(本講對(duì)應(yīng)學(xué)生用書P311)第3講熱力學(xué)定律、能量守恒目錄1核心知識(shí)·優(yōu)化增分2高分能力·突破瓶頸3課后提能演練一、熱力學(xué)第一定律和能量守恒定律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)內(nèi)能的增量等于外界向它傳遞的熱量與外界對(duì)它所做的功之和.（2）表達(dá)式：ΔU=Q+W.做功傳熱3.能的轉(zhuǎn)化和守恒定律.（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)化為另一種形式，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）第一類永動(dòng)機(jī)：違背能量守恒定律的機(jī)器被稱為第一類永動(dòng)機(jī).它是不可能制成的.二、熱力學(xué)第二定律1.常見的兩種表述.（1）克勞修斯表述：熱量不能自發(fā)地從

物體傳到

物體.

（2）開爾文表述：不可能從

吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響.

2.第二類永動(dòng)機(jī).違背宏觀熱現(xiàn)象方向性的機(jī)器被稱為第二類永動(dòng)機(jī).這類永動(dòng)機(jī)不違背

，但它違背了

，也是不可能制成的.

低溫高溫單一熱庫(kù)能量守恒定律熱力學(xué)第二定律（1）做功和傳熱對(duì)改變物體的內(nèi)能具有等效性.（2）功W的正負(fù)可以根據(jù)系統(tǒng)的體積變化判斷：①體積增大→系統(tǒng)對(duì)外做功→W<0；②體積減小→外界對(duì)系統(tǒng)做功→W>0.（3）可以從單一熱源吸收熱量，使之完全變成功，但要引起其他變化.1.［能量守恒］（多選）關(guān)于能量和能量守恒，下列表述正確的是

（）A.能量可以從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式B.能量可以從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體C.能量是守恒的，所以能源永不枯竭D.滿足能量守恒定律的物理過(guò)程一定能自發(fā)進(jìn)行AB2.［永動(dòng)機(jī)］（多選）關(guān)于第二類永動(dòng)機(jī)，下列說(shuō)法正確的是

（）A.第二類永動(dòng)機(jī)是指沒有冷凝器，只有單一的熱源，能將從單一熱源吸收的熱量全部用來(lái)做功，而不引起其他變化的熱機(jī)B.第二類永動(dòng)機(jī)違背了能量守恒定律，所以不可能制成C.第二類永動(dòng)機(jī)違背了熱力學(xué)第二定律，所以不可能制成D.第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成，說(shuō)明機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能卻不能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能AC3.［熱力學(xué)定律］（多選）對(duì)于熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律的理解，下列說(shuō)法正確的是

（）A.熱現(xiàn)象過(guò)程中不可避免地出現(xiàn)能量耗散現(xiàn)象，能量耗散符合熱力學(xué)第二定律B.物體從外界吸收熱量，其內(nèi)能一定增加；物體對(duì)外界做功，其內(nèi)能一定減少C.凡與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過(guò)程都具有方向性，在傳熱中，熱量只能從高溫物體傳遞給低溫物體，而不能從低溫物體傳遞給高溫物體D.第一類永動(dòng)機(jī)違背能量守恒定律，第二類永動(dòng)機(jī)不違背能量守恒定律AD【解析】能量耗散過(guò)程體現(xiàn)了宏觀自然過(guò)程的方向性，符合熱力學(xué)第二定律，故A正確；根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU=W+Q，可知物體從外界吸收熱量，其內(nèi)能不一定增加，物體對(duì)外界做功，其內(nèi)能不一定減少，B錯(cuò)誤；做功可以讓熱量從低溫物體傳遞給高溫物體，如電冰箱，C錯(cuò)誤；第二類永動(dòng)機(jī)沒有違反能量守恒定律，熱力學(xué)第一定律是能量轉(zhuǎn)化和守恒定律在熱學(xué)中的反映，因此第二類永動(dòng)機(jī)沒有違反熱力學(xué)第一定律，不能制成是因?yàn)樗`反了熱力學(xué)第二定律，故D正確.考點(diǎn)1熱力學(xué)第一定律的理解與應(yīng)用［基礎(chǔ)考點(diǎn)］1.熱力學(xué)第一定律的理解不僅反映了做功和傳熱這兩種方式改變內(nèi)能的過(guò)程是等效的，而且給出了內(nèi)能的變化量和做功與傳熱之間的定量關(guān)系.此定律是標(biāo)量式，應(yīng)用時(shí)熱量的單位應(yīng)統(tǒng)一為國(guó)際單位制中的焦耳.2.對(duì)公式ΔU=Q+W符號(hào)的規(guī)定符號(hào)WQΔU+外界對(duì)物體做功物體吸收熱量?jī)?nèi)能增加-物體對(duì)外界做功物體放出熱量?jī)?nèi)能減少3.三種特殊情況（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.1.（2023年全國(guó)甲卷）（多選）在一汽缸中用活塞封閉著一定量的理想氣體，發(fā)生下列緩慢變化過(guò)程，氣體一定與外界有熱量交換的過(guò)程是

