新教材适用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

这是一份新教材适用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，共48页。PPT课件主要包含了知识梳理·双基自测，核心考点·重点突破，年高考·1年模拟，Q＋W，W＝ΔU，Q＝ΔU，W＋Q＝0，W＝－Q，引起其他影响，保持不变等内容，欢迎下载使用。

第3讲　热力学定律与能量守恒定律
1．内容一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的______与外界对它所做功的和。2．表达式ΔU＝_________。
3．ΔU＝Q＋W的三种特殊情况(1)绝热过程：Q＝___，则____________，外界对物体做的功等于物体内能的增加。(2)等容过程：W＝___，则____________，物体吸收的热量等于物体内能的增加。(3)等温过程：ΔU＝___，则_______________或____________，外界对物体做的功等于物体放出的热量。
1．两种表述(1)克劳修斯表述(按热传导的方向性表述)：热量不能自发地从低温物体传到高温物体。(2)开尔文表述(按机械能和内能转化过程的方向性表述)：不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不__________________。
3．熵增加原理在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会______。
1．内容能量既不会凭空_____，也不会凭空______，它只能从一种形式______为另一种形式，或者从一个物体______到另一个物体，在转化或转移的过程中能量的总量____________。2．能源的利用(1)存在能量耗散和____________。(2)重视利用能源时对______的影响。(3)要开发新能源(如_________、生物质能、风能等)。
一、堵点疏通1．为了增加物体的内能，必须对物体做功或向它传递热量，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，气体的内能可能不变。( 　　)3．在给自行车打气时，会发现打气筒的温度升高，这是因为打气筒从外界吸热。( 　　)4．可以从单一热源吸收热量，使之完全变成功。( 　　)
二、对点激活1．(2023·宁波高三阶段性检测)如图所示，每天清晨环卫工人开着洒水车把路面洒湿，可使路面不起灰尘、空气更加清新，给人们一天的生活带来好心情。洒水车在缓慢洒水过程中，若车胎不漏气，胎内气体温度不变，不计分子间势能，则( 　　)A．胎内气体对外界做正功B．轮胎与地面摩擦发热，故胎内气体 的内能增加C．胎内气体温度不变，故与外界无热传递D．胎内气体温度不变，故每个气体分子的速率都不变
2．下列叙述，正确的是( 　　)A．气体吸热后温度一定升高B．热量不可能从低温物体传到高温物体C．能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性D．物体从单一热源吸收的热量在不引起外界变化的情况下可全部用于做功
[解析]根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W，气体吸热后如果对外做功，则温度不一定升高，A错误；根据热力学第二定律，热量不可能自发地从低温物体传到高温物体，但在引起外界变化的情形下，可以从低温物体传到高温物体，B错误；能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性，C正确；根据热力学第二定律，物体从单一热源吸收的热量在不引起外界变化的情况下，不可能使之完全变成功，D错误。
1．热力学第一定律的理解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定量关系。2．对公式ΔU＝Q＋W的符号的规定
