2026高考一轮总复习 物理课件_第3讲　热力学定律与能量守恒定律_含解析

这是一份2026高考一轮总复习 物理课件_第3讲　热力学定律与能量守恒定律_含解析，共73页。
1. 改变物体内能的两种方式： 和传热。
（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 ⁠。
（2）表达式：ΔU＝ ⁠。
（3）ΔU＝ 中正、负号法则
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 到别的物体，在转化或 的过程中， 能量的总量保持不变。
能量守恒是自然界的普遍规律，某一种形式的能是否守恒是有条件的。
（3）第一类永动机是不可能制成的，它违背了 ⁠。
1. 热力学第二定律的两种表述
（1）克劳修斯表述：热量不能 从低温物体传到高温物体。
（2）开尔文表述：不可能从 热库吸收热量，使之完全变成功， 而不产生其他影响。
2. 热力学第二定律的微观意义
一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行。
3. 用熵的概念表示热力学第二定律
在自发过程中，系统总是自发地向 方向发展，即一个孤立系统的 熵值总是 的。（　 　）
从单一热库吸收热量并把它全部用来对外做功，而不产生其他影响的 机器。
它违背了 ，不可能实现。
（1）每天我们使用的能源最后都转化成了内能，能源消耗使得周围环境 升温。根据热力学第二定律，分散在环境中的内能不能自动聚集起来驱动 机器做功了。这样的转化过程叫作“ ”。
（2）所谓能源，其实是指具有高品质的容易利用的 ，例如 石油、天然气、煤等。能源的使用过程中虽然能的总量保持守恒，但能量 的 下降了。虽然能量总量不会减少，但能源会逐步减少，因此能 源是有限的资源。
1. 做功和传热都能改变物体的内能，其实质是相同的。（　×　）
2. 绝热过程中，外界压缩气体做功20 J，则气体的内能减少20 J。 （　×　）
3. 根据热力学第二定律可知，凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性。 （　√　）
4. 随着技术不断进步，热机的效率可能达到100％。（　×　）
5. 对能源的过度消耗将使自然界的能量不断减少，形成能源危机。 （　×　）
1. （人教版选择性必修第三册P53“练习与应用”T1改编）用活塞压缩汽 缸里的空气，对空气做了900 J的功，同时汽缸向外散热210 J，汽缸里空气 的内能（　　）
解析： 　由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，得ΔU＝900 J－210 J＝690 J，即 内能增加690 J，C正确。
2. 〔多选〕（人教版选择性必修第三册P63“练习与应用”T2改编）下列 现象中能够发生的是（　　）
解析： 　热量只会自发地从高温物体传到低温物体，而不会自发地从低 温物体传到高温物体，故A错误；机械能可以完全转化为内能，而内能却 不能完全转化为机械能，故B错误；桶中混浊的泥水在静置一段时间后， 泥沙下沉，上面的水变清，泥、水自动分离是因为泥沙的密度大于水，故 可以分离，故C正确；电冰箱通电后由于压缩机做功从而将箱内低温物体 的热量传到箱外的高温物体，故D正确。
3. 〔多选〕（2024·河北高考9题）如图，水平放置的密闭绝热汽缸被导热 活塞分成左右两部分，左侧封闭一定质量的理想气体，右侧为真空，活塞 与汽缸右壁中央用一根轻质弹簧水平连接。汽缸内壁光滑且水平长度大于 弹簧自然长度，弹簧的形变始终在弹性限度内且体积忽略不计。活塞初始 时静止在汽缸正中间，后因活塞密封不严发生缓慢移动，活塞重新静止后 （　　）
解析： 　活塞密封不严，左侧封闭气体向右侧真空扩散，当活塞重新 静止时，活塞左右两侧气体压强相等，对活塞受力分析可知，其不受弹簧 弹力，即弹簧恢复至自然长度，A正确；由于初始时活塞左侧有气体、右 侧真空且活塞静止，则初始时弹簧处于压缩状态，又此时活塞静止在汽缸 正中间，则当活塞重新静止时，有V左＜V右，又活塞左右两侧气体为同种 气体且压强和温度都相等，则活塞左右两侧气体的密度相等，由m＝ρV可 知，活塞左侧气体的质量小于右侧气体的质量，B错误；由于系统绝热， 则气体与弹簧组成的系统能量守恒，与初始时相比，活塞重新静止时弹簧 的弹性势能减少，则气体的内能增加，C正确；结合A项分析可知，与初始 时相比，气体的体积增大，总分子数不变，所以活塞左侧单位体积内气体 分子数减少，D正确。
