高考物理一轮复习 第十四章 热学 第3讲 热力学定律 能量守恒定律优质课件
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第 3 讲 热力学定律 能量守恒定律
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【基础知识必备】 一、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，这个关系叫作热 力学第一定律．
2．表达式：ΔU＝_W__＋__Q_.
2
3．符号法则
物理量 正、负值
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【针对训练】 1．(多选)(2017·淄博、莱芜二模)健身球是一个充满气体 的大皮球，现把健身球放在水平地面上．若在人体压向健身 球的过程中球内气体温度保持不变，则( ) A．气体分子的平均动能增大 B．气体的密度增大 C．气体的内能增大 D．外界对气体做功
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解析：BD 在人压向健身球的过程中，外界对球做功， 气体所占的体积减小，故气体的密度增大；气体温度不变， 故气体分子的平均动能不变；由于外界对气体做功，但气体 温度不变，故内能不变；由热力学第一定律可知，气体对外 放热；故 A、C 错误；B、D 正确．
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13变
【解析】 ABD 抽开隔板，气体自发扩散过程中，气 体对外界不做功，与外界没有热交换，因此气体的内能不变， A 项正确，C 项错误；气体在被压缩的过程中，外界对气体做 正功，D 项正确；由于气体与外界没有热交换，根据热力学第 一定律可知，气体在被压缩的过程中内能增大，因此气体的 温度升高，气体分子的平均动能增大，B 项正确，E 项错误．
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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，热传递 也不一定改变内能，但同时做功和热传递一定会改变内能
D．由热力学第二定律可知热量从低温物体传向高温物体 是可能的，从单一热源吸收热量，完全变成功也是可能的
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2．(多选)(2017·潮州朝安区高三模拟)对于一定量的气体， 下列说法正确的是( )
A．气体的体积指的是该气体的分子所能到达的空间的体 积，而不是该气体所有分子体积之和
B．只要能减弱气体分子热运动的剧烈程度，气体的温度 就可以降低
C．在完全失重的情况下，气体对容器壁的压强为零 D．气体从外界吸收热量，其内能一定增加 E．气体在等压膨胀过程中温度一定升高
设计要求 料，却能不断地对外 之完全变成功，而
做功的机器
_不__产__生__其他影响的机器
不可能制 违背_能__量__守__恒__定__律___ 不违背能量守恒，违背
成Leabharlann Baidu原因
_热__力__学__第__二__定__律__
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【知识对点自测】 1．判一判 (1)为了增加物体的内能，必须对物体做功或向它传递热 量，做功和热传递的实质是相同的．( ) (2)绝热过程中，外界压缩气体做功 20 J，气体的内能可 能不变．( ) (3)在给自行车打气时，会发现打气筒的温度升高，这是 因为打气筒从外界吸热．( ) (4)可以从单一热源吸收热量，使之完全变成功．( ) 答案：(1)× (2)× (3)× (4)√
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解析：D 第一类永动机违反能量守恒定律，第二类永动 机违反热力学第二定律，A、B 错；由热力学第一定律可知 W≠0，Q≠0，但 ΔU＝W＋Q 可以等于 0，C 错；由热力学第 二定律可知 D 中现象是可能的，但会引起其他变化，D 对.
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考向一 热力学第一定律与能量守恒定律 1．热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种改变 内能的过程是等效的，而且给出了内能的变化量和做功与热 传递之间的定量关系．此定律是标量式，应用时功、内能、 热量的单位应统一为国际单位焦耳．
4
三、能量守恒定律 内容：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能 从一__种__形__式__转化为另一种形式，或者从一个物体_转__移___到别的 物体，在_转__化__或__转__移____的过程中，能量的总量保持_不__变___．
5
四、永动机
第一类永动机
第二类永动机
不需要任何动力或燃 从单一热源吸收热量，使
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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．
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解析：ABE 气体的体积指的是该气体的分子所能到达 的空间的体积，A 正确；温度高，气体分子热运动就剧烈，B 正确；在完全失重的情况下，分子热运动不停息，气体对容 器壁的压强不为零，C 错误；做功也可以改变物体的内能，D 错误；气体在等压膨胀过程中温度一定升高，E 正确．
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【名师提醒】 1应用热力学第一定律时要明确研究的 对象是哪个物体或者是哪个热力学系统；
2应用热力学第一定律计算时，要依据符号规则代入数 据，对结果的正、负也同样依照规则来解释其意义；
3分析此类问题需要注意两点，“绝热”说明与外界没 有热交换，气体向真空扩散时对外不做功.
12
【典例 1】 (2017·课标Ⅱ)如图， 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．等气体达到稳定后，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( )
功W
热量 Q
_外__界___对物 物体从外界 ＋
体做功 _吸__收___热量
物体对 物体向外界 －
_外__界___做功 _放__出___热量
内能的改变 ΔU
物体的内能 __增__加__ 物体的内能 __减__少__
3
二、热力学第二定律 表述一(克劳修斯表述)：热量不能自发地从_低__温___物体传 到_高__温___物体——热传递的方向性． 表述二(开尔文表述)：不可能从_单__一__热__源__吸收热量，并 把它全部用来做功，而不引起其他变化．或表述为“第二类 永动机是不可能制成的”——机械能和内能转化过程的方向 性．
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【基础知识必备】 一、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，这个关系叫作热 力学第一定律．
2．表达式：ΔU＝_W__＋__Q_.
