第十五章　第六课时　热力学定律与能量守恒定律2025版高考物理一轮复习课件+测试（教师版）+测试（学生版）

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热力学定律与能量守恒定律
考点一　　热力学第一定律　能量守恒定律
考点二　　热力学第二定律
考点三　　热力学第一定律与图像的综合应用
考点四　　热力学第一定律与气体实验定律的综合应用
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？
答案　不变。因为A中气体膨胀过程中不做功，即W＝0，绝热Q＝0，故内能不发生变化。
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
由于爬山过程中气体体积不变，故气体不对外做功，故A错误；爬山过程中温度减小，则气体内能减小，故B正确；根据热力学第一定律可知ΔU＝W＋Q，爬山过程中气体不做功，但内能减小，故可知气体放出热量，故C错误；爬山过程中氧气瓶里的气体容积、质量均不变，温度减小，
例2　(2023·山东卷·9改编)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 LB.等压过程中，气体对外做功400 JC.等压过程中，气体体积增加了原体积的D.两个过程中，气体的内能增加量都为300 J
等容过程中气体做功为零，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q＝400 J，两个过程的初末温度相同即内能变化相同，因此内能增加都为400 J，D错误；等压过程内能增加了400 J，吸收热量为600 J，由热力学第一定律可知气体对外做功为200 J，即做功的大小为W＝p0( －V0)＝200 J，解得V0＝6 L，A正确，B错误。
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”。
热量不能自发地从低温物体传到高温物体
不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产
(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.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
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，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。
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 ＝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　(2024·江苏镇江市开学考)如图所示，一定质量的理想气体在状态A时压强为p0，经历从状态A→B→C→A的过程。下列判断正确的是A.气体在状态C时压强为3p0B.从状态A到状态B的过程中，气体分子的数密 度减小C.从状态C到状态A的过程中，气体可能放出热量D.从状态C到状态A的过程中，气体单位时间内单位面积分子撞击次数减少
从状态A到状态B的过程中，气体体积减小，气体分子的数密度增大，故B错误；从状态C到状态A的过程中，温度升高，内能增大，即ΔU>0，体积增大，气体对外做功，即W0，且体积增大，气体对外界做功，即W0，根据ΔU＝W＋Q，Q0，即气体一定从外界吸收热量，且吸收的热量大于气体对外界做的功，B正确；
由图像知b→c过程中，气体压强减小，温度降低，图线上各点与原点连线的斜率逐渐减小，又由p＝可得图像中的状态点与原点连线的斜率与体积大小成反比，所以b→c过程中，气体体积逐渐增大，C正确；
温度是分子平均动能的标志，b→c过程中气体温度降低，表明分子的平均动能减少，但并不是每个分子的动能都减少，D错误。
6.(2022·辽宁卷·6)一定质量的理想气体从状态a变化到状态b，其体积V和热力学温度T变化图像如图所示，此过程中该系统A.对外界做正功 B.压强保持不变C.向外界放热 D.内能减少
理想气体从状态a变化到状态b，体积增大，则理想气体对外界做正功，A正确；
理想气体从状态a变化到状态b，温度升高，内能增大，D错误；理想气体从状态a变化到状态b，理想气体对外界做正功且内能增大，则根据热力学第一定律可知，气体从外界吸收热量，C错误。
7.(2024·江苏省六校联合体调研)如图所示，竖直放置的内壁光滑的绝热汽缸中有加热装置，汽缸壁内有卡槽，卡槽距缸底的高度H＝1 m。质量M＝2 kg、横截面积S＝10 cm2的活塞停在卡槽处，其下方封闭有一定质量压强为p1＝0.8×105 Pa、温度为T1＝300 K的理想气体，现通过加热装置对缸内气体缓慢加热。已知外界大气压强p0＝1×105 Pa保持不变，重力加速度g取10 m/s2。(1)求活塞刚要离开卡槽时缸内气体的热力学温度T2；
当活塞刚要离开卡槽时，根据平衡条件有p2S＝p0S＋Mg，解得p2＝1.2×105 Pa气体加热至活塞刚要离开卡槽，气体经历等容变化，
联立解得活塞刚要离开卡槽时，气体的热力学温度T2＝450 K
(2)若活塞离开卡槽后继续上升了h＝0.2 m，该过程中气体吸收了Q＝100 J的热量，求该过程中气体内能的变化量ΔU。
活塞离开卡槽上升过程中发生等压变化，气体对外做功，则有W＝ －p2Sh由热力学第一定律得ΔU＝Q＋W代入数据解得此过程中气体内能的变化量ΔU＝76 J。
8.(2022·江苏卷·7)如图所示，一定质量的理想气体分别经历a→b和a→c两个过程，其中a→b为等温过程，状态b、c的体积相同，则A.状态a的内能大于状态bB.状态a的温度高于状态cC.a→c过程中气体吸收热量D.a→c过程中外界对气体做正功
由于a→b的过程为等温过程，即状态a和状态b温度相同，分子平均动能相同，对于理想气体，状态a的内能等于状态b的内能，故A错误；由于状态b和状态c体积相同，且pb