高考物理一轮复习 第14章 选考部分 第52课时 热力学定律能量守恒定律学案-人教版高三全册物理学案

第52课时热力学定律能量守恒定律

考点1热力学第一定律

自主梳理O

1.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：AU=0+巳

2.热力学第一定律符号意义

符号WQ△U

+外界对物体做功物体②吸收热量内能因增加

物体对外界做功物体困放;II热量内能回减小

3.能的转化和守恒定律

(1)内容：能量既不会凭空旌，也不会凭空道宏，它只能从一种形式转化为另

•种形式，或者从•个物体技移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的O总量保持

不变。

(2)第一类永动机：违背能量守恒定律的机器被称为第一类永动机。它是口不可能制成

的。

典题示例。

一例11一定质量的气体，在从状态1变化到状态2的过程中，吸收热量28()J,并对

外做功120J,试问：

(1)气体的内能怎样发生变化？变化了多少？

(2)如果气体乂返回原来的状态，并放出了240J热量，那么在返回的过程中是气体对

外界做功，还是外界对气体做功？做功多少？

解析⑴由热力学第一定律可得△△=/f+g—120J-F280J=160J,气体的内能增

加了160Jo

(2)由十气体的内能仅与状态有关，所以气体从状态2回到状态1的过程中内能应减少，

其减少量应等于从状态1到状态2的过程中内能的增加量，则从状态2到状态1的内能应减

少160J,即=-i60J,又0=-240J,根据热力学第一定律得：=肥+。'，

所以『=△〃-Q'=-160J-(-240J)=80J,即外界对气体做功80J。

答案（1）增加‘160J'（2）外界对气体做功'80J

第命感喷

（1）要弄清各量的正负号含义，一定要准确掌握热力学第一定律的符号法则。

（2）考虑问题要全面，做功和热传递都能改变物体的内能，忽视任一方式都会造成错解。

即时训I练。

1.（多选）一定质量的理想气体，当发生如下哪些状态变化时，能放出热量（）

A.体积不变，压强减小B.乐强不变，体积减小

C.温度不变，体积减小D.温度不变，压强减小

答案ABC

nV

解析根据;=C可知，体积不变，压强减小，则温度降低，内能减小，即/=0、A伏0,

根据△4=/+0可知次0,则气体放热，A正确；同理压强不变，体积减小，则温度降低，

内能减小，即〃>0、，U=0,根据△。-W+0可知60,气体放热，B正确；温度不变，体

积减小，即&U=0、//>0,则。0,气体放热，C正确：温度不变，压强减小，则体积变大,

即A^=0,R0,则00,气体吸热，D错误。

2.（粤教版选修3-3P73-T3）在一个密闭隔热的房间里，有一电冰箱正在工作，如果

打开电冰箱的门，过一段时间后房间的温度会（）

A.降低B.不变

C.升高D.无法判断

答案C

解析电冰箱工作时，将部分电能转化为热能散发到房间内，所以房间内温度升高，C

正确。

3.（多选）夏天，小明同学把自行车轮胎上的气门芯拔出的时候，会觉得从轮胎里喷出

的气体凉，如果把轮胎里的气体视为理想气体，则关于气体喷出的过程，下列说法正确的是

（）

A.气体的内能减少

B.气体的内能不变

C.气体来不及与外界发生热交换，对外做功，温度降低

D.气体膨胀时，热量散得太快，使气体温度降低了

E.气体分子的平均动能减小

答案ACE

解析气体喷出时，来不及与外界交换热量，发生绝热膨张，即gO、收0,根据

=砂+0可知卜仪0,即内能减少，温度降低，气体分子的平均动能减小，A、C、E正确。

考点2热力学第二定律的理解与应用

自主梳理。

1.热力学第二定律的三种表述

（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：不可能从单一热源吸收热量,使之完全变成功，而不产生K他影

