最新高考物理一轮复习【讲通练透】 第69讲 热力学定律与能量守恒定律（讲通）

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1、有准备的去听，也就是说听课前要先预习，找出不懂的知识、发现问题，带着知识点和问题去听课会有解惑的快乐，也更听得进去，容易掌握;
2、参与交流和互动，不要只是把自己摆在“听”的旁观者，而是“听”的参与者。
3、听要结合写和思考。
4、如果你因为种种原因，出现了那些似懂非懂、不懂的知识，课上或者课后一定要花时间去弄懂。
其次，要学会记忆：
1、要学会整合知识点。把需要学习的信息、掌握的知识分类，做成思维导图或知识点卡片，会让你的大脑、思维条理清醒，方便记忆、温习、掌握。
2、合理用脑。
3、借助高效工具。学习思维导图，思维导图是一种将放射性思考具体化的方法，也是高效整理，促进理解和记忆的方法。最后，要学会总结：
一是要总结考试成绩，通过总结学会正确地看待分数。
1.摸透主干知识 2.能力驾驭高考 3.科技领跑生活
第69讲 热力学定律与能量守恒定律
目录
复习目标
网络构建
考点一 热力学第一定律
【夯基·必备基础知识梳理】
知识点 热力学第一定律
【提升·必考题型归纳】
考向 热力学第一定律的应用
考点二 热力学第二定律
【夯基·必备基础知识梳理】
知识点1 热力学第二定律
知识点2 热力学第一、第二定律的比较
【提升·必考题型归纳】
考向 热力学第二定律的应用
考点三 与气体图像的综合应用
【夯基·必备基础知识梳理】
知识点 处理与气体图像的综合问题的思路
【提升·必考题型归纳】
考向 与气体图像的综合问题
考点四 与气体实验定律的综合应用
【夯基·必备基础知识梳理】
知识点 与气体实验定律的综合问题的思路
【提升·必考题型归纳】
考向 与气体实验定律的综合问题
真题感悟
理解和掌握热力学第一定律和第二定律。
能够熟练处理热力学第一定律与气体实验定律相结合的问题。
考点一 热力学第一定律
知识点 热力学第一定律
1．对热力学第一定律的理解
(1)做功和热传递在改变系统内能上是等效的。
(2)做功过程是系统与外界之间的其他形式能量与内能的相互转化。
(3)热传递过程是系统与外界之间内能的转移。
2．热力学第一定律的三种特殊情况
(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，则W＝0，Q＝ΔU，物体吸收的热量等于物体内能的增加。
(3)若过程的始、末状态物体的内能不变，则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．公式ΔU＝W＋Q中符号法则的理解
考向 热力学第一定律的应用
1．一定量的气体在某一过程中，外界对气体做了8×104J的功，气体的内能减少了1.2×105J，则下列各式中正确的是（ ）
A．W8×104J，J，
B．W＝8×104J，J，
C．W－8×104J，J，
D．W－8×104J，，
【答案】B
【详解】外界对气体做了8×104J的功，则气体内能减少了1.2×105J，则
由热力学第一定律可得故B正确，ACD错误。故选B。
2．如图，一开口向上的导热汽缸内。用活塞封闭了一定质量的理想气体，活塞与汽缸壁间无摩擦。现用外力作用在活塞上。使其缓慢下降。环境温度保持不变，系统始终处于平衡状态。在活塞下降过程中（ ）
A．气体体积逐渐减小，内能增加B．气体压强逐渐增大，内能变大
C．气体压强逐渐增大，吸收热量D．外界对气体做功，气体内能不变
【答案】D
【详解】外力使活塞缓慢下降的过程中，由于温度保持不变，则气体的内能保持不变，气体的体积逐渐减小，外界对气体做功，由热力学第一定律可知，气体向外界放出热量，又由玻意耳定律可知，气体体积减小，气体的压强增大，由以上分析可知D正确ABC错误。故选D。
考点二 热力学第二定律
知识点1 热力学第二定律
1.热力学第二定律的含义
(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，如气体的等温膨胀过程。
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。
知识点2 热力学第一、第二定律的比较
1.热力学第一、第二定律的比较
2.两类永动机的比较
考向 热力学第二定律的应用
1．下列关于热力学第二定律的说法正确的是（ ）
A．所有符合能量守恒定律的宏观过程都能发生
B．一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的
C．机械能可以全部转化为内能，在不产生其他影响的情况下，内能无法全部用来做功而转化成机械能
D．气体向真空的自由膨胀是可逆的
E．热运动的宏观过程有一定的方向性
【答案】BCE
【详解】A．符合能量守恒定律，但违背热力学第二定律的宏观过程不能发生，故A错误；
B．一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的，故B正确；
C．机械能可以全部转化为内能，在不产生其他影响的情况下，但内能无法全部用来做功而转化成机械能，故C正确；
D．气体向真空的自由膨胀是不可逆的，故D错误；
E．热运动的宏观过程有一定的方向性，故E正确。故选BCE。
2．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（ ）
A．热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外
B．电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，是因为其消耗了电能
C．电冰箱的工作原理违背热力学第一定律
D．电冰箱除了将热量从低温热库传到高温热库外，工作过程中所产生的其他一切影响，无论用任何办法都不可能加以消除
【答案】BD
【详解】C．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；
AB．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；
D．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。
故选BD。
考点三 与气体图像的综合应用
知识点 处理与气体图像的综合问题的思路
处理热力学第一定律与气体图像的综合问题的思路：
(1)根据气体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、放热关系及做功关系。
(2)在p­V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。
考向 与气体图像的综合问题
1．如图所示p—V图中，一定质量的理想气体在a→b→c的过程中吸收热量500J，已知a状态气体温度为27℃。则下列说法不正确的是（ ）

