适用于新教材2024版高考物理一轮总复习第14章热学第3讲热力学定律与能量守恒定律课件

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一、热力学第一定律1.改变物体内能的两种方式物体吸收热量内能不一定增大(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增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　。 注意W和Q的正负 
二、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　为另一种形式,或者是从一个物体　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　。 
三、热力学第二定律1.热力学第二定律的两种表述(1)按照热传递的方向性可表述为:热量不能　自发地　 从低温物体传到高温物体。这是热力学第二定律的克劳修斯表述。(2)按照机械能与内能转化的方向性可表述为:　不可能　从单一热库吸收热量,使之完全变成功,而不产生其他影响。这是热力学第二定律的开尔文表述。 
2.热力学第二定律的微观意义:一切自然过程总是沿着分子热运动无序性　增大　的方向进行。 说明:(1)热力学第二定律的上述两种表述是等价的,可以从一种表述推导出另一种表述。(2)热力学第二定律又叫熵增加原理,即在任何自然过程中,一个孤立系统的总熵不会减少。易错辨析·判一判(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,气体的内能一定减少。(　×　)(3)物体吸收热量,同时对外做功,内能可能不变。(　√　)(4)热机中,燃气的内能可以全部变为机械能而不引起其他变化。(　×　)
1.热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种方式改变内能的过程是等效的,而且给出了内能的变化量和做功与热传递之间的关系。2.对公式ΔU=Q+W符号的规定
3.几种特殊情况(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量。(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量。(3)若过程的始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。
4.两类永动机的比较
对点演练1.(2021山东卷)如图所示,密封的矿泉水瓶中,距瓶口越近水的温度越高。一开口向下、导热良好的小瓶置于矿泉水瓶中,小瓶中封闭一段空气。挤压矿泉水瓶,小瓶下沉到底部;松开后,小瓶缓慢上浮。上浮过程中,小瓶内气体(　　)A.内能减少B.对外界做正功C.增加的内能大于吸收的热量D.增加的内能等于吸收的热量答案 B
解析 距瓶口越近水的温度越高,上浮过程中,小瓶内气体温度升高,内能增加,A错误;上浮过程中,小瓶内气体体积增加,对外界做正功,B正确;根据热力学第一定律可知,增加的内能小于吸收的热量,C、D错误。
2.(2022重庆调研)夏天,从湖底形成的气泡,在缓慢上升到湖面的过程中没有破裂。若越接近水面,湖内水的温度越高,大气压强不变,将泡内气体视为理想气体。则在气泡缓慢上升的过程中,对于泡内气体,下列说法正确的是(　　)A.每一个气体分子的热运动都变快B.对气泡壁单位面积单位时间内的冲量变小C.对气泡壁做功,内能减少D.内能增大,放热答案 B
1.热力学第二定律的理解(1)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”是说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。(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。
(3)热力学过程方向性实例
(4)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。
2.热力学第一、第二定律的比较
对点演练3.(2022广东卷)利用空调将热量从温度较低的室内传递到温度较高的室外环境,这个过程　　　(选填“是”或“不是”)自发过程。该过程空调消耗了电能,空调排放到室外环境的热量　　　　(选填“大于”“等于”或“小于”)从室内吸收的热量。 答案 不是　大于解析 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,故空调将热量从温度较低的室内传递到温度较高的室外环境不是自发过程;根据热力学第一定律,空调排放到室外环境的热量等于从室内吸收的热量与消耗的电能之和。
4.(2020全国Ⅱ卷)下列关于能量转换过程的叙述,违背热力学第一定律的有　　　　,不违背热力学第一定律,但违背热力学第二定律的有　　　　。(填正确答案标号) A.汽车通过燃烧汽油获得动力并向空气中散热B.冷水倒入保温杯后,冷水和杯子的温度都变得更低C.某新型热机工作时将从高温热源吸收的热量全部转化为功,而不产生其他影响D.冰箱的制冷机工作时从箱内低温环境中提取热量散发到温度较高的室内答案 B　C
解析 B项中,冷水倒入保温杯后,在热传递过程中,保温杯降温,冷水必升温,若都降温,就违背了热力学第一定律;C项中,新型热机的效率也达不到100%,热量不可能全部转化为功,违背了热力学第二定律。
1.热力学定律与气体实验定律问题的处理方法(1)气体实验定律问题的研究对象是一定质量的理想气体。(2)解决具体问题时,分清气体的变化过程是求解问题的关键,根据不同的变化,找出与之相关的气体状态参量,利用相关规律解决。(3)对理想气体,只要体积变化,外界对气体(或气体对外界)就要做功,如果是等压变化,W=pΔV;只要温度发生变化,其内能就发生变化。(4)结合热力学第一定律ΔU=W+Q求解问题。
2.与理想气体相关的热力学问题的分析方法对一定量理想气体的内能变化,吸热还是放热及外界对气体如何做功等问题,可按下面方法判定:(1)做功情况看体积体积V减小→外界对气体做功→W>0;体积V增大→气体对外界做功→W0;温度T降低→内能减少→ΔUQ1,选项B错误;c→a过程的内能变化ΔU30,根据热力学第一定律,c→a过程, ΔU3=W3+Q3,得出W3