第3講熱力學(xué)定律與能量守恒第十五章熱學(xué)目標(biāo)要求1.理解熱力學(xué)第一定律，知道改變內(nèi)能的兩種方式，并能用熱力學(xué)第一定律解決相關(guān)問(wèn)題。2.理解熱力學(xué)第二定律,知道熱現(xiàn)象的方向性。3.理解第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)和第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)不可能制成的原因?？键c(diǎn)1熱力學(xué)第一定律考點(diǎn)2熱力學(xué)第一定律與氣體實(shí)驗(yàn)定律的綜合應(yīng)用內(nèi)容索引溫馨提示:點(diǎn)擊標(biāo)題鏈接相關(guān)內(nèi)容考點(diǎn)3熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第一定律贏在微點(diǎn)物理大一輪考點(diǎn)1必|備|知|識(shí)1.改變物體內(nèi)能的兩種方式：(1)

；(2)

。2.熱力學(xué)第一定律。(1)內(nèi)容。一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)能增量等于外界向它傳遞的

與外界對(duì)它所做的功的和。(2)表達(dá)式：ΔU=

。做功傳熱熱量Q+W(3)ΔU=Q+W中正、負(fù)號(hào)法則。物理量意義符號(hào)WQΔU+外界對(duì)物體做功物體

熱量

內(nèi)能

-物體對(duì)外界做功物體

熱量

內(nèi)能吸收放出增加減少3.能量守恒定律。(1)內(nèi)容。能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過(guò)程中，能量的總量保持不變。(2)條件性。能量守恒定律是自然界的普遍規(guī)律，某一種形式的能是否守恒是有條件的。(3)第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)是不可能制成的，它違背了能量守恒定律。(1)做功和傳熱改變物體內(nèi)能的實(shí)質(zhì)是相同的(

)(2)絕熱過(guò)程中，外界壓縮氣體做功20

J，氣體的內(nèi)能一定減少20

J(

)(3)物體吸收熱量，同時(shí)對(duì)外做功，內(nèi)能可能不變(

)關(guān)|鍵|能|力1.熱力學(xué)第一定律的理解。(1)內(nèi)能的變化都要用熱力學(xué)第一定律進(jìn)行綜合分析。(2)做功情況看氣體的體積：體積增大，氣體對(duì)外做功，W為負(fù)；體積縮小，外界對(duì)氣體做功，W為正。(3)與外界絕熱，則不發(fā)生傳熱，此時(shí)Q=0。(4)如果研究對(duì)象是理想氣體，因理想氣體忽略分子勢(shì)能，所以當(dāng)它的內(nèi)能變化時(shí)，體現(xiàn)在分子動(dòng)能的變化上，從宏觀上看就是溫度發(fā)生了變化。2.三種特殊情況。(1)若過(guò)程是絕熱的，則Q=0，W=ΔU，外界對(duì)物體做的功等于物體內(nèi)能的增加。(2)若過(guò)程中不做功，即W=0，則Q=ΔU，物體吸收的熱量等于物體內(nèi)能的增加。(3)若過(guò)程的初、末狀態(tài)物體的內(nèi)能不變，即ΔU=0，則W+Q=0或W=-Q，外界對(duì)物體做的功等于物體放出的熱量?！镜淅?】

(2024·北京卷)一個(gè)氣泡從恒溫水槽的底部緩慢上浮，將氣泡內(nèi)的氣體視為理想氣體，且氣體分子個(gè)數(shù)不變，外界大氣壓不變。在上浮過(guò)程中氣泡內(nèi)氣體(

)A.內(nèi)能變大 B.壓強(qiáng)變大C.體積不變 D.從水中吸熱上浮過(guò)程氣泡內(nèi)氣體的溫度不變，內(nèi)能不變，A項(xiàng)錯(cuò)誤；氣泡內(nèi)氣體壓強(qiáng)p=p0+ρ水gh，故上浮過(guò)程氣泡內(nèi)氣體的壓強(qiáng)減小，B項(xiàng)錯(cuò)誤；由玻意耳定律pV=C知，氣體的體積變大，C項(xiàng)錯(cuò)誤；上浮過(guò)程氣體體積變大，氣體對(duì)外做功，由熱力學(xué)第一定律ΔU=Q+W知,氣體從水中吸熱，D項(xiàng)正確。解析【典例2】