A．气体在a→b→c过程中内能增加了100J
B．气体在c→a过程中放出热量600J
C．气体在c状态时的温度为400K
D．气体在c→a过程中单位时间内撞击单位面积器壁上的气体分子个数变少
【答案】D
【详解】A．理想气体在a→b→c过程中，气体体积增大，则气体对外界做功，外界对气体做的功
根据热力学第一定律有
即气体的内能增加了100J，故A正确；
B．气体在c→a过程中，气体体积减小，则外界对气体做的功从状态a至状态c过程中气体的内能增加了100J，状态c至状态a过程中气体的内能减少了100J，即根据热力学第一定律有
则，，表示系统放热，这一过程中气体放出的热量为600J，故B正确；
C．根据理想气体状态方程对a、c两状态结合图像，可求得气体在c状态时的温度
故C正确；
D．气体在c→a过程中，气体压强增大、温度降低，体积变小，则单位时间内撞击单位面积器壁上的气体分子个数变多，故D错误。本题选错误项，故选D。
2．一定质量的理想气体从状态a开始，经历如图所示的状态变化过程回到原状态，已知气体在b、d状态时的温度相等。则该气体（ ）

A．在a状态时的内能大于在c状态时的内能
B．在b状态时单位时间内碰撞器壁单位面积的分子数多于d状态时
C．在bc过程中外界对气体做的功大于在da过程中气体对外界做的功
D．一次循环过程中吸收的热量大于放出的热量
【答案】AD
【详解】A．在a状态时的pV乘积大于c状态的pV乘积，则a态温度高于c态，则a状态的内能大于在c状态时的内能，故A正确；
B．在b状态时与d状态比较，b状态时气体的体积大，压强小，气体数密度较小，而两态温度相同，气体分子平均速率相同，则单位时间内碰撞器壁单位面积的分子数少于d状态，故B错误；
C．因bc过程的压强小于da过程的压强，两过程中气体体积变化量相同，根据W=p∆V可知在bc过程中外界对气体做的功小于在da过程中气体对外界做的功，故C错误；
D．整个过程只有bc过程和da过程气体体积有变化，根据C选项分析可知，一次循环过程气体对外做功大于外界对气体做功，则整个过程中气体对外做功，而气体内能不变，故气体吸热，即气体吸收的热量大于放出的热量，故D正确。故选AD。
考点四 与气体实验定律的综合应用
知识点 与气体实验定律的综合问题的思路
求解热力学定律与气体实验定律的综合问题的思路：
考向 与气体实验定律的综合问题
1．如图1所示，上端开口的导热汽缸放置在水平面上，质量为m、横截面积为s的活塞密封了一定质量的理想气体。当环境温度为时，活塞静止的位置与汽缸底部距离为h，离缸口的距离为0.5h。已知重力加速度为g，活塞厚度及活塞与汽缸壁之间的摩擦不计，大气压强为。
（1）若缓慢升高环境温度，使活塞刚好上移到气缸口，求此时的环境温度；
（2）若先在缸内壁紧贴活塞上表面固定一小卡环（与活塞接触但没有作用力），如图2所示，再缓慢升高环境温度到，求升温后卡环对活塞的压力大小；
（3）上问中的升温过程相对于（1）问中的升温过程，气体少吸收的热量为多少？

