是因为它违反了热力学第二定律，故D正确．
关 键 能 力 · 突 破 要 点
考点1　热力学第一定律的理解与应用　[基础考点]
1．热力学第一定律的理解不仅反映了做功和热传递这两种方式改变内能的过程是等效的，而且给出了内能的变化量和做功与热传递之间的定量关系．此定律是标量式，应用时热量的单位应统一为国际单位制中的焦耳．
2．对公式ΔU＝Q＋W符号的规定
3.三种特殊情况(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．
1．(2019年全国卷Ⅰ)某容器中的空气被光滑活塞封住，容器和活塞绝热性能良好，空气可视为理想气体．初始时容器中空气的温度与外界相同，压强大于外界．现使活塞缓慢移动，直至容器中的空气压强与外界相同．此时，容器中空气的温度________(填“高于”“低于”或“等于”)外界温度，容器中空气的密度________(填“大于”“小于”或“等于”)外界空气的密度．【答案】低于　大于
2．(2021年武汉名校质检)如图所示，一定质量的理想气体从状态A变化到状态B，再由状态B变化到状态C，最后由状态C变化到状态A.气体完成这个循环，内能的变化ΔU＝________，对外做功W＝________，气体从外界吸收的热量Q＝________(用图中已知量表示)．【答案】0　0.5p0V0　0.5p0V0
【解析】一定质量的理想气体从状态A出发完成一个循环回到A点，A点各项参数相同，故内能相同，内能的变化量为0；一个循环过程中气体对外做功表现为p－V图像中三角形的面积，即气体对外界做功0.5p0V0；Q＝ΔU－W＝－0.5p0V0，即气体从外界吸收0.5p0V0的热量．
3．(2021年江苏模拟)某汽车的四冲程内燃机利用奥托循环进行工作，该循环由两个绝热过程和两个等容过程组成．如图所示为一定质量的理想气体所经历的奥托循环，则该气体(　　)A．在状态a和c时的内能可能相等B．在a→b过程中，外界对其做的功全部用于增加内能C．b→c过程中增加的内能小于d→a过程中减少的内能D．在一次循环过程中吸收的热量小于放出的热量【答案】B　
【解析】从c到d为绝热膨胀，则Q＝0，W0，即在一次循环过程中吸收的热量大于放出的热量，则b→c过程中增加的内能大于d→a过程中减少的内能，故C、D错误．
考点2　热力学第二定律　[能力考点]
1．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．温馨提示：热量不可能自发地从低温物体传到高温物体，但在有外界影响的条件下，热量可以从低温物体传到高温物体，如电冰箱；在引起其他变化的条件下，内能可以全部转化为机械能，如气体的等温膨胀过程．
2．两类永动机的比较第一类永动机：不需要任何动力或燃料，能不断地对外做功的机器，违背能量守恒定律，不可能制成．第二类永动机：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，不违背能量守恒定律，但违背热力学第二定律，不可能制成．
例1　(2020年全国卷Ⅱ)下列关于能量转换过程的叙述，违背热力学第一定律的有________，不违背热力学第一定律、但违背热力学第二定律的有________．(填正确答案标号)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【答案】B　C
【解析】燃烧汽油产生的内能一方面向机械能转化，同时热传递向空气转移．既不违背热力学第一定律，也不违背热力学第二定律；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；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；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，既不违背热力学第一定律，也不违背热力学第二定律．
1．(多选)下列说法正确的有(　　)A．热量能够从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高温物体B．热量能够从高温物体传到低温物体，也可能从低温物体传到高温物体C．机械功可以全部转化为热量，但热量不可能全部转化为功D．机械功可以全部转化为热量，热量也可能全部转化为功【答案】BD
2．(多选)如图所示，导热的汽缸固定在水平地面上，用活塞把一定质量的理想气体封闭在汽缸中，汽缸的内部光滑，现用水平外力F作用于活塞杆，使活塞缓慢向右移动，由状态①变化到状态②，在此过程中，如果环境温度保持不变，下列说法正确的是(　　)A．气体分子平均动能不变B．气体内能减小C．气体吸收热量D．气体是从单一热源吸热，全部用来对外做功，但此过程违反热力学第二定律【答案】AC
考点3　气体实验定律与热力学第一定律的综合　[能力考点]
1．处理方法(1)气体实验定律研究对象是一定质量的理想气体．(2)对理想气体，只要体积变化，外界对气体(或气体对外界)要做功，如果是等压变化，W＝pΔV；只要温度发生变化，其内能就发生变化．(3)结合热力学第一定律ΔU＝W＋Q求解问题．
(3)等温过程：pV＝恒量．理想气体的内能只与温度有关，所以理想气体在等温过程中内能不变，即ΔU＝0，因此有Q＝－W.(4)绝热过程：Q＝0，ΔU＝W.气体膨胀时，减少的内能等于对外做的功；气体被压缩时，外界对气体做的功等于气体内能的增量．
例2　(2020年山东卷)一定质量的理想气体从状态a开始，经a→b、b→c、c→a三个过程后回到初始状态a，其p－V图像如图所示．已知三个状态的坐标分别为a(V0, 2p0)、 b(2V0，p0)、c(3V0,2p0)，以下判断正确的是(　　)
A．气体在a→b过程中对外界做的功小于在b→c过程中对外界做的功B．气体在a→b过程中从外界吸收的热量大于在b→c过程中从外界吸收的热量C．在c→a过程中，外界对气体做的功小于气体向外界放出的热量D．气体在c→a过程中内能的减少量大于b→c过程中内能的增加量【答案】C　
气体从c→a，温度降低，所以ΔUc a0，根据热力学第一定律可知Qc a