第50讲 热力学定律与能量守恒定律（复习讲义）（福建专用）（学生版）

第50讲热力学定律与能量守恒定律目录TOC\o"1-4"\h\z\u01考情解码·命题预警 102体系构建·思维可视 303核心突破·靶向攻坚 4考点一热力学第一定律 4知识点1热力学第一定律 4知识点2热力学定律的理解 4考向热力学第一定律的理解及应用 5考点二热力学第二定律 6知识点1热力学第二定律 6知识点2热力学第一、第二定律的比较 7考向热力学第二定律 8考点三与气体图像的综合应用 9知识点处理与气体图像的综合问题的思路 9考向1热力学第一定律与气体p-T图像的综合 9考向2热力学第一定律与气体V-T图像的综合 9考向3热力学第一定律与气体p-V图像的综合 10考点三与气体实验定律的综合应用 12知识点与气体实验定律的综合问题的思路 12考向与气体实验定律的综合问题 1304真题溯源·考向感知 15

考点要求考频2025年2024年2023年（1）热力学第一定律（2）热力学第二定律理解高频2025•福建T92024•福建T92023•福建T11考情分析：1.命题形式：单选题非选择题2.命题分析：高考对热力学定律的考查较为频繁，题目以选择题和计算题出现较多，选择题的难度较为简单，计算题难度相对较高。福建近三年考查以填空题为主。3.备考建议：本讲内容备考时候，着重理解和掌握热力学第一定律和第二定律，注意概念的理解和易混概念的区别，能够熟练处理热力学第一定律与气体实验定律相结合的问题。4.命题情境：①生活实践类：解释摩擦生热/物体升温，解释冰箱/空调制冷原理，永动机不可能性等；②学习探究类：制冷技术发展与应用，热力发电厂能量流程分析，热力学循环计算与分析。5.常用方法：图像分析法复习目标：1.理解热力学第一定律，会用热力学第一定律分析有关问题。2.理解热力学第二定律，知道热现象的方向性。3.会分析热力学第一定律与气体实验定律的综合问题。考点一热力学第一定律知识点1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)符号法则物理量WQΔU＋外界对物体做功物体吸收热量内能增加－物体对外界做功物体放出热量内能减少知识点2热力学定律的理解1．对热力学第一定律的理解(1)做功和热传递在改变系统内能上是等效的。(2)做功过程是系统与外界之间的其他形式能量与内能的相互转化。(3)热传递过程是系统与外界之间内能的转移。2．热力学第一定律的三种特殊情况(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，则W＝0，Q＝ΔU，物体吸收的热量等于物体内能的增加。(3)若过程的始、末状态物体的内能不变，则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。考向热力学第一定律的理解及应用例1（2023·福建漳州·模拟）关于热力学定律，下列说法正确的是___________。A．科技的进步使得人类有可能生产出从单一热源吸热全部用来对外做功而不引起其他变化的热机B．物体对外做功，其内能一定减少C．气体向真空膨胀时虽然不对外做功，但系统的熵是增加的D．制冷设备实现从低温热源处吸热，并在高温热源处放热，没有违反热力学第二定律E．第一类永动机不可能制成，是因为它违背了能量守恒定律【变式训练1】（2024·福建厦门·三模）如图所示，小云将瘪了的乒乓球放在电吹风的上方，电吹风向上吹热风，过一会儿乒乓球就鼓了起来。乒乓球导热性能良好且无破损，球内气体可视为理想气体，则此过程中，球内气体分子的平均动能（选填“增大”“减小”或“不变”），球内气体内能的增加量（选填“大于”“等于”或“小于”）吸收的热量。【变式训练2】（2025·福建福州·模拟预测）一定质量的理想气体，从状态A到状态B到状态C，其密度的倒数ρ-1与温度T的关系图像如图所示，AB的反向延长线经过坐标原点O，BC与横轴平行，则气体从状态A到状态B，做变化（填“等压”或“等容”）；气体从状态A到状态B是（填“吸热”或“放热”）过程。考点二热力学第二定律知识点1热力学第二定律1．热力学第二定律的两种表述(1)克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体。(2)开尔文表述：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。2．热力学第二定律的“熵”描述：在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小。3.热力学第二定律的含义(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。在产生其他影响的条件下内能可以全部转化为机械能，如气体的等温膨胀过程。4．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。知识点2热力学第一、第二定律的比较热力学第一定律热力学第二定律定律揭示的问题从能量守恒的角度揭示了功、热量和内能改变量三者的定量关系自然界中出现的宏观过程是有方向性的机械能和内能的转化当摩擦力做功时，机械能可以全部转化为内能内能不可能在不引起其他变化的情况下完全变成机械能热量的传递热量可以从高温物体自发传向低温物体说明热量不能自发地从低温物体传向高温物体两定律的关系在热力学中，两者既相互独立，又互为补充，共同构成了热力学知识的理论基础2.