考点一　热力学定律与能量守恒定律
1. 热力学第一定律表达式的正、负号法则
2. 热力学第一定律的三种特殊情况（1）绝热过程：Q＝0，W＝ΔU，外界对物体做的功等于物体内能的 增加。（2）不做功的过程：W＝0，Q＝ΔU，物体吸收的热量等于物体内能 的增加。（3）内能不变的过程：W＋Q＝0，即物体吸收的热量全部用来对外做 功，或外界对物体做的功等于物体放出的热量。
3. 在热力学第二定律的表述中，“自发地”“不产生其他影响”的含义（1）“自发地”指明了热传递等热力学宏观现象的方向性，不需要借助 外界提供能量。（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。4. 两类永动机的比较
【练1】 关于两类永动机和热力学的两个定律，下列说法正确的是 （　　）
解析： 　第一类永动机违反能量守恒定律，第二类永动机违反热力学第 二定律，故A、B错误；由热力学第一定律ΔU＝Q＋W，可知做功不一定改 变内能，传热也不一定改变内能，同时做功和传热也不一定会改变内能， 故C错误；由热力学第二定律可知从单一热库吸收热量，完全变成功是可 能的，但会引起其他变化，故D正确。
【练2】 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 （　　）
解析： 根据热力学第二定律可知，热机的效率不可能达到100％， 现代汽车技术已经非常先进，但也不能够使气体燃烧释放的热量全部 转化成机械能，A错误；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，B正确；气体燃烧释放的热量没有全部 转化为机械能，但该过程符合热力学第一定律，C错误；根据热力学第 二定律可知，热机的效率不可能达到100％，发动机工作时，就算没有 漏气和摩擦，也没有发动机的热量损失，燃料产生的热量也不能完全 转化成机械能，D错误。
【练3】 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（　　）
【练4】 （2025·江苏宿迁市模拟）下列关于能量守恒定律的认识，错误的 是（　　）
解析： 　根据能量守恒定律可知，某种形式的能量减少，其他形式的能 量一定增加，故A正确；某个物体的能量减少，根据能量守恒定律知，必 然有其他物体的能量增加，故B正确；对物体做功，若物体同时向外界放 热，物体的内能可能减小，故C正确；石子在运动和碰撞中机械能转化为 物体及周围物体的内能，能量并没有消失，故D错误。
考点二　热力学第一定律与气体状态变化图像的综合
　处理热力学第一定律与气体状态变化图像的综合问题的思路
（1）根据气体状态变化图像的特点判断气体的温度、体积的变化情况， 从而判断气体与外界的吸、放热情况及做功情况。
（2）在p-V图像中，图线与V轴围成的面积表示气体对外界或外界对气体 做的功。
（3）结合热力学第一定律判断有关问题。
〔多选〕（2024·新课标卷21题）如图，一定量理想气体的循环由下 面4个过程组成：1→2为绝热过程（过程中气体不与外界交换热量）， 2→3为等压过程，3→4为绝热过程，4→1为等容过程。上述四个过程是四 冲程柴油机工作循环的主要过程。下列说法正确的是（　　）
解析：1→2为绝热过程，Q＝0，气体体积减小，外界对气体做功，W＞ 0，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知ΔU＞0，气体内能增加，A正确； 2→3为等压膨胀过程，W＜0，由盖－吕萨克定律可知气体温度升高，内能 增加，即ΔU＞0，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知Q＞0，气体从外界吸 热，B错误；3→4过程为绝热过程，Q＝0，气体体积增大，W＜0，由热力 学第一定律ΔU＝Q＋W可知ΔU＜0，气体内能减少，C错误；4→1过程中， 气体做等容变化，W＝0，又压强减小，则由查理定律可知气体温度降低， 内能减少，即ΔU＜0，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知Q＜0，气体对外 放热，D正确。
　〔多选〕如图所示，一定质量的理想气体从状态a经等容过程到达状态 b，再经过等压过程到达状态c，最后经等温过程回到初态a。下列说法正确 的是（　　）
（本题取材于鲁科版选择性必修第三册P61“节练习”T4）
