专题15.3 热力学定律与能量守恒定律【讲】【学生版】-高考物理一轮复习讲义（新高考）

专题15.3 热力学定律与能量守恒定律【讲】 目录 一 讲核心素养1 二 讲必备知识1 【知识点一】热力学第一定律与能量守恒定律1 【知识点二】热力学第一定律与图像的综合应用3 【知识点三】热力学第二定律的理解5 三．讲关键能力------热力学第一定律与气体实验定律的综合应用7 能力点一 会分析玻璃管液封模型7 能力点二 会分析汽缸活塞类模型9 能力点三 会分析变质量气体模型10 一 讲核心素养 物理观念理想气体。 知道理想气体的概念并且知道一定质量的理想气体的内能只与温度有关. 科学思维理想气体状态方程、热力学定律 1.理解热力学第一定律，知道改变内能的两种方式，并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.知道第一类永动机和第二类永动机不可能实现. 科学态度热机在生产、生活中的应用。 二 讲必备知识 【知识点一】热力学第一定律与能量守恒定律 1.热力学第一定律的理解 1内能的变化都要用热力学第一定律进行综合分析。 2做功情况看气体的体积体积增大，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，则不发生热传递，此时Q＝0。 4如果研究对象是理想气体，因理想气体忽略分子势能，所以当它的内能变化时，主要体现在分子动能的变化上，从宏观上看就是温度发生了变化。 2.三种特殊情况 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，即W＝0，则Q＝ΔU，物体吸收的热量等于物体内能的增加。 3若过程的初、末状态物体的内能不变，即ΔU＝0，则W＋Q＝0或W＝－Q，外界对物体做的功等于物体放出的热量。 【例1】多选2021衡水金卷模拟如图所示，用隔板将一绝热汽缸分成两部分，隔板左侧充有理想气体，隔板右侧与绝热活塞之间是真空。现将隔板抽开，气体会自发扩散至整个汽缸。待气体达到稳定后，缓慢推压活塞，将气体压回到原来的体积。假设整个系统不漏气。下列说法正确的是 A．气体自发扩散前后内能相同 B．气体在被压缩的过程中内能增大 C．在自发扩散过程中，气体对外界做功 D．气体在被压缩的过程中，外界对气体做功 E．气体在被压缩的过程中，气体分子的平均动能不变 【素养升华】本题考察的学科素养主要是物理观念。 【技巧总结】应用热力学第一定律的三点注意 1做功看体积体积增大，气体对外做功，W为负；体积缩小，外界对气体做功，W为正。气体向真空中自由膨胀，对外界不做功，W＝0。 2与外界绝热，则不发生热传递，此时Q＝0。 3由于理想气体没有分子势能，所以当它的内能变化时，体现在分子动能的变化上，从宏观上看就是温度发生的变化。 【变式训练1】某容器中的空气被光滑活塞封住，容器和活塞绝热性能良好，空气可视为理想气体。初始时容器中空气的温度与外界相同，压强大于外界。现使活塞缓慢移动，直至容器中的空气压强与外界相同。此时，容器中空气的温度________选填“高于”“低于”或“等于”外界温度，容器中空气的密度________选填“大于”“小于”或“等于”外界空气的密度。 【变式训练2】多选[2020全国卷Ⅲ，331]如图1，一开口向上的导热汽缸内，用活塞封闭了一定质量的理想气体，活塞与汽缸壁间无摩擦。现用外力作用在活塞上，使其缓慢下降。环境温度保持不变，系统始终处于平衡状态。在活塞下降过程中 A.气体体积逐渐减小，内能增加 B.气体压强逐渐增大，内能不变 C.气体压强逐渐增大，放出热量 D.外界对气体做功，气体内能不变 E.外界对气体做功，气体吸收热量 【知识点二】热力学第一定律与图像的综合应用 1.气体的状态变化可由图象直接判断或结合理想气体状态方程＝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由体积变化分析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变化温度升高，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＝W＋Q判断气体是吸热还是放热. 【例2】2020山东卷6一定质量的理想气体从状态a开始，经a→b、b→c、c→a三个过程后回到初始状态a，其p－V图像如图所示.已知三个状态的坐标分别为aV0, 2p0、 b2V0，p0、c3V0,2p0.以下判断正确的是 A.气体在a→b过程中对外界做的功小于在b→c过程中对外界做的功 B.气体在a→b过程中从外界吸收的热量大于在b→c过程中从外界吸收的热量 C.在c→a过程中，外界对气体做的功小于气体向外界放出的热量 D.气体在c→a过程中内能的减少量大于b→c过程中内能的增加量 【素养升华】本题考察的学科素养主要是物理观念与科学思维。 【方法技巧】判断理想气体内能变化的两种方法 1一定质量的理想气体，内能的变化完全由温度变化决定，温度升高，内能增大。 2若吸、放热和做功情况已知，可由热力学第一定律ΔU＝W＋Q来确定。 【变式训练1】2021四川达州市一模在如图甲所示的密闭汽缸内装有一定质量的理想气体，图乙是它从状态A变化到状态B的V－T图象.已知图线AB的反向延长线通过坐标原点，气体在A点的压强为p＝1.0105 Pa，在从状态A变化到状态B的过程中，气体吸收的热量Q＝6.0102 J，求 1气体在状态B的体积VB； 2此过程中气体内能的增量ΔU. 【变式训练2】．2020江苏卷133一定质量的理想气体从状态A经状态B变化到状态C，其p－图像如图8所示，求该过程中气体吸收的热量Q. 【知识点三】热力学第二定律的理解 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.或表述为“第二类永动机是不可能制成的”. 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度增大的方向进行. 3.第二类永动机不可能制成的原因是违背了热力学第二定律. 【例3】如图所示为电冰箱的工作原理示意图。压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环。在蒸发器中制冷剂汽化吸收箱体内的热量，经过冷凝器时制冷剂液化，放出热量到箱体外。 1多选下列说法正确的是 A．热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外 B．电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，是因为其消耗了电能 C．电冰箱的工作原理不违反热力学第一定律 D．电冰箱的工作原理违反热力学第一定律 2电冰箱的制冷系统从冰箱内吸收的热量与释放到外界的热量相比，有怎样的关系 【素养升华】本题考察的学科素养主要是科学思维与物理观念。 【知识总结】1．对热力学第二定律关键词的理解 在热力学第二定律的表