高中物理高考 2022年高考物理一轮复习（新高考版2(粤冀渝湘)适用） 第14章 第3讲 热力学定律与能量守恒定律课件PPT

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1.理解热力学第一定律，知道改变内能的两种方式，并能用热力学第一 定律解决相关问题.2.理解热力学第二定律，知道热现象的方向性.3.知道第一类永动机和第二类永动机不可能实现.
考点一　热力学第一定律
考点二　热力学第二定律
考点三　热力学第一定律与图象的综合应用
考点四　热力学第一定律与气体实验定律的综合应用
NEIRONGSUOYIN
1.改变物体内能的两种方式(1) ；(2)热传递.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：
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)条件性能量守恒定律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.热力学第一定律的理解(1)内能的变化都要用热力学第一定律进行综合分析.(2)做功情况看气体的体积：体积增大，气体对外做功，W为负；体积缩小，外界对气体做功，W为正.(3)与外界绝热，则不发生热传递，此时Q＝0.(4)如果研究对象是理想气体，因理想气体忽略分子势能，所以当它的内能变化时，主要体现在分子动能的变化上，从宏观上看就是温度发生了变化.
2.三种特殊情况(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.
例1　(2020·山东等级考模拟卷)如图1所示，水平放置的封闭绝热汽缸，被一锁定的绝热活塞分为体积相等的a、b两部分.已知a部分气体为1 ml氧气，b部分气体为2 ml氧气，两部分气体温度相等，均可视为理想气体.解除锁定，活塞滑动一段距离后，两部分气体各自再次达到平衡态时，它们的体积分别为Va、Vb，温度分别为Ta、Tb.下列说法正确的是A.Va>Vb，Ta>Tb B.Va>Vb，Tap0，打开阀门后密封气体膨胀，对外界做正功，故C正确；
由p1V1＋p2V2＝p3V3可得：1 atm×1 L＋1 atm×0.2 L＝p3×9 L得p3＝ atmQ2，所以A→B过程中气体吸收的热量Q1大于B→C过程中气体放出的热量Q2，故C正确；
气体做功W＝pΔV，A→B过程中体积变化的大小等于C→A过程中体积变化的大小，但图象上的点与原点连线的斜率越大，压强越小，故A→B过程中气体对外做的功大于C→A过程中外界对气体做的功，故D错误.
9.(2020·甘肃临夏中学期末)在如图6所示的坐标系中，一定质量的某种理想气体先后发生以下两种状态变化过程：第一种变化是从状态A到状态B，外界对该气体做功为6 J；第二种变化是从状态A到状态C，该气体从外界吸
收的热量为9 J.图线AC的反向延长线过坐标原点O，B、C两状态的温度相同，理想气体的分子势能为零.求：(1)从状态A到状态C的过程，该气体外界做的功W1和其内能的增量ΔU1；
解析　由题意知，从状态A到状态C的过程，气体发生等容变化，该气体对外界做的功W1＝0根据热力学第一定律有ΔU1＝W1＋Q1得内能的增量ΔU1＝Q1＝9 J.
(2)从状态A到状态B的过程，该气体内能的增量ΔU2及其从外界吸收的热量Q2.
解析　从状态A到状态B的过程，体积减小，温度升高，B、C两状态温度相同，则该气体内能的增量ΔU2＝ΔU1＝9 J根据热力学第一定律有ΔU2＝W2＋Q2则从外界吸收的热量Q2＝ΔU2－W2＝3 J.
10.如图7所示，一定质量的理想气体从状态A经等温过程到状态B.此过程中，气体温度t＝20 ℃，吸收的热量Q＝360 J，已知A状态的体积为1 L.(1)求此过程中气体内能的增量.
解析　从状态A到状态B，气体的温度不变，则内能不变，即ΔU＝0.
(2)此过程中气体是对外做功还是外界对气体做功，做的功是多少？
答案　对外做功　360 J　
解析　气体从A到B内能不变，体积变大，气体对外做功，根据ΔU＝W＋Q可知，W＝－360 J，即气体对外做的功为360 J.
(3)若气体先从状态A经等压变化到状态C，再经等容变化到状态B，则这个过程气体吸收的热量是多少？
解析　A状态的体积是1 L，压强为3×105 Pa，B状态压强为1×105 Pa，根据玻意耳定律有pAVA＝pBVB可得VB＝3 LWA→C→B＝－pAΔV＝－3×105×2×10－3 J＝－600 J由ΔU＝WA→C→B＋Q′知，气体吸收的热量为Q′＝600 J.
11.(八省联考·重庆·15(2))如图8所示，密闭导热容器A、B的体积均为V0，A、B浸在盛水容器中，达到热平衡后，A中压强为p0，温度为T0，B内为真空，将A中的气体视为理想气体.打开活栓C，A中部分气体进入B.
(1)若再次达到平衡时，水温未发生变化，求此时气体的压强；
解析　容器内的理想气体从打开C到再次平衡时，发生等温变化，根据玻意耳定律得p0V0＝p·2V0解得此时气体压强
(2)若密闭气体的内能与温度的关系为ΔU＝k(T2－T1)(k为大于0的已知常量，T1、T2分别为气体始末状态的温度)，在①所述状态的基础上，将水温升至1.2T0，重新达到平衡时，求气体的压强及所吸收的热量.
答案　0.6p0　0.2kT0
解析　升高温度，理想气体发生等容变化，根据查理定律得
解得压强为p′＝1.2p＝0.6p0温度改变，理想气体的体积不变，则外界既不对理想气体做功，理想气体也不对外界做功，所以W＝0；升高温度，内能增量为ΔU＝k(1.2T0－T0)＝0.2kT0根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知气体吸收的热量为Q＝ΔU＝0.2kT0.
12.(2020·安徽省舒城中学期末)如图9所示，绝热汽缸倒扣放置，质量为M的绝热活塞在汽缸内封闭一定质量的理想气体，活塞与汽缸间摩擦可忽略不计，活塞下部空间与外界连通，汽缸底部连接一U形细管(管内气体的体积忽略不计).初始时，封闭气体温度为T0，活塞距离汽缸底部为h0，细管内两侧水银柱存在高度差.已知水银密度为ρ，大气压强为p0，汽缸横截面积为S，重力加速度为g.(1)求U形细管内两侧水银柱的高度差；
解析　设封闭气体的压强为p，对活塞受力分析，根据平衡条件有p0S＝pS＋Mg，用水银柱表达气体的压强为p＝p0－ρgΔh，
(2)通过加热装置缓慢提升气体温度使活塞下降Δh0，求此时的温度；此加热过程中，若气体吸收的热量为Q，求气体内能的变化.
解析　缓慢加热过程中封闭气体做等压变化，
气体对外做功为W＝pSΔh0＝(p0S－Mg)Δh0，则气体内能的变化ΔU＝Q－W＝Q－(p0S－Mg)Δh0.