Ifio或表述为“第二类永动机不可能制成”。

（3）用燧的概念表述：在任何自然过程中，一个孤立系统的总烯不会减小（热力学第二

定律又叫做燃增加原理）。

2.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。

小题练透办

1.（2017•南昌模拟）（多选）下列叙述和热力学定律相关，其中正确的是（）

A.第一类永动机不可能制成，是因为违背了能量守恒定律

B.能量耗散过程中能量不守恒

C.电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，违背了热力学第二定律

D.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

E.物体从单一热源吸收的热量可全部用于做功

答案ADE

解析第一类永动机违背能量守恒定律，A正确；能量耗赦过程中能量也是守恒的，B

错误；电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，因为它消耗了电能，所以不

违背热力学第二定律，C错误；能量耗散反映了能量转化的方向性，D正确：在产生了其他

影响的情况卜.，物体从单一热源吸收的热量可以全部用于做功，E正确。

2.（人教版选修3-3P61-T2改编）（多选）下列现象中能够发生的是（）

A.一杯热茶在打开杯盖后，茶会自动变得更热

B.蒸汽机把蒸汽的内能全部转化成机械能

C.桶中混浊的泥水在静置一段时间后，泥沙下沉，上面的水变清，泥、水自动分离

D.电冰箱通电后把箱内低温物体的热量传到箱外高温物体

答案CD

解析A、B违背热力学第二定律，故不能发生，A、B错误：泥水分离是由「重力作用,

能够发生，C正确；选项D可以通过消耗电能的方式实现，故能发生，I）正确。

考点3热力学定律与气体实验定律的综合

;核心综述。

解答此类问题基本流程

典题示例e

[例2]

如图所示，•圆柱形绝热汽缸竖宜放置，通过绝热活塞封闭着•定质量的理想气体。已

知外界大气压强为外，活塞的横截面积为5、质量为m=器，活塞与容器底部相距力，此时

封闭气体的温度为几现在活塞上放置一质量与活塞质量相等的物块，再次平衡后活塞与容

9

器底部相距而力，接下来通过电热丝缓慢加热气体，气体吸收热量。时，活塞再次回到原初

始位置。重力加速度为g，不计活塞与汽缸的摩擦。求:

(1)活塞上放置物块再次平衡后，气体的温度；

(2)加热过程中气体的内能增加量。

解析(1)由平衡条件可知

初状态：D="十号=]”刀=九W=Sh,

.'IF天_1_2侬39

禾伏态：--—=-/h,l-2=-Sn,

由埋想气体状态方程得：竽=罕，解得7-^7o0

(2)由热力学第一定律八(7=加+0,式中

，一。/c.e3Ahs

“一一记(2侬+R5)=——,

解得V0+勺上噜3

答案⑴寮⑵人等

一定量的理想气体发生变化，一般有绝热过程(go)、无功过程(始=0)、一•般过程(久

/均不为零)。

(I)做功情况看体积

体积/减小一外界对气体做功一F>0：

体枳/增大-*气体对外界做功一"三。AK0：

自由膨胀一40

体积不变一,三,Ar=o

(2)内能变化看温度(理想气体)

温度r升高一内能增加~A£>o：

温度r降低一内能减少一△伏o；

温度r不变一内能不变一A&-0。

(3)吸热还是放热，一般题目中会说明，或由热力学第一定律△C-0+先知道/和

后确定。的正负。

即时训练。

（2017•湖南师大附中检测）如图所不，体积为K内壁光滑的圆柱形导热汽缸顶部有一

质量和厚度均可忽略的活塞；汽缸内密封有温度为2.44、压强为1.2网的理想气体。外和

A分别为大气的压强和温度。已知：气体内能〃与

温度r的关系为〃=aAa为正的常量：容器内气体的所有变化过程都是缓慢的，求：

（1）汽缸内气体与大气达到平衡时的体积/;

（2）在活塞下降过程中，汽缸内气体放出的热量a

答案（DO.⑵%V+用”

解析（1）在气体由压强p=L2外下降到网的过程中，V不变，温度由7=2.4%变为八,

由查理定律得等=必，得：71=27；

TP

在气体温度由不变为A的过程中，体积由P减小到匕，气体压强不变，

V匕

由盖一吕萨克定律得亍=彳，解得：匕=0.5匕

I\/o

（2）活塞下降过程中,活塞对气体做功W三小（/一匕）

在这一过程中，气体内能的变化量AA-MA—0

由热力学第一定律得右人。-、'=一4左一,」/,所以汽缸内气体放出的热心十+a几

W乙

............../能力训练-紧跟高考.............