两类永动机的比较第一类永动机第二类永动机设计要求不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功的机器从单一热源吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响的机器不可能制成的原因违背能量守恒定律不违背能量守恒定律，违背热力学第二定律考向热力学第二定律例1（2023·福建莆田·模拟预测）有一种新式高压锅，它的主体是用排气阀将一绝热容器隔成A和B两部分，A中有一定质量的气体（视为理想气体），B为真空。现把排气阀打开，A中的气体自动充满整个容器，这个过程可以认为是气体的自由膨胀。气体膨胀后的压强（填“大于”、“小于”或“等于”）膨胀前的压强；经足够长的时间，容器中的气体（填“能”或“不能”）全部自动回到A部分。【变式训练1·变载体】（2023·福建漳州·模拟）用图示实验装置来测量大气压强，将一定质量不溶于水的理想气体密封在烧瓶内，烧瓶通过细玻璃管与注射器和装有水银的U形管连接，最初竖直放置的U形管左右两边的水银面等高，烧瓶中气体体积为600mL。现用注射器缓慢向烧瓶中注入150mL的水，稳定后水银面的高度差为25cm，不计细玻璃管和U形管中气体的体积，环境温度不变。则（）A．注水过程中瓶中气体体积不变 B．注水过程中瓶中气体内能变小C．注水过程中瓶中气体放热 D．大气压强为75cmHg考点三与气体图像的综合应用知识点处理与气体图像的综合问题的思路处理热力学第一定律与气体图像的综合问题的思路：(1)根据气体图像的特点判断气体的温度、体积的变化情况，从而判断气体与外界的吸、放热关系及做功关系。(2)在p­V图像中，图线与V轴围成的面积表示气体对外界或外界对气体做的功。(3)结合热力学第一定律判断有关问题。考向1热力学第一定律与气体p-T图像的综合例1（2024·福建三明·一模）一定质量的理想气体从状态a开始，经历三个过程ab、bc、ca回到原状态，其压强p与温度t的关系图像如图所示，气体在a状态时的体积在b状态时的体积；气体在b状态的内能c状态的内能；气体在过程ca中向外界放出的热量外界对气体做的功。（都填“大于”“等于”“小于”）考向2热力学第一定律与气体V-T图像的综合例2（2024·福建泉州·二模）一定量的理想气体从状态a经状态b变化到状态c，其热力学温度和体积变化过程如图上的两条线段所示，则气体由a变化到b的过程中，气体分子平均动能（选填“变大”“不变”或“变小”），由b变化到c的过程中，气体的压强（选填“变大”“不变”或“变小”），由a变化到b的过程中，从外界吸收的热量（选填“大于”“等于”或“小于”）其增加的内能。考向3热力学第一定律与气体p-V图像的综合例3（2024·福建福州·三模）如图甲所示，某款自动洗衣机进水时，与洗衣缸相连的细管中会封闭一定质量的气体，通过压力传感器感知管中的气体压强，从而控制进水量。假设细管内气体温度不变，其压强与体积的关系如图乙所示，当气体从状态A变化到状态B时，洗衣缸内的水位（填“升高”、“降低”或“不变”），该过程细管内气体（填“吸热”“放热”或“不吸热不放热”）。【变式训练1】（2024高三上·福建宁德·阶段练习）如图所示，一定质量的理想气体从状态A经过等压变化到状态B，再经过等容变化到状态C，最终经过等温变化回到初始状态A。已知从状态A到状态B的过程中，气体吸收了300J的热量，从A到B过程气体的内能变化J，C到A过程中气体（填“吸热”、“放热”或“不吸热不放热”）。考点三与气体实验定律的综合应用知识点与气体实验定律的综合问题的思路求解热力学定律与气体实验定律的综合问题的思路：考向与气体实验定律的综合问题例1（2024·福建泉州·模拟预测）如图所示，一定质量的理想气体被活塞封闭在汽缸中，活塞的面积为S，重为（为大气压强），活塞与汽缸底部相距为。汽缸和活塞绝热性能良好。现接通电热丝加热气体，一段时间后断开，活塞缓慢向上移动后停止，整个过程中气体吸收的热量为、忽略活塞与汽缸间的摩擦，则该过程中理想气体压强（填“减小”、“增大”、“不变”），内能的增加量为。【变式训练1】（2024·福建·三模）某课外兴趣小组用薄壁轻质玻璃管制作温度计，把上端A封闭、下端B开口的玻璃管插入水中，让玻璃管竖直地浮在水中，室温为，玻璃管内空气柱长度为，此时玻璃管内外水面高度一致，如图所示。缓慢升高室温，空气柱长度发生变化，玻璃管内、外水面高度始终保持一致。已知空气柱横截面积为S，大气压强为，玻璃管总长为L且始终保持竖直。（1）求该温度计能测最的最高温度﹔（2）已知升至最高温度过程中气体吸收的热量为Q，求气体内能的变化量。【变式训练2】（2023·福建厦门·一模）如图所示，一定质量的理想气体从状态A经过等压变化到状态B，再经过等容变化到状态C，最终经过等温变化回到初始状态A。已知从状态A到状态B的过程中，气体吸收了300J的热量，从A到B过程气体的内能变化J，B到C过程中气体（填“吸热”、“放热”或“不吸热不放热”），C到A过程中气体（填“吸热”、“放热”或“不吸热不放热”）。

1．（2025·福建·高考真题）洗衣机水箱的导管内存在一竖直空气柱，根据此空气柱的长度可知洗衣机内的水量多少。当空气柱压强为p1时，空气柱长度为L1，水位下降后，空气柱温度不变，