（）A.氣體的體積不變，溫度升高B.氣體的體積減小，溫度降低C.氣體的體積減小，溫度升高D.氣體的體積增大，溫度不變E.氣體的體積增大，溫度降低ABD【解析】氣體的體積不變，溫度升高，則氣體的內(nèi)能升高，體積不變氣體做功為零，因此氣體吸收熱量，A正確；氣體的體積減小溫度降低，則氣體的內(nèi)能降低，體積減小外界對(duì)氣體做功，由熱力學(xué)第一定律ΔU=W+Q，可知?dú)怏w對(duì)外放熱，B正確；氣體的體積減小，溫度升高，則氣體的內(nèi)能升高，體積減小外界對(duì)氣體做功，由熱力學(xué)第一定律ΔU=W+Q，可知Q可能等于零，即沒有熱量交換過(guò)程，C錯(cuò)誤；氣體的體積增大溫度不變則氣體的內(nèi)能不變，體積增大氣體對(duì)外界做功，由熱力學(xué)第一定律ΔU=W+Q，可知Q>0，即氣體吸收熱量，D正確；氣體的體積增大，溫度降低則氣體的內(nèi)能降低，體積增大氣體對(duì)外界做功，由熱力學(xué)第一定律ΔU=W+Q，可知Q可能等于零，即沒有熱量交換過(guò)程，E錯(cuò)誤.2.（2024年茂名聯(lián)考）用氣壓式開瓶器開紅酒瓶，如圖所示，通過(guò)針頭向瓶?jī)?nèi)打幾次氣，然后便能輕松拔出瓶塞，則

（）A.打氣后瓶塞未拔出前，氣體壓強(qiáng)減小B.打氣后瓶塞未拔出前，氣體分子的數(shù)密度增大C.快速拔出瓶塞的過(guò)程中，氣體吸熱，內(nèi)能增大D.快速拔出瓶塞的過(guò)程中，氣體放熱，內(nèi)能減小B【解析】打氣后瓶塞未拔出前，氣體壓強(qiáng)增大，A錯(cuò)誤；打氣后瓶塞未拔出前，單位體積內(nèi)的分子數(shù)增加，即氣體分子的數(shù)密度增大，B正確；快速拔出瓶塞的過(guò)程中，氣體體積變大，對(duì)外做功，由于是快速拔出瓶塞，可認(rèn)為該過(guò)程沒有發(fā)生傳熱，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知，氣體內(nèi)能減少，C、D錯(cuò)誤.3.如圖，某同學(xué)將空的玻璃瓶開口向下緩緩壓入水中，設(shè)水溫均勻且恒定，瓶?jī)?nèi)空氣無(wú)泄漏，不計(jì)氣體分子間的相互作用，則被淹沒的玻璃瓶在下降過(guò)程中，瓶?jī)?nèi)氣體（）A.內(nèi)能增加B.向外界放熱C.對(duì)外界做正功D.分子平均動(dòng)能減小B【解析】被淹沒的玻璃瓶在下降過(guò)程中，瓶?jī)?nèi)氣體溫度不變，壓強(qiáng)變大，可知?dú)怏w體積減小，外界對(duì)氣體做正功；由于氣體溫度不變，氣體分子平均動(dòng)能不變，氣體內(nèi)能不變，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知，氣體向外界放熱.B正確.4.某汽車的四沖程內(nèi)燃機(jī)利用奧托循環(huán)進(jìn)行工作，該循環(huán)由兩個(gè)絕熱過(guò)程和兩個(gè)等容過(guò)程組成.如圖所示為一定質(zhì)量的理想氣體所經(jīng)歷的奧托循環(huán)，則該氣體（）A.在狀態(tài)a和c時(shí)的內(nèi)能可能相等B.在a→b過(guò)程中，外界對(duì)其做的功全部用于增加內(nèi)能C.b→c過(guò)程中增加的內(nèi)能小于d→a過(guò)程中減少的內(nèi)能D.在一次循環(huán)過(guò)程中吸收的熱量小于放出的熱量B【解析】從c到d為絕熱膨脹，則Q=0，W<0，則內(nèi)能減小，ΔU<0，溫度降低；從d到a，體積不變，壓強(qiáng)減小，則溫度降低，則狀態(tài)c的溫度高于a狀態(tài)溫度，故A錯(cuò)誤.在a→b過(guò)程為絕熱壓縮，外界對(duì)氣體做功W>0，Q=0，則ΔU=W，即外界對(duì)其做的功全部用于增加內(nèi)能，故B正確.從b→c過(guò)程系統(tǒng)從外界吸收熱量，從c→d系統(tǒng)對(duì)外做功，從d→a系統(tǒng)放出熱量，從a→b外界對(duì)系統(tǒng)做功，根據(jù)p-V圖像下面積即為氣體做功大小，可知c到d過(guò)程氣體對(duì)外做功.圖像中b→c→d→a圍成的圖形的面積為氣體對(duì)外做的功，整個(gè)過(guò)程氣體內(nèi)能變化量為零，則ΔW=ΔQ，即Q吸-Q放=ΔW>0，即在一次循環(huán)過(guò)程中吸收的熱量大于放出的熱量，則b→c過(guò)程中增加的內(nèi)能大于d→a過(guò)程中減少的內(nèi)能，故C、D錯(cuò)誤.考點(diǎn)2熱力學(xué)第二定律［能力考點(diǎn)］1.熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)熱力學(xué)第二定律的每一種表述，都揭示了大量分子參與宏觀過(guò)程的方向性，進(jìn)而使人們認(rèn)識(shí)到自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過(guò)程都具有方向性.2.兩類永動(dòng)機(jī)的比較（1）第一類永動(dòng)機(jī)：不需要任何動(dòng)力或燃料，能不斷地對(duì)外做功的機(jī)器，違背能量守恒定律，不可能制成.（2）第二類永動(dòng)機(jī)：從單一熱源吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響的機(jī)器，不違背能量守恒定律，但違背熱力學(xué)第二定律，不可能制成.3.熱力學(xué)過(guò)程方向性實(shí)例（1）高溫物體

