高考物理一轮复习讲义第15章第6课时　热力学定律与能量守恒定律（2份打包，原卷版+教师版）

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考点一 热力学第一定律 能量守恒定律
1.改变物体内能的两种方式
(1)________；(2)传热。
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________与外界对它所做的功的和。
(2)表达式：ΔU＝________________。
(3)表达式中的正、负号法则：
(4)解题时特殊字眼翻译：
①绝热：________________(________＝0)；
②等容：______不变，不______(______＝0)；
③膨胀：体积____________，物体对外界做功(W________0)
④等温：分子平均动能________，理想气体内能不变(理想气体________＝0)
⑤等压，体积变化ΔV：做功W＝__________。
3．能量守恒定律
(1)内容
能量既不会凭空________，也不会凭空消失，它只能从一种形式________为其他形式，或者从一个物体________到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量________________。
(2)第一类永动机是不可能制成的，它违背了________________________。
思考 如图所示，一绝热容器被隔板K隔开成A、B两部分。已知A内有一定量的稀薄气体，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。此过程中气体内能如何变化？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
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。( )
例1 (2023·天津卷·2)如图是爬山所带氧气瓶，氧气瓶里的气体容积质量不变，爬高过程中，温度减小，则气体( )
A．对外做功B．内能减小
C．吸收热量D．压强不变
例2 (多选)(2023·山东卷·9)一定质量的理想气体，初始温度为300 K，压强为1×105 Pa。经等容过程，该气体吸收400 J的热量后温度上升100 K；若经等压过程，需要吸收600 J的热量才能使气体温度上升100 K。下列说法正确的是( )
A．初始状态下，气体的体积为6 L
B．等压过程中，气体对外做功400 J
C．等压过程中，气体体积增加了原体积的eq \f(1,4)
D．两个过程中，气体的内能增加量都为400 J
考点二 热力学第二定律
1．热力学第二定律的两种表述
(1)克劳修斯表述：________________________________________________。
(2)开尔文表述：________________________________________________________________或表述为“________________永动机是不可能制成的”。
(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。在产生其他影响的条件下内能可以全部转化为机械能。
2．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的宏观过程的方向性，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。
(1)高温物体eq \(,\s\up7(热量Q能自发传给),\s\d5(热量Q不能自发传给))低温物体。
(2)功eq \(,\s\up7(能自发地完全转化为),\s\d5(不能自发地完全转化为))热。
(3)气体体积V1eq \(,\s\up7(能自发膨胀到),\s\d5(不能自发收缩到))气体体积V2(较大)。
(4)不同气体A和Beq \(,\s\up7(能自发混合成),\s\d5(不能自发分离成))混合气体AB。
3．两类永动机的比较
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。( )
例3 日常生活中使用的燃油汽车，其动力来源于发动机内部的汽缸，在汽缸内，通过气体燃烧将气体的内能转化为机械能，下列说法正确的是( )
A．现代汽车技术已经非常先进，能够使气体燃烧释放的热量全部转化成机械能
B．气体燃烧过程符合热力学第二定律，内能无法全部用来做功以转化成机械能
C．气体燃烧释放的热量没有全部转化为机械能，故该过程不符合热力学第一定律
D．发动机工作时，若没有漏气和摩擦，也没有发动机的热量损失，则燃料产生的热量能够完全转化成机械能
考点三 热力学第一定律与图像的综合应用
1．在某一过程中，气体的p、V、T的变化可由图像直接判断或结合理想气体状态方程eq \f(pV,T)＝C分析。
2．气体的做功情况、内能变化及吸、放热关系可由热力学第一定律分析。
(1)由体积变化分析气体做功的情况：体积膨胀，气体对外做功；气体被压缩，外界对气体做功。
(2)由温度变化判断气体内能变化：温度升高，气体内能增大；温度降低，气体内能减小。
(3)由热力学第一定律ΔU＝W＋Q判断气体是吸热还是放热。
(4)在p－V图像中，图像与横轴所围面积表示气体对外界或外界对气体整个过程中所做的功。
例4 (多选)(2022·全国乙卷·33(1)改编)一定量的理想气体从状态a经状态b变化到状态c，其过程如T－V图上的两条线段所示，则气体在( )
A．状态a处的压强大于状态c处的压强
B．由a变化到b的过程中，气体对外做功
C．由b变化到c的过程中，气体的压强不变
D．由a变化到b的过程中，从外界吸收的热量等于其增加的内能
例5 (2022·湖北卷·3)一定质量的理想气体由状态a变为状态c，其过程如p－V图中a→c直线段所示，状态b对应该线段的中点。下列说法正确的是( )
A．a→b是等温过程
B．a→b过程中气体吸热
C．a→c过程中状态b的温度最低
D．a→c过程中外界对气体做正功
拓展 (1)从例5图像中可知，a→c的过程中，气体对外界做的功为__________，气体________(填“吸收”或“放出”)的热量为____________。
(2)若气体经历从a→b→c→d→a的过程，如图所示，则整个过程中气体__________(填“吸收”或“放出”)的热量为______________。
考点四 热力学第一定律与气体实验定律的综合应用
解决热力学第一定律与气体实验定律的综合问题的思维流程
例6 (2023·安徽合肥市第二次质检)蔬菜大棚通常靠通风来调节温度，某研究小组设计了一款温控报警装置，其原理如图所示。将导热汽缸竖直悬挂在大棚内，缸内通过活塞封闭了一定质量的空气。当棚内温度为7 ℃时，活塞静止于距汽缸顶部70.0 cm的C处；当棚内温度缓慢升高，活塞下移5 cm至D处，此时涂有导电物质的活塞下表面恰与a、b触点接触，蜂鸣器报警。已知活塞质量m＝0.5 kg、横截面积S＝25 cm2、厚度不计，活塞与汽缸之间的摩擦不计，大气压强p0＝1.0×105 Pa，g取10 m/s2。求：
(1)蜂鸣器刚报警时棚内温度；
(2)活塞由C至D过程，若缸内空气的内能增加了37 J，缸内空气吸收的热量。
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例7 (2023·广东广州市检测)如图甲所示，导热汽缸开口向右水平放置，缸内活塞密闭效果良好且能无摩擦滑动。开始时活塞在虚线位置静止(状态Ⅰ)，封闭气体体积为V＝1 L，通过给缸体缓慢加热，气体膨胀至体积加倍(状态Ⅱ)，此时汽缸内壁的卡销自动开启，同时停止加热，待汽缸慢慢冷却至环境温度(状态Ⅲ)。若封闭气体可视为理想气体，环境温度为27 ℃，外界大气压强为p0＝1.0×105 Pa。求：
(1)请在图乙坐标图上画出封闭气体的压强p随热力学温度T的变化图像，并通过计算说明作图所需的关键状态参量；
(2)若给缸体缓慢加热的过程，气体吸收的热量为Q＝220 J，则在汽缸冷却的过程气体放出的热量是多少？
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________________________________________________________________________符号
W
Q
ΔU
＋
________对______做功
物体________热量
内能______
－
________对________做功
物体________热量
内能______
第一类永动机
第二类永动机
设计要求
不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功的机器
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
违背能量守恒定律
不违背能量守恒定律，违背热力学第二定律