(2025·菏澤模擬)如圖所示，開(kāi)口向右的絕熱汽缸，用絕熱光滑活塞封閉一定質(zhì)量的理想氣體。輕繩左端連接活塞，活塞橫截面積為S，另一端跨過(guò)光滑定滑輪連接質(zhì)量為m的小桶，小桶靜止，氣體處于狀態(tài)1。現(xiàn)接通電熱絲一段時(shí)間后斷電，活塞緩慢向右移動(dòng)L后靜止，氣體處于狀態(tài)2，由狀態(tài)1到狀態(tài)2電熱絲放出的熱量為Q。重力加速度大小為g，外界大氣壓強(qiáng)不變。下列說(shuō)法正確的是(

)A.狀態(tài)2相比狀態(tài)1，氣體壓強(qiáng)減小B.狀態(tài)2相比狀態(tài)1，氣體壓強(qiáng)增大C.由狀態(tài)1到狀態(tài)2，氣體內(nèi)能變化為ΔU=Q-(p0S-mg)LD.由狀態(tài)1到狀態(tài)2，氣體內(nèi)能變化為ΔU=Q-(p0S+mg)L

解析熱力學(xué)第一定律與氣體實(shí)驗(yàn)定律的綜合應(yīng)用贏在微點(diǎn)物理大一輪考點(diǎn)2關(guān)|鍵|能|力解答此類(lèi)問(wèn)題的基本流程?？枷?

熱力學(xué)第一定律與氣體實(shí)驗(yàn)定律的綜合應(yīng)用

(1)再次平衡時(shí)容器內(nèi)氣體的溫度；

解析(2)此過(guò)程中容器內(nèi)氣體吸收的熱量。

解析考向2

熱力學(xué)第一定律與氣體狀態(tài)變化圖像的綜合應(yīng)用【典例4】

(多選)(2024·新課標(biāo)卷)如圖，一定量理想氣體的循環(huán)由下面4個(gè)過(guò)程組成：1→2為絕熱過(guò)程(過(guò)程中氣體不與外界交換熱量)，2→3為等壓過(guò)程，3→4為絕熱過(guò)程，4→1為等容過(guò)程。上述四個(gè)過(guò)程是四沖程柴油機(jī)工作循環(huán)的主要過(guò)程。下列說(shuō)法正確的是(

)A.1→2過(guò)程中，氣體內(nèi)能增加B.2→3過(guò)程中，氣體向外放熱C.3→4過(guò)程中，氣體內(nèi)能不變D.4→1過(guò)程中，氣體向外放熱1→2為絕熱過(guò)程，Q=0，氣體體積減小，外界對(duì)氣體做功，W>0,由熱力學(xué)第一定律ΔU=Q+W可知ΔU>0，氣體內(nèi)能增加，A項(xiàng)正確;2→3為等壓膨脹過(guò)程，W<0，由蓋-呂薩克定律可知?dú)怏w溫度升高,內(nèi)能增加，即ΔU>0，由熱力學(xué)第一定律ΔU=Q+W可知Q>0，氣體從外界吸熱，B項(xiàng)錯(cuò)誤；3→4過(guò)程為絕熱過(guò)程，Q=0，氣體體積增大，W<0，由熱力學(xué)第一定律ΔU=Q+W可知ΔU<0，氣體內(nèi)能減少,C項(xiàng)錯(cuò)誤；4→1過(guò)程中，氣體做等容變化，W=0，又壓強(qiáng)減小，則由查理定律可知?dú)怏w溫度降低，內(nèi)能減少，即ΔU<0，由熱力學(xué)第一定律ΔU=Q+W可知Q<0，氣體對(duì)外放熱，D項(xiàng)正確。解析熱力學(xué)第二定律贏在微點(diǎn)物理大一輪考點(diǎn)3必|備|知|識(shí)1.熱力學(xué)第二定律的三種表述。(1)克勞修斯表述。熱量不能