(多选)(2023·安徽合肥高三开学考试)如图所示，p和V分别表示压强和体积，a、b、c和d为一定质量理想气体的四个状态，其中曲线ad和bc为两段双曲线，ab和cd都平行于横轴，下列判断正确的是( )A．从状态a沿双曲线到状态d的过程中，气体内能不变B．从状态b沿双曲线到状态c的过程中，气体内能不断增加C．从状态a沿双曲线到状态d的过程中，气体从外界吸收热量D．从状态a沿直线到状态b的过程中，气体向外界放出热量E．从状态d沿直线到状态c的过程中，气体从外界吸收热量
[解析]从状态a沿双曲线到状态d的过程中，温度不变，内能不变，A正确；同理，从状态b沿双曲线到状态c的过程中，温度不变，内能不变，B错误；从状态a沿双曲线到状态d的过程中，温度不变，内能不变ΔU＝0，体积增大、对外界做功W<0，根据热力学第一定律可知气体从外界吸收热量，C正确；从状态a沿直线到状态b的过程中，做等压变化，体积增大，可知温度升高、内能增加，体积增大、气体对外界做功，根据热力学第一定律可知气体从外界吸收热量，D错误；从状态d沿直线到状态c的过程中，做等压变化，体积增大，可知温度升高、内能增加，体积增大、气体对外界做功，根据热力学第一定律可知气体从外界吸收热量，E正确。
1．气体做功情况的判定方法(1)若气体体积增大，则气体对外做功，W<0，气体向真空膨胀除外。(2)若气体体积减小，则外界对气体做功，W>0。(3)若气体体积不变，即等容过程，则W＝0。2．理想气体内能变化情况的判定方法对一定质量的理想气体，由于无分子势能，其内能只包含分子无规则热运动的动能，其内能只与温度有关。
3．应用热力学第一定律时，首先要明确研究对象是哪个物体或哪几个物体组成的系统；其次要正确掌握公式的符号法则，对已知量，必须按符号法则确定它们的正负号后，再代入公式计算；对未知量，可先按正号代入公式，根据计算结果的正负，确定问题的答案。
〔变式训练1〕　(2023·天津模拟预测)自热米饭因其便于加热和携带越来越受到“驴友”的欢迎。自热米饭盒内有一个发热包，遇水发生化学反应而产生大量热能，不需要明火，温度可超过100 ℃，盖上盒盖便能在10～15分钟内迅速加热食品。自热米饭的盖子上有一个透气孔，如果透气孔堵塞，容易造成小型爆炸。下列说法正确的是( 　　)
A．自热米饭盒爆炸，是盒内气体温度升高，气体分子间斥力急剧增大的结果B．在自热米饭盒爆炸的瞬间，盒内气体内能增加C．在自热米饭盒爆炸的瞬间，盒内气体温度降低D．自热米饭盒爆炸前，盒内气体温度升高，标志着每一个气体分子速率都增大了
[解析]自热米饭盒爆炸，是盒内气体温度升高，气体压强急剧增大的结果，故A错误；在自热米饭盒爆炸的瞬间，盒内气体对外做功，且来不及与外界进行热量交换，根据热力学第一定律可知盒内气体内能减少，温度降低，故B错误，C正确；自热米饭盒爆炸前，盒内气体温度升高，气体分子平均速率增大，表现的是一种统计规律，并不代表每一个气体分子速率都增大了，故D错误。
1．热力学第二定律的理解(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。
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。特别提醒：热量不可能自发地从低温物体传到高温物体，但在有外界影响的条件下，热量可以从低温物体传到高温物体，如电冰箱；在引起其他变化的条件下内能可以全部转化为机械能，如气体的绝热膨胀过程。
(多选)(2023·河北张家口高三模拟)如图所示，电冰箱由压缩机、冷凝器、毛细管、蒸发器四个部分组成一个密闭的连通系统，制冷剂在连通系统内循环流经这四个部分。各部分的温度和压强如图所示，则下列说法正确的是( )
A．冷凝器向环境散失的热量一定大于蒸发器从冰箱内吸收的热量B．该过程实现了热量从低温物体向高温物体传递C．制冷剂在蒸发器中的状态可以看成理想气体D．制冷剂在通过冷凝器的过程中分子势能和分子动能都降低
[解析]根据热力学第一定律，Q1(从低温物体吸收的热量)＋W(压缩机对系统做功)＝Q2(向高温物体释放的热量)，A正确；这一过程不是自发完成的，蒸发器和冷凝器两处的热交换方向都是从高温物体向低温物体，整个过程实现了热量从低温物体向高温物体传递，符合热力学第二定律，B正确；制冷剂在蒸发器中虽然是气体状态，但是不满足远离液化的状态，不能看成理想气体，C错误；在冷凝器中制冷剂温度降低，分子平均动能降低，分子间距从气体过渡到液体，分子势能降低，D正确。
