第39讲　热力学定律　能量守恒定律

6/6第39讲热力学定律能量守恒定律1.理解热力学第一定律，能用热力学第一定律解决相关问题。2.理解热力学第二定律，知道热现象的方向性。3.会综合应用热力学第一定律和气体实验定律解决气体状态变化图像、热学过程等相关问题。双基落实1.易错判断（1）做功和传热都能改变物体的内能，其实质是相同的。（）（2）绝热过程中，若外界压缩气体做功20J，则气体的内能减少20J。（）（3）根据热力学第二定律可知，凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性。（）2.〔人教版选择性必修第三册P53“练习与应用”T1改编〕用活塞压缩汽缸里的空气，对空气做了900J的功，同时汽缸向外散热210J，汽缸里空气的内能（）A.增加了1110J B.减少了1110JC.增加了690J D.减少了690J考点一热力学第一定律能量守恒定律1.（2025·重庆高考2题）易碎物品运输中常采用缓冲气袋减小运输中冲击。若某次撞击过程中，气袋被压缩（无破损），不计袋内气体与外界的热交换，则该过程中袋内气体（视为理想气体）（）A.分子热运动的平均动能增加B.内能减小C.压强减小D.对外界做正功2.〔多选〕（2026·江苏宿迁模拟）下列关于能量守恒定律的认识，正确的是（）A.某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加B.某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加C.对物体做功，物体的内能可能减小D.石子从空中落下，最后停止在地面上，说明石子的能量消失了3.（2026·黑龙江哈尔滨模拟预测）如图所示，将一只气球放到绝热密闭的升温箱中缓慢加热，随温度的升高，气球缓慢膨胀，气球内气体压强增大，将气体视为理想气体，且气球不漏气，下列说法正确的是（）A.气球内所有气体分子的动能都增大B.气球内气体对外做的功大于气球内气体吸收的热量C.气球内的气体分子对气球壁单位面积的平均撞击力增大D.箱内气体及气球内气体总内能增加量等于从加热器上吸收的热量1.热力学第一定律的理解（1）内能的变化常用热力学第一定律进行分析。（2）做功情况看气体的体积变化：体积增大，气体对外做功，W为负；体积缩小，外界对气体做功，W为正。（3）与外界绝热，则不发生传热，此时Q＝0。（4）对于理想气体，因理想气体忽略分子势能，所以当其内能变化时，微观体现为分子动能发生变化，宏观体现为温度发生变化。2.三种特殊情况过程含义内能变化物理意义绝热Q＝0ΔU＝W外界对物体做的功等于物体内能的增加量等容W＝0ΔU＝Q物体吸收的热量等于物体内能的增加量等温ΔU＝0W＝－Q外界对物体做的功，等于物体放出的热量考点二热力学第二定律1.〔多选〕（2026·福建三明模拟）下列说法正确的是（）A.冰箱能使热量从低温物体传递到高温物体，因此不遵循热力学第二定律B.自发的热传导是不可逆的C.可以通过给物体加热而使它运动起来，但不产生其他影响D.气体向真空膨胀具有方向性2.关于两类永动机和热力学的两个定律，下列说法正确的是（）A.第二类永动机不可能制成是因为违反了热力学第一定律B.第一类永动机不可能制成是因为违反了热力学第二定律C.由热力学第一定律可知做功不一定改变内能，传热也不一定改变内能，但同时做功和传热一定会改变内能D.由热力学第二定律可知从单一热库吸收热量，完全变成功是可能的1.热力学第二定律的理解（1）“自发地”指明了传热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。（3）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：①高温物体低温物体。②功热。③气体体积V1气体体积V2（较大）。④不同气体A和B混合气体A、B。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，但违背热力学第二定律考点三热力学第一定律与气体状态变化图像的综合处理该类问题的一般思路1.在某一过程中，气体p、V、T的变化情况可由图像直接判断或结合理想气体状态方程pVT＝C分析2.气体的做功情况、内能变化及吸、放热关系可由热力学第一定律分析（1）由体积变化判断气体做功的情况：体积膨胀，气体对外做功；气体被压缩，外界对气体做功。（2）由温度变化判断气体内能的变化情况：温度升高，气体内能增大；温度降低，气体内能减小。