從低溫物體傳到高溫物體。(2)開(kāi)爾文表述。不可能從單一熱庫(kù)吸收熱量，使之完全變成功，而

，或表述為“

永動(dòng)機(jī)是不可能制成的?！弊园l(fā)地不產(chǎn)生其他影響第二類(lèi)(3)用熵的概念表示熱力學(xué)第二定律。在任何自然過(guò)程中，一個(gè)孤立系統(tǒng)的總熵不會(huì)

。(熵增加原理)2.熱力學(xué)第二定律的微觀意義。一切自發(fā)過(guò)程總是沿著分子熱運(yùn)動(dòng)的

增大的方向進(jìn)行。減小無(wú)序性(1)可以從單一熱源吸收熱量，使之完全變成功(

)(2)熱機(jī)中，燃?xì)獾膬?nèi)能可以全部變成機(jī)械能而不引起其他變化(

)(3)熱量不可能從低溫物體傳給高溫物體(

)關(guān)|鍵|能|力1.熱力學(xué)第二定律的涵義。(1)自然界中諸如傳熱等熱力學(xué)宏觀現(xiàn)象具有方向性，不需要借助外界提供能量的幫助。(2)“不引起其他變化”的含義是發(fā)生的熱力學(xué)宏觀過(guò)程只在本系統(tǒng)內(nèi)完成，對(duì)周?chē)h(huán)境不產(chǎn)生熱力學(xué)方面的影響，如吸熱、放熱、做功等。在產(chǎn)生其他影響的條件下內(nèi)能可以全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，如氣體的等溫膨脹過(guò)程?！镜淅?】根據(jù)熱力學(xué)定律和能量守恒，下列說(shuō)法正確的是(

)A.空調(diào)在制冷過(guò)程中，從室內(nèi)吸收的熱量少于向室外放出的熱量B.通過(guò)采用先進(jìn)技術(shù)，熱機(jī)可以實(shí)現(xiàn)把燃料產(chǎn)生的內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能C.在密閉的房間里，把正常工作的冰箱門(mén)打開(kāi)，可以使房間降溫D.在密閉的房間里，把正常工作的冰箱門(mén)打開(kāi)，房間溫度不會(huì)有任何變化空調(diào)在制冷過(guò)程中，把室內(nèi)的熱量向室外釋放，消耗電能，產(chǎn)生熱量，則從室內(nèi)吸收的熱量少于向室外放出的熱量，A項(xiàng)正確；根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，即使通過(guò)采用先進(jìn)技術(shù)，熱機(jī)的工作效率可以提高，但不可能達(dá)到100%，B項(xiàng)錯(cuò)誤；冰箱的工作原理是將里面的熱量吸收到外面使內(nèi)部的溫度降低，并且自身工作也會(huì)消耗電能產(chǎn)生熱量，所以當(dāng)冰箱在密閉的房間里并打開(kāi)，此時(shí)冰箱內(nèi)外部相通，所以無(wú)法降溫，由于冰箱本身工作消耗電能會(huì)產(chǎn)生熱量，所以房間溫度會(huì)升高，C、D兩項(xiàng)錯(cuò)誤。解析【典例6】

(多選)(2025·石家莊模擬)關(guān)于熱現(xiàn)象，下列說(shuō)法正確的是(

)A.如果某個(gè)系統(tǒng)與另一個(gè)系統(tǒng)達(dá)到熱平衡，那么這兩個(gè)系統(tǒng)的分子平均動(dòng)能相同B.不可能從單一熱庫(kù)吸收熱量，使之完全變成功C.一定量的某種理想氣體在等壓膨脹過(guò)程中，內(nèi)能一定增加D.氣體被壓縮時(shí)，內(nèi)能一定增加根據(jù)熱平衡定律可知，如果兩個(gè)系統(tǒng)達(dá)到熱平衡，則溫度相同，分子平均動(dòng)能相同，A項(xiàng)正確；根據(jù)熱力學(xué)第二定律，從單一熱庫(kù)吸收的熱量可以完全變成功，但要引起其