低溫物體.（2）功

熱.（3）氣體體積V1氣體體積V2（較大）.（4）不同氣體A和B混合氣體AB.例1

（多選）利用“渦流效應(yīng)”可實(shí)現(xiàn)冷熱氣體的分離.如圖，一冷熱氣體分離裝置由噴嘴、渦流室、環(huán)形管、分離擋板和冷熱兩端管等構(gòu)成.高壓氮?dú)庥蓢娮烨邢蛄魅霚u流室中，然后以螺旋方式在環(huán)形管中向右旋轉(zhuǎn)前進(jìn)，分子熱運(yùn)動(dòng)速率較小的氣體分子將聚集到環(huán)形管中心部位，而分子熱運(yùn)動(dòng)速率較大的氣體分子將聚集到環(huán)形管邊緣部位.氣流到達(dá)分離擋板處時(shí)，中心部位氣流與分離擋板碰撞后反向，從A端流出，邊緣部位氣流從B端流出.下列說(shuō)法正確的是

（）ABA.A端為冷端，B端為熱端B.A端流出的氣體分子熱運(yùn)動(dòng)平均速率一定小于B端流出的C.A端流出的氣體內(nèi)能一定大于B端流出的D.該裝置氣體進(jìn)出的過(guò)程滿足能量守恒定律，但違背了熱力學(xué)第二定律【解析】依題意，中心部位為熱運(yùn)動(dòng)速率較低的氣體，與擋板相互作用后反彈，從A端流出，而邊緣部位熱運(yùn)動(dòng)速率較高的氣體從B端流出；同種氣體分子平均熱運(yùn)動(dòng)速率較大、其對(duì)應(yīng)的溫度也就較高，所以A端為冷端、B端為熱端，故A正確；依題意，A端流出的氣體分子熱運(yùn)動(dòng)速率較小，B端流出的氣體分子熱運(yùn)動(dòng)速率較大，所以從A端流出的氣體分子熱運(yùn)動(dòng)平均速率小于從B端流出的，故B正確；A端流出的氣體分子熱運(yùn)動(dòng)速率較小，B端流出的氣體分子熱運(yùn)動(dòng)速率較大，則從A端流出的氣體分子平均動(dòng)能小于從B端流出的氣體分子平均動(dòng)能，內(nèi)能的多少還與分子數(shù)有關(guān)；依題意，不能得出從A端流出的氣體內(nèi)能一定大于從B端流出的氣體內(nèi)能，故C錯(cuò)誤；該裝置將冷熱不均氣體的進(jìn)行分離，噴嘴處有高壓，即通過(guò)外界做功而實(shí)現(xiàn)的，并非是自發(fā)進(jìn)行的，沒有違背熱力學(xué)第二定律；溫度較低的從A端出、較高的從B端出，也符合能量守恒定律，故D錯(cuò)誤.1.（多選）下列說(shuō)法正確的有

（）A.熱量能夠從高溫物體傳到低溫物體，但不能從低溫物體傳到高溫物體B.熱量能夠從高溫物體傳到低溫物體，也可能從低溫物體傳到高溫物體C.機(jī)械功可以全部轉(zhuǎn)化為熱量，但熱量不可能全部轉(zhuǎn)化為功D.機(jī)械功可以全部轉(zhuǎn)化為熱量，熱量也可能全部轉(zhuǎn)化為功BD2.（多選）如圖所示，導(dǎo)熱的汽缸固定在水平地面上，用活塞把一定質(zhì)量的理想氣體封閉