〔变式训练2〕　(多选)(2022·大连高三期末)如图所示为某品牌的气压式电脑椅，其主要结构可简化为汽缸和活塞的组合体，人离开椅子后，汽缸内的气体体积增大，将椅子顶起，假设汽缸内的气体可视为理想气体，则下列说法正确的是( )
A．如果气体吸收的热量比对外做的功少，则违背了热力学第一定律B．如果气体与外界没有热量交换，则汽缸内的气体温度一定降低C．如果气体与外界没有热量交换，说明从单一热库吸收的热量可以全部用来对外做功D．人坐下时，外界对气体做功，如果做功数值与气体向外界放出的热量相等，则缸内气体的温度一定不变
[解析]如果气体吸收的热量比对外做的功少，则气体的内能增加，并不能说明该过程违背了热力学第一定律，故A错误；如果气体与外界没有热量交换，则Q＝0，气体体积增加，对外做功，W为负值，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，知ΔU也为负值，即气体的内能减少，气体的温度一定降低，故B正确；如果气体与外界没有热量交换，并不能说明没有引起其他的变化，所以不能说明从单一热库吸收的热量可以全部用来对外做功，故C错误；人坐下时，外界对气体做功，W为正值，如果气体向外界放出热量，则Q为负值，当W＋Q＝0时，说明气体的内能不变，则缸内气体的温度一定不变，故D正确。
(1)不规则物体的体积V；(2)缸内气体向外界放出的热量Q。
[答案]　(1)0.2LS　(2)0.8mgL
〔变式训练3〕　(2023·天津模拟预测)气垫运动鞋表面材质导热良好，防滑耐用，可以在运动过程中起到很好的缓冲作用。使用过程中，气垫内气体被反复压缩、扩张，下列说法正确的是( 　　)A．踩下时，气垫内气体压强增大B．踩下时，气垫内气体平均动能增大C．踩下后抬起脚时，气垫内气体向外界放热D．踩下后抬起脚时，气体对外做功数值大于气 体吸收的热量
1.(多选)(2022·全国甲卷)一定量的理想气体从状态a变化到状态b，其过程如p－T图上从a到b的线段所示。在此过程中( )A．气体一直对外做功B．气体的内能一直增加C．气体一直从外界吸热D．气体吸收的热量等于其对外做的功E．气体吸收的热量等于其内能的增加量
[解析]根据理想气体状态方程可知，过原点的p－T图像的斜率与体积V有关，一定量的理想气体从状态a到状态b，体积不变，对外不做功，选项AD错误；理想气体的内能只与温度有关，又一定量理想气体从状态a到状态b，温度一直升高，则气体内能一直增加，选项B正确；由热力学第一定律可知，气体一直从外界吸热，气体吸收的热量等于其内能的增加量，选项CE正确。
2．(多选)(2022·全国乙卷)一定量的理想气体从状态a经状态b变化到状态c，其过程如T－V图上的两条线段所示，则气体在( )A．状态a处的压强大于状态c处的压强B．由a变化到b的过程中，气体对外做功C．由b变化到c的过程中，气体的压强不变D．由a变化到b的过程中，气体从外界吸热E．由a变化到b的过程中，从外界吸收的热量等于其增加的内能
3．(多选)(2022·湖南卷)利用“涡流效应”可实现冷热气体的分离。如图，一冷热气体分离装置由喷嘴、涡流室、环形管、分离挡板和冷热两端管等构成。高压氮气由喷嘴切向流入涡流室中，然后以螺旋方式在环形管中向右旋转前进，分子热运动速率较小的气体分子将聚集到环形管中心部位，而分子热运动速率较大的气体分子将聚集到环形管边缘部位。气流到达分离挡板处时，中心部位气流与分离挡板碰撞后反向，从A端流出，边缘部位气流从B端流出。下列说法正确的是( )
A．A端为冷端，B端为热端B．A端流出的气体分子热运动平均速率一定小于B端流出的C．A端流出的气体内能一定大于B端流出的
D．该装置气体进出的过程满足能量守恒定律，但违背了热力学第二定律E．该装置气体进出的过程既满足能量守恒定律，也满足热力学第二定律
[解析]分子热运动速率较大的气体分子将聚集到环形管边缘部位，从B端流出，分子热运动速率较小的气体分子将聚集到环形管中心部位，中心部位气流与分离挡板碰撞后反向，从A端流出，根据温度是分子平均动能的标志可知，B端为热端，A端为冷端，A端流出的气体分子热运动平均速率一定小于B端流出的，选项A、B正确。理想气体的内能只与温度和质量有关，根据题述，不知两端流出气体的质量关系，所以不能判断出两端流出气体的内能关系，选项C错误。该装置将冷热不均的气体进行分离，喷嘴处有高压，即通过外界做功而实现，并非自发进行，不违背热力学第二定律，选项D错误，E正确。