备考2024届高考物理一轮复习讲义第十五章热学第3讲热力学定律和能量守恒定律考点1热力学第一定律及能量守恒定律

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考点1 热力学第一定律及能量守恒定律
1.改变物体内能的两种方式
（1）[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[2] 热量 与外界对它所做的功的和.
（2）表达式：ΔU＝[3] 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[6] 产生 ，也不会凭空消失，它只能从一种形式[7] 转化 为其他形式，或者从一个物体[8] 转移 到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量[9] 保持不变 .
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.
（2）第一类永动机是不可能制成的，它违背了[10] 能量守恒定律 .
依据下面情境，判断下列说法对错.如图所示为第一类永动机的设计图，它违背了能量守恒定律.第二类永动机违背了热力学第二定律，即从单一热源吸收的热量不可能完全变成功而不产生其他影响.
（1）物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变.（ √ ）
（2）做功改变物体内能的过程是内能与其他形式的能相互转化的过程.（ √ ）
（3）自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，说明能量正在消失.（ ✕ ）
（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.（ ✕ ）
研透高考 明确方向
1.[2022山东]如图所示，内壁光滑的绝热汽缸内用绝热活塞封闭一定质量的理想气体，初始时汽缸开口向上放置，活塞处于静止状态，将汽缸缓慢转动90°过程中，缸内气体（ C ）
A.内能增加，外界对气体做正功
B.内能减小，所有分子热运动速率都减小
C.温度降低，速率大的分子数占总分子数比例减少
D.温度升高，速率大的分子数占总分子数比例增加
解析 初始时气体的压强p1＝p0＋mgS，体积为V1，温度为T1；将汽缸缓慢转过90°后，气体的压强为p2＝p0，体积为V2，温度为T2.易知V2＞V1，故气体对外界做功，因汽缸和活塞都是绝热的，根据热力学第一定律可得ΔU＜0，由于一定质量的理想气体内能只与气体温度有关，所以T1＞T2，A、D错误.温度降低，不是所有气体分子热运动速率都减小，但速率大的分子数占总分子数的比例减小，B错误，C正确.
方法点拨
热力学第一定律的三种特殊情况
课标要求
核心考点
五年考情
核心素养对接
1.知道热力学第一定律.通过有关史实，了解热力学第一定律和能量守恒定律的发现过程，体会科学探索中的挫折和失败对科学发现的意义.
2.理解能量守恒定律，能用能量守恒的观点解释自然现象.体会能量守恒定律是最基本、最普遍的自然规律之一.
3.通过自然界中宏观过程的方向性，了解热力学第二定律.
热力学第一定律及能量守恒定律
2023：天津T2，全国甲T33（1）；
2022：山东T5；
2021：山东T2，天津T6；
2019：全国ⅠT33（1）
1.物理观念：掌握热力学第一定律的应用，进一步促进相互作用观念及能量观念的形成.
2.科学思维：用综合分析的方法推导出热力学第一定律，并用来解释和计算能量转化和转移问题；了解归纳热力学第二定律的过程和方法，用来解释常见的不可逆过程.
3.科学态度与责任：基于对热力学定律的认识，讨论合理开发和利用能源的问题，培养可持续发展观念，提升社会责任感.
热力学第二定律
2020：全国ⅡT33（1）
热力学第一定律与气体实验定律的综合应用
2023：山东T9，广东T13；
2022：辽宁T6，北京T3，全国乙T33（1）
命题分析预测
热力学定律单独考查时侧重考查对热力学定律的理解，也常与气体实验定律、图像等结合考查，主要为选择题形式，难度中等偏易.预计2025年高考可能会结合图像考查热力学定律，要充分理解图像中各个拐点表示的意义，学会从图像中获取信息，提升科学思维.
物理量
＋
－
W
外界对物体做功
物体对外界做功
Q
物体吸收热量
物体放出热量
ΔU
内能[4]增加
内能[5] 减少
特殊情况
结论
分析
过程是绝热的
Q＝0，W＝ΔU
外界对物体做的功等于物体内能的增加量
过程中不做功
W＝0，Q＝ΔU
物体吸收的热量等于物体内能的增加量
过程的始、末状态物体的内能不变
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