II巩固强化练II

1.一定质量的气体在某一过程中，外界对气体做了8X10,J的功，气体的内能减少了

1.2X105J,则下列各式中正确的是（）

A.#'=8X10」J,△仁1,2X10"J,4^4X10'J

B.#'=8X10"J,A^/=-1.2X105J,<2=-2X10：sJ

C.#'=-8X10'J,A1.2X105J,<2=2X10*J

D.#=-8X10'J,A^-1.2X105J,g—4X10,J

答案B

解析因为外界对气体做功，/取正值，即^8X10*J；内能减少，A。'取负值，即

△//=1.2X105J；根据热力学第一一定律△少=/川0,可知<>=△〃带=1.2X10"8X10'

J=-2X105J,B正确。

2.某驾驶员发现中午时车胎内的气压高于清晨时的，且车胎体积增大。若这段时间胎

内气体质量不变且可视为理想气体，那么（）

A.外界对胎内气体做功，气体内能减小

B.外界对胎内气体做功，气体内能增大

C.胎内气体对外界做功，内能减小

【）.胎内气体对外界做功，内能增大

答案I）

解析由，可知车胎内气体夕、/增大时，车胎内气体温度升高，内能增大；车胎

体枳增大，气体对外做功，D止确。

3.下列说法正确的是（）

A.科技的进步可以使内燃机成为单一热源的热机

B.分子间作用力的合力表现为引力时，若分子间的距离增大，则分子间的合力一定减

小，分子势能一定增大

C.显微镜下观察到的布朗运动就是液体分子的无规则运动

D.气体从外界吸收热量，其内能不一定增加

答案D

解析根据热力学第二定律，从单一热源吸收热量，全部用来对外做功而不引起其他变

化是不可能的，故A错误；分子间作用力的合力表现为引力时，若分子间的距离增大，则分

子间的合力不一定减小，分子势能一定增大，故B错误；布朗运动是悬浮在液体中的固体小

颗粒的运动，不是液体分子的运动，故C错误；根据热力学第一定律，做功和热传递都可以

改变物体的内能，气体从外界吸收热量，其内能不一定增加，故1）正确。

4.在•锅正在沸腾的水中，•个小气泡由底层缓慢地升到液面，上升过程中气泡的压

强不断减小，则气泡在上浮过程中（）

A.内能增大B.内能减小

C.外界对气泡做功D.吸收热量

答案D

解析在沸腾的水中，此环境下，气泡的温度恒定，则气泡的内能不变，故A、B错误：

根据玻意耳定律，pV=C,气泡在上升过程中，压强减小，则体积增大，即气泡对外做功，

故C错误：通过上述分析，得知气泡内能不变，且对外做功，根据&U=W+Q,则气泡吸收

r热量，故D正确。

5.多（选）关于热力学定律，下列说法正确的是（）

A.为了增加物体的内能，必须对物体做功或向它传递热量

B.对某物体做功，必定会使该物体的内能增加

C.可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功

I）.不可能使热量从低温物体传向高温物体

答案AC

解析由A可知做功和热传递是改变内能的两种途径，它们是等效的，A正确，

B错误；由热力学第二定律可知，可以从单一热源吸收热量，便之全部变为功，但会产生其

他影响，C止确：由热力学第二定律知，热量只是不能自发地从低温物体传向高温物体，D

错误。

6.（多选）以下哪个现象不违背热力学第二定律（）

A.一杯热茶在打开盖后，茶会自动变凉

B.没有漏气、没有摩擦的理想热机，其效率可能是100%

C.热量自发地从低温物体传到高温物体

D.在地面上运动的物体逐渐停下来，机械能全部变为内能

答案AD

解析热茶自动变凉是热从高温物体传递到低温物体，A正确；任何热机效率都不可能

达到100%,B错误：热量不能自发地从低温物体传到高温物体，C错误：物体因摩擦力而停

下来，是机械能（动能）向内能的转化，是自发过程，D正确。

7.（2017•东北三省四市联考）（多诜）如图所示，一条热容器被隔板〃隔开成a、匕两部

分。已知a内有一定量的稀薄气体，。内为真空。抽开隔板《后，a内气体进入儿最终达

到平衡状态。在此过程中（）

A.气体对外界做功，内能减少

B.气体不做功，内能不变

C.气体压强变小，温度降低

I).气体压强变小，温度不变

答案BI)

