2023版步步高物理一轮复习讲义第十五章 第3讲　热力学定律与能量守恒定律

第3讲　热力学定律与能量守恒定律目标要求　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制成．考点一　热力学第一定律1．改变物体内能的两种方式(1)做功；(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热量与外界对它所做的功的和．(2)表达式：ΔU＝Q＋W.(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，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变．(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，它违背了能量守恒定律．1．做功和热传递的实质是相同的．(　×　)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．(　√　)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，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　(多选)(2021·湖南卷·15(1)改编)如图，两端开口、下端连通的导热汽缸，用两个轻质绝热活塞(截面积分别为S1和S2)封闭一定质量的理想气体，活塞与汽缸壁间无摩擦．在左端活塞上缓慢加细沙，活塞从A下降h高度到B位置时，活塞上细沙的总质量为m.在此过程中，用外力F作用在右端活塞上，使活塞位置始终不变．整个过程环境温度和大气压强p0保持不变，系统始终处于平衡状态，重力加速度为g.下列说法正确的是(　　)A．整个过程，理想气体的分子平均动能保持不变B．整个过程，理想气体的内能增大C．整个过程，理想气体向外界释放的热量小于(p0S1h＋mgh)D．左端活塞到达B位置时，外力F等于eq \f(mgS2,S1)答案　ACD解析　根据汽缸导热且环境温度没有变，可知汽缸内的温度也保持不变，则整个过程，理想气体的分子平均动能保持不变，内能不变，A正确，B错误；由内能不变可知理想气体向外界释放的热量等于外界对理想气体做的功：Q＝WpB；所以在达到平衡过程中外界对封闭气体做的功有WA>WB则根据ΔU＝W＋Q因为汽缸和活塞都是绝热的，即Q＝0，故有ΔUA>ΔUB即重新平衡后汽缸A内气体的内能大于汽缸B内气体的内能；由题图乙中曲线可知曲线②中分子速率大的分子数占总分子数百分比较大，即曲线②的温度较高，由前面分析可知汽缸B温度较低，故曲线①表示汽缸B中气体分子的速率分布规律．8.(2020·江苏卷·13(3))一定质量的理想气体从状态A经状态B变化到状态C，其p－eq \f(1,V)图像如图所示，求该过程中气体吸收的热量Q.答案　2×105 J解析　气体由A→B为等压变化过程，则外界对气体做的功W1＝p(VA－VB)气体由B→C为等容变化过程，则W2＝0根据热力学第一定律得ΔU＝(W1＋W2)＋QA和C的温度相等ΔU＝0代入数据解得Q＝2×105 J.9.(多选)一定质量的理想气体，从初始状态A经状态B、C、D再回到状态A，其体积V与温度T的关系如图所示．图中TA、VA和TD为已知量，则下列说法正确的是(　　)A．从状态A到B，气体经历的是等压过程B．从B到C的过程中，气体的内能减小C．从C到D的过程中，气体向外放热D．气体在状态D时的体积VD＝eq \f(TDVA,TA)答案　CD解析　从状态A到B，气体经历的是等容过程，所以A错误；从B到C的过程中，温度不变，则气体的内能不变，所以B错误；从C到D的过程中，气体温度降低，气体内能减小，ΔU0 ，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，Q0，据ΔU＝W＋Q知，Qbc>|W|，即Qbc>Qab，故B错误．由eq \f(pV,T)＝C知，c状态温度高于a状态温度，则c→a过程内能减少，ΔU0，属于放热过程，由ΔU＝Q＋W知，W