2025高考物理一轮复习讲义 第3讲　热力学定律与能量守恒定律.docVIP

热力学定律与能量守恒定律

目标要求1.理解热力学第一定律，会用热力学第一定律分析有关问题。2.理解热力学第二定律，知道热现象的方向性。3.会分析热力学第一定律与气体实验定律的综合问题。

考点一热力学第一定律的理解及应用

1.改变物体内能的两种方式

(1)eq\o(□,\s\up1(1))做功。(2)热传递。

2.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eq\o(□,\s\up1(2))热量与外界对它所做的eq\o(□,\s\up1(3))功的和。

(2)表达式：ΔU＝eq\o(□,\s\up1(4))Q＋W。

(3)表达式中的正、负号法则：

物理量

W

Q

ΔU

＋

外界对物体做功

物体eq\o(□,\s\up1(5))吸收热量

内能eq\o(□,\s\up1(6))增加

－

物体对外界做功

物体eq\o(□,\s\up1(7))放出热量

内能eq\o(□,\s\up1(8))减少

提醒：气体向真空中膨胀W＝0。

3.能量守恒定律

(1)内容：能量既不会凭空eq\o(□,\s\up1(9))产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式eq\o(□,\s\up1(10))转化为另一种形式，或者从一个物体eq\o(□,\s\up1(11))转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量eq\o(□,\s\up1(12))保持不变。

(2)第一类永动机是不可能制成的，它违背了eq\o(□,\s\up1(13))能量守恒定律。

【判断正误】

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20J，气体的内能一定减少20J。(×)

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。(×)

1.对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量。

(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量。

(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。

【对点训练】

1.(对热力学第一定律的理解)(2023·全国甲卷改编)(多选)在一汽缸中用活塞封闭着一定量的理想气体，发生下列缓慢变化过程，气体一定与外界有热量交换的过程是()

A.气体的体积不变，温度升高

B.气体的体积减小，温度降低

C.气体的体积减小，温度升高

D.气体的体积增大，温度不变

解析：ABD气体的体积不变温度升高，则气体的内能升高，体积不变气体做功为零，因此气体吸收热量，A正确；气体的体积减小温度降低，则气体的内能降低，体积减小外界对气体做功，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，可知气体对外放热，B正确；气体的体积减小温度升高，则气体的内能升高，体积减小外界对气体做功，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知Q可能等于零，即没有热量交换过程，C错误；气体的体积增大温度不变则气体的内能不变，体积增大气体对外界做功，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知Q0，即气体吸收热量，D正确。

2.(热力学第一定律的应用)如图所示，内壁光滑的绝热汽缸内用绝热活塞封闭一定质量的理想气体，初始时汽缸开口向上放置，活塞处于静止状态，将汽缸缓慢转动90°过程中，缸内气体()

A.内能增加，外界对气体做正功

B.内能减小，所有分子热运动速率都减小

C.温度降低，速率大的分子数占总分子数比例减少

D.温度升高，速率大的分子数占总分子数比例增加

解析：C初始时气体的压强p1＝p0＋eq\f(mg,S)，体积为V1，温度为T1；将汽缸缓慢转过90°后，气体的压强为p2＝p0，体积为V2，温度为T2。易知V2V1，故气体对外界做功，因汽缸和活塞都是绝热的，根据热力学第一定律可得ΔU0，由于理想气体内能只与气体温度有关，所以T1T2，A、D错误。内能减小，不是所有气体分子热运动速率都减小，但速率大的分子数占总分子数的比例减小，B错误，C正确。

3.(能量守恒定律的应用)(多选)关于能量守恒定律，下列说法正确的是()

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