解析a内气体向真空膨胀，不对外界做功，故A错误；又因容器绝热，0=0,由热力

学第一定律知，A。-。，故B正确：由玻意耳定律知压强减小，稀薄气体可看做理想气体,

内能不变，则温度不变，C错误，D正确。

4p/(xlO5Pa)

1：：

I1j

0123l//(x10-3m3)

8.一定质量的理想气体从状态力变化到状态6再变化到状态。，其状态变化过程的小修

图象如图所示。已知该气体在状态力时的温度为27°C。

(1)求该气体在状态从。时的温度；

(2)该气体从状态力到状态。的过程中是吸热还是放热？传递的热量是多少？

答案(1)-73C27c(2)吸收热量200J

解析⑴气体从状态力到状态8做等容变化，由查理定律有趣崂，解得。=200K,

即%=-73C；

KVr

气体从状态8到状态C做等压变化，由盖一吕萨克定律有解得刀=300K,即

笈=27

(2)因为状态力和状态。温度相等，内能不变，所以在这个过程中AA-0

由热力学第一定律△〃-。+犷得心一/「

在整个过程中，气体在8到。过程对外做功，故

4—pmK=-200J

即g-W-200J,是正值，所以气体从状态力到状态。过程中是吸热，吸收的热量。

=200Jo

II真题模拟练11

9.（2016•全国卷1）（多选）关于热力学定律，下列说法正确的是（）

A.气体吸热后温度一定升高

B.对气体做功可以改变其内能

C.理想气体等压膨胀过程一定放热

D.热量不可能自发地从低温物体传到高温物体

E.如果两个系统分别与状态确定的第三个系统达到热平衡，那么这两个系统彼此之间

也必定达到热平衡

答案BDE

解析根据热力学第一定律，气体吸热的同时若对外做功，则内能不一定增大，温度不

一定升高，A错误；对气体做功可以改变其内能，B正确；理想气体等压膨胀过程，对外做

功，由理想气体状态方程，可知，气体温度升高，内能增大，故气体一定吸热，C错误;

根据热力学第二定律知，热量不可能自发地从低温物体传到高温物体，D正确；根据热平衡

定律，如果两个系统分别与状态确定的第三个系统达到热平衡，那么这两个系统彼此之间也

必定达到热平衡，E正确。

10.（2017•江苏南通四校联考）（多选）一定质量的理想气体，沿箭头方向由状态1变化

到状态2,其中气体放出热量的变化过程是（

0T

C

答案BD

解析A项，由图象是双曲线知，状态到状态2是等温变化过程，故状态1与状态2

温度相同内能相同，又从状态1至状态2气体的体积增加，故气体对外做功，根据热力学第

一定律知，气体从外界吸热，故A错误；B项，由图象有0》像，匕》心根据埋想气体状态方

程沫=早知T”z,所以从状态1至状态2,气体体积减小所以外界对气体做功，又汽>我

说明气体的内能减小，根据热力学第一定律知气体对外放热，故B正确；C项，由图象知，

状态1至状态2,气体温度升高内能增加，气体体积增大气体对外做功，根据热力学第一定

律知，气体从外界吸收热量，故C错误：D项，由图象知气体的体积保持不变，气体对外界

不做功，从状态2至状态1气沐的温度降低内能减小，根据热力学第一定律，气体对外放热，

故D止确。

（多选）一定量的理想气体从状态a开始，经历等温或等压近程be、cd、da回到原

状态，其图象如图所示，其中对角线ac的延长线经过原点&下列判断正确的是（）

A.气体在a、，两状态的体积相等

B.气体在状态a时的内能大于它在状态。时的内能

C.在过程cd中气体向外界放出的热量大于外界对气体做的功

D.在过程曲中气体从外界吸收的热量小于气体对外界做的功

E.在过程A中外界对气体做的功等于在过程da中气体对外界做的功

答案ABE

解析在/>7图象中过原点的倾斜直线都是等容线，a、c在同一等容线上，体积相等，

A正确；一定质量的理想气体,分子数确定，不计分子势能，因此内能只与温度有关，由图

象知T〉£,即气体在状态a时的内能大于状态c时的内能，B正确：根据热力学第-定律

△//三/+0可知，在c-d中了不变，即ACO,那么#=一。，

即向外界放出的热量等于外界对气体做的功，C