【答案】（1）1.5T1；（2）4mg；（3）
【详解】（1）气体发生等压变化，升高后的温度为，做等压变化解得
（2）开始时，缸内气体压强做等容变化解得
设卡环对活塞的压力大小为F，则解得F＝4mg
（3）两个过程中气体内能增量相同，据热力学第一定律在（1）问中有
在（2）问中有则（1）问中比（2）问中多吸收热量
2．在小球时代，可以用热水浸泡将踩瘪后的乒乓球恢复。如图，已知乒乓球导热性能良好，完好时内部气压为大气压强，踩瘪后体积变为原体积的80％，外界温度恒为，把乒乓球全部浸入热水里，当球内气压大于等于时，乒乓球就刚好开始恢复，已知球内气体内能始终只与温度成正比，踩瘪后球内气体内能为E；
（1）求乒乓球被踩瘪但没有破裂时的内部压强；
（2）求要使乒乓球刚好开始恢复，热水温度至少要多少K；
（3）若热水为即为（2）问最小值，乒乓球从放入热水直到恢复形变时总共吸热为Q，则恢复形变过程中球内气体做功多少。

【答案】（1）；（2）；（2）
【详解】（1）设乒乓球原体积为V，踩瘪后压强为，有可得
（2）踩瘪后到开始准备恢复为等容过程，设开始温度，开始准备恢复时温度为，有
可得
（3）由于气体内能只与内能有关，乒乓球最终内能为可知内能增加了，根据热力学第一定律可得恢复形变过程中球内气体做功为
（2023年广东卷高考真题）在驻波声场作用下，水中小气泡周围液体的压强会发生周期性变化，使小气泡周期性膨胀和收缩，气泡内气体可视为质量不变的理想气体，其膨胀和收缩过程可简化为如图所示的图像，气泡内气体先从压强为、体积为、温度为的状态等温膨胀到体积为、压强为的状态，然后从状态绝热收缩到体积为、压强为、温度为的状态到过程中外界对气体做功为．已知和．求：

（1）的表达式；
（2）的表达式；
（3）到过程，气泡内气体的内能变化了多少？
【答案】（1）；（2）；（3）
【详解】（1）由题可知，根据玻意耳定律可得解得
（2）根据理想气体状态方程可知解得
（3）根据热力学第一定律可知其中，故气体内能增加
考点要求
考题统计
考情分析
（1）热力学第一定律
（2）热力学第二定律
2023年广东卷第13题
2023年天津卷第2题
2023年山东卷第9题
高考对热力学定律的考查较为频繁，题目以选择题和计算题出现较多，选择题的难度较为简单，计算题难度相对较高。
物理量
W
Q
ΔU
＋
外界对物体做功
物体吸收热量
内能增加
－
物体对外界做功
物体放出热量
内能减少
热力学第一定律
热力学第二定律
定律揭
示的
问题
从能量守恒的角度揭示了功、热量和内能改变量三者的定量关系
自然界中出现的宏观过程是有方向性的
机械能
和内能
的转化
当摩擦力做功时，机械能可以全部转化为内能
内能不可能在不引起其他变化的情况下完全变成机械能
热量的
传递
热量可以从高温物体自发传向低温物体
说明热量不能自发地从低温物体传向高温物体
两定律
的关系
在热力学中，两者既相互独立，又互为补充，共同构成了热力学知识的理论基础
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