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3．符号法则
物理量 正、负值
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【针对训练】 1．(多选)(2017·淄博、莱芜二模)健身球是一个充满气体 的大皮球，现把健身球放在水平地面上．若在人体压向健身 球的过程中球内气体温度保持不变，则( ) A．气体分子的平均动能增大 B．气体的密度增大 C．气体的内能增大 D．外界对气体做功
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解析：BD 在人压向健身球的过程中，外界对球做功， 气体所占的体积减小，故气体的密度增大；气体温度不变， 故气体分子的平均动能不变；由于外界对气体做功，但气体 温度不变，故内能不变；由热力学第一定律可知，气体对外 放热；故 A、C 错误；B、D 正确．
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13变
【解析】 ABD 抽开隔板，气体自发扩散过程中，气 体对外界不做功，与外界没有热交换，因此气体的内能不变， A 项正确，C 项错误；气体在被压缩的过程中，外界对气体做 正功，D 项正确；由于气体与外界没有热交换，根据热力学第 一定律可知，气体在被压缩的过程中内能增大，因此气体的 温度升高，气体分子的平均动能增大，B 项正确，E 项错误．
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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，热传递 也不一定改变内能，但同时做功和热传递一定会改变内能
D．由热力学第二定律可知热量从低温物体传向高温物体 是可能的，从单一热源吸收热量，完全变成功也是可能的
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2．(多选)(2017·潮州朝安区高三模拟)对于一定量的气体， 下列说法正确的是( )
A．气体的体积指的是该气体的分子所能到达的空间的体 积，而不是该气体所有分子体积之和
B．只要能减弱气体分子热运动的剧烈程度，气体的温度 就可以降低
C．在完全失重的情况下，气体对容器壁的压强为零 D．气体从外界吸收热量，其内能一定增加 E．气体在等压膨胀过程中温度一定升高
设计要求 料，却能不断地对外 之完全变成功，而
做功的机器
_不__产__生__其他影响的机器
不可能制 违背_能__量__守__恒__定__律___ 不违背能量守恒，违背
成Leabharlann Baidu原因
_热__力__学__第__二__定__律__
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【知识对点自测】 1．判一判 (1)为了增加物体的内能，必须对物体做功或向它传递热 量，做功和热传递的实质是相同的．( ) (2)绝热过程中，外界压缩气体做功 20 J，气体的内能可 能不变．( ) (3)在给自行车打气时，会发现打气筒的温度升高，这是 因为打气筒从外界吸热．( ) (4)可以从单一热源吸收热量，使之完全变成功．( ) 答案：(1)× (2)× (3)× (4)√
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解析：D 第一类永动机违反能量守恒定律，第二类永动 机违反热力学第二定律，A、B 错；由热力学第一定律可知 W≠0，Q≠0，但 ΔU＝W＋Q 可以等于 0，C 错；由热力学第 二定律可知 D 中现象是可能的，但会引起其他变化，D 对.
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考向一 热力学第一定律与能量守恒定律 1．热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种改变 内能的过程是等效的，而且给出了内能的变化量和做功与热 传递之间的定量关系．此定律是标量式，应用时功、内能、 热量的单位应统一为国际单位焦耳．
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三、能量守恒定律 内容：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能 从一__种__形__式__转化为另一种形式，或者从一个物体_转__移___到别的 物体，在_转__化__或__转__移____的过程中，能量的总量保持_不__变___．
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四、永动机
第一类永动机
第二类永动机
不需要任何动力或燃 从单一热源吸收热量，使
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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．
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解析：ABE 气体的体积指的是该气体的分子所能到达 的空间的体积，A 正确；温度高，气体分子热运动就剧烈，B 正确；在完全失重的情况下，分子热运动不停息，气体对容 器壁的压强不为零，C 错误；做功也可以改变物体的内能，D 错误；气体在等压膨胀过程中温度一定升高，E 正确．
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【名师提醒】 1应用热力学第一定律时要明确研究的 对象是哪个物体或者是哪个热力学系统；
2应用热力学第一定律计算时，要依据符号规则代入数 据，对结果的正、负也同样依照规则来解释其意义；
3分析此类问题需要注意两点，“绝热”说明与外界没 有热交换，气体向真空扩散时对外不做功.
12
【典例 1】 (2017·课标Ⅱ)如图， 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．等气体达到稳定后，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( )
功W
热量 Q
_外__界___对物 物体从外界 ＋
体做功 _吸__收___热量
物体对 物体向外界 －
_外__界___做功 _放__出___热量
内能的改变 ΔU
物体的内能 __增__加__ 物体的内能 __减__少__
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二、热力学第二定律 表述一(克劳修斯表述)：热量不能自发地从_低__温___物体传 到_高__温___物体——热传递的方向性． 表述二(开尔文表述)：不可能从_单__一__热__源__吸收热量，并 把它全部用来做功，而不引起其他变化．或表述为“第二类 永动机是不可能制成的”——机械能和内能转化过程的方向 性．