（3）由热力学第一定律ΔU＝Q＋W判断气体的吸、放热情况：Q为正是吸热、Q为负是放热。（2025·陕晋青宁13题）某种卡车轮胎的标准胎压范围为2.8×105Pa～3.5×105Pa。卡车行驶过程中，一般胎内气体的温度会升高，体积及压强也会增大。若某一行驶过程中胎内气体压强p随体积V线性变化如图所示，温度T1为300K时，体积V1和压强p1分别为0.528m3、3.0×105Pa；当胎内气体温度升高到T2为350K时，体积增大到V2为0.560m3，气体可视为理想气体。（1）求此时胎内气体的压强p2；（2）若该过程中胎内气体吸收的热量Q为7.608×104J，求胎内气体的内能增加量ΔU。尝试解答〔多选〕（2026·湖北黄冈一模）一定质量的气体经历一系列状态变化，其p-1V图像如图所示，变化顺序为a→b→c→d→a，图中ab线段延长线过坐标原点，cd线段与p轴垂直，da线段与1V轴垂直。气体在此状态变化过程中（A.d→a过程，气体放出的热量小于内能的减少量B.b→c过程，气体对外做功，内能减小C.c→d过程，温度降低，气体一定放出热量D.a→b过程，温度不变，气体吸热〔多选〕（2025·甘肃高考9题）如图，一定量的理想气体从状态A经等容过程到达状态B，然后经等温过程到达状态C。已知质量一定的某种理想气体的内能只与温度有关，且随温度升高而增大。下列说法正确的是（）A.A→B过程为吸热过程B.B→C过程为吸热过程C.状态A压强比状态B的小D.状态A内能比状态C的小尝试解答〔多选〕（2026·天津静海区模拟）一定质量的理想气体从状态a经过状态b、c变化到状态d，其p-T图像如图所示。下列说法正确的是（）A.a→b的过程中，外界对气体做功B.c→d的过程中，外界对气体做功C.a→b→c的过程中，气体先吸热后放热D.b→c→d的过程中，气体体积先增大后减小尝试解答考点四热力学第一定律与气体实验定律的综合解决该类问题的思维流程（2025·浙江1月选考15题）如图所示，导热良好带有吸管的瓶子，通过瓶塞密闭温度T1＝300K，体积V1＝1×103cm3处于状态1的理想气体，管内水面与瓶内水面高度差h＝10cm。将瓶子放进T2＝303K的恒温水中，瓶塞无摩擦地缓慢上升恰好停在瓶口，h保持不变，气体达到状态2，此时锁定瓶塞，再缓慢地从吸管中吸走部分水后，管内和瓶内水面等高，气体达到状态3。已知从状态2到状态3，气体对外做功1.02J；从状态1到状态3，气体吸收热量4.56J，大气压强p0＝1.0×105Pa，水的密度ρ＝1.0×103kg/m3，重力加速度g取10m/s2；忽略表面张力和水蒸气对压强的影响。（1）从状态2到状态3，气体分子平均速率（选填“增大”“不变”“减小”），单位时间撞击单位面积瓶壁的分子数（选填“增大”“不变”“减小”）；（2）求气体在状态3的体积V3；（3）求从状态1到状态3气体内能的改变量ΔU。尝试解答（2025·山东高考16题）如图所示，上端开口、下端封闭的足够长玻璃管竖直固定于调温装置内。玻璃管导热性能良好、管内横截面积为S，用轻质活塞封闭一定质量的理想气体。大气压强为p0，活塞与玻璃管之间的滑动摩擦力大小恒为f0＝121p0S，等于最大静摩擦力。用调温装置对封闭气体缓慢加热，T1＝330K时，气柱高度为h1，活塞开始缓慢上升；继续缓慢加热至T2＝440K时停止加热，活塞不再上升；再缓慢降低气体温度，活塞位置保持不变，直到降温至T3＝400K时，活塞才开始缓慢下降；温度缓慢降至T4＝330K时，保持温度不变，活塞不再下降。求（1）T2＝440K时，气柱高度h2；（2）从T1状态到T4状态的过程中，封闭气体吸收的净热量Q（扣除放热后净吸收的热量）。（2025·湖北高考3题）如图所示，内壁光滑的汽缸内用活塞密封一定量理想气体，汽缸和活塞均绝热。用电热丝对密封气体加热，并在活塞上施加一外力F，使气体的热力学温度缓慢增大到初态的2倍，同时其体积缓慢减小。关于此过程，下列说法正确的是（）A.外力F保持不变B.密封气体内能增加C.密封气体对外做正功D.密封气体的末态压强是初态的2倍尝试解答（2026·甘肃平凉模拟）一款气垫运动鞋如图甲所示，在鞋底塑料空间内设置有可形成气垫的储气腔，里面充满气体（可视为理想气体），运动时通过压缩气体来提供一定的缓冲效果，降低运动时脚踝和地面撞击造成的损伤。单只鞋子鞋底的塑料空间可等效为如图乙所示的模型，已知鞋子未被穿上时，环境温度为T0＝300K，每只鞋气垫内气体体积为V0＝36cm3，压强为p0＝1.0×105Pa，等效作用面积恒为S＝200cm2，忽略鞋底其他结构产生的弹力，取g＝10m/s2。（1）若未穿时，气温