〔多选〕（2024·海南高考11题）如图，一定质量的理想气体从状态a 开始经ab、bc、ca三个过程回到原状态，已知ab垂直于T轴，bc延长线过坐 标原点O，下列说法正确的是（　　）
一定质量的理想气体由状态a开始，经历ab、bc、ca三个过程回到原 状态，其p-T图像如图所示，气体在三个状态的体积分别为Va、Vb、Vc，压 强分别为pa、pb、pc。已知pb＝p0，pc＝4p0，则下列说法正确的是（　　）
　〔多选〕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 图像上的两条线段所示，则气体在（　　）
热力学第一定律与气体实验定律的综合
　求解气体实验定律与热力学第一定律的综合问题的一般思路
（2024·重庆高考3题）某救生手环主要由高压气罐密闭。气囊内视 为理想气体。密闭气囊与人一起上浮的过程中。若气囊内气体温度不变， 体积增大，则（　　）
解析：气囊上浮过程，密闭气体温度不变，由玻意耳定律pV＝C可知，体 积变大，则压强变小，气体对外做功，故A、B错误；气体温度不变，内能 不变，气体对外做功，W＜0，由热力学第一定律ΔU ＝ Q＋W，可知Q＞ 0，需要从外界吸热，故C错误，D正确。
（2025·江苏省南京市六校联考）如图所示，一台四冲程内燃机， 活塞在压缩冲程某段时间内移动的距离为L，这段过程对气体的压力逐渐 增大，其做的功相当于恒力F使活塞移动相同距离所做的功。已知活塞的 面积为S，开始压缩时汽缸内气体的体积为V0，温度为T0，压强为p0。假设 气体可视为理想气体，温度处处相同。
（1）若气体被压缩后的温度为T，则被压缩后气体的压强p为多大？
（2）上述压缩过程中，气体传递给汽缸的热量为Q，则气体内能的变化量 是多少？
解析： 压缩过程活塞对气体所做的功W＝FL根据热力学第一定律有ΔU＝W－Q＝FL－Q。
（2024·浙江1月选考17题）如图所示，一个固定在水平面上的绝热容器被隔板A分成体积均为V1＝750 cm3的左右两部分。面积为S＝100 cm2的绝热活塞B被锁定，隔板A的左侧为真空，右侧中一定质量的理想气体处于温度T1＝300 K、压强p1＝2.04×105 Pa的状态1。抽取隔板A，右侧中的气体就会扩散到左侧中，最终达到状态2。然后解锁活塞B，同时施加水平恒力F，仍使其保持静止，当电阻丝C加热时，活塞B能缓慢滑动（无摩擦），使气体达到温度T3＝350 K的状态3，气体内能增加ΔU＝63.8 J。已知大气压强p0＝1.01×105 Pa，隔板厚度不计。
（1）气体从状态1到状态2是 （选填“可逆”或“不可逆”） 过程，分子平均动能 （选填“增大”“减小”或“不变”）；
解析： 根据热力学第二定律可知，气体从状态1到状态2是不可逆过 程，由于隔板A的左侧为真空，可知气体从状态1到状态2，气体不做功， 又没有发生热传递，所以气体的内能不变，气体的温度不变，分子平均动 能不变。
（2）求水平恒力F的大小；
解析： 气体从状态1到状态2发生等温变化，则有p1V1＝p2·2V1
解锁活塞B，同时施加水平恒力F，仍使其保持静止，以活塞B为对象，根 据受力平衡可得p2S＝p0S＋F
解得F＝（p2－p0）S＝（1.02×105－1.01×105）×100×10－4 N＝10 N。
（3）求电阻丝C放出的热量Q。
解得气体吸收的热量为Q'＝ΔU＋W＝63.8 J＋25.5 J＝89.3 J可知电阻丝C放出的热量为Q＝Q'＝89.3 J。
1. 〔多选〕下列有关物体内能改变的说法中，正确的是（　　）
解析： 做功和传热都能改变物体的内能，根据热力学第一定律ΔU＝ Q＋W可知，当外界对物体做功时，物体的内能不一定增加，同理当外界 对物体传递热量时，物体的内能也不一定增加，故A、B错误；由ΔU＝Q ＋W可知，若物体对外界做功的同时吸收热量，物体的内能可能增加，同 理物体向外界放热的同时外界对物体做功，物体的内能可能增加，故C、D 正确。
2. 〔多选〕用密封性好、充满气体的塑料袋包裹易碎品，如图所示，充气 袋四周被挤压时，假设袋内气体与外界无热交换，则袋内气体（　　）
3. 〔多选〕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（　）
解析： 　热力学第一定律是热现象中内能与其他形式能的转化规律，是 能量守恒定律的具体表现，适用于所有的热学过程，故C错误；根据热力 学第二定律，热量不能自发地从低温物体传到高温物体，必须借助于其他 系统做功，故A错误，B正确；压缩机工作时会发热，将一部分电能转化为 内能消耗掉，这种影响没法消除，故D正确。
4. 一定质量的理想气体，体积由V1膨胀到V2，如果是通过等压过程实现， 做功为W1、传递热量为Q1、内能变化为ΔU1；如果是通过等温过程实现， 做功为W2、传递热量为Q2、内能变化为ΔU2，则下列关系式正确的是 （　　）
解析： 　等压过程中气体膨胀，对外做功时力的大小不变，而等温过 程中气体膨胀，压强减小，对外做功的力减小，所做的功小于等压过 程做的功，W1＞W2；等压过程时温度升高，气体内能增大，而等温过 程时，气体内能不变，则ΔU1＞ΔU2；等压过程气体对外做的功多，内 能增大得多，所以等压过程中气体吸收的热量多，Q1＞Q2，故选项A 正确，B、C、D错误。
5. 〔多选〕（2025·山东日照期末考试）用隔板将一绝热容器隔成A和B两 部分，A中有一定质量的理想气体，B为真空（如图甲），现把隔板抽去， A中的气体自动充满整个容器（如图乙），这个过程称为气体的自由膨 胀。下列说法正确的是（　　）
解析： 　气体分子一直在做无规则热运动，即使在自由膨胀过程中也 是如此，故A正确；自由膨胀过程中由于不受阻力作用，因此气体不做 功，由于容器绝热，因此Q＝0，由ΔU＝W＋Q可知，气体内能不变，因此 温度也不变，故C正确；自由膨胀后，温度不变，体积变大，由玻意耳定 律可知，压强变小，故B正确；凡是与热现象有关的宏观过程都具有方向 性，是不可逆的，故D错误。
6. （2024·山东高考6题）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（　　）
解析： 　a→b过程是等压变化且体积增大，则Wab＜0，由盖－吕萨克定 律可知Tb＞Ta，即ΔUab＞0，根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知a→b过 程，气体从外界吸收的热量一部分用于对外做功，另一部分用于增加内 能，A错误；b→c过程中气体与外界无热量交换，即Qbc＝0，又由气体体 积增大可知Wbc＜0，由热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知气体内能减少，B 错误；c→a过程为等温过程，可知Tc＝Ta，ΔUac＝0，根据热力学第一定律 可知a→b→c过程，气体从外界吸收的热量全部用于对外做功，C正确；由A项分析可知Qab＝ΔUab－Wab，由B项分析可知Wbc＝ΔUbc，由C项分析可 知0＝Wca＋Qca，又ΔUab＋ΔUbc＝0，联立解得Qab－（－Qca）＝－Wca－ Wbc－Wab，根据p-V图像与坐标轴所围图形的面积表示气体对外界做的功， 结合题图可知Qab－（－Qca）≠0，所以a→b过程气体从外界吸收的热量 Qab不等于c→a过程放出的热量－Qca，D错误。
7. 〔多选〕（2025·河北秦皇岛市模拟）一定质量的理想气体，状态变化 依次经历a→b，再经历b→c的过程，其压强p和温度T的关系如图所示，根 据p-T图像，下列说法正确的是（　　）
8. （2025·福建莆田一中模拟考试）如图所示，一定质量的理想气体从状态a开始按箭头所示经一系列状态变化又回到状态a。由图可知，气体在a、b、c三个状态的密度ρa、ρb、ρc的大小关系是 ，气体分子的平均动能Eka、Ekb、Ekc的大小关系是 ，从状态a又回到状态a的过程，气体 （选填“从外界吸收”或“向外界放出”）热量。
Eka＝Ekc＜Ekb　
（1）再次平衡时容器内气体的温度；
（2）此过程中容器内气体吸收的热量。
10. （2024·贵州高考13题）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a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。
（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；
解析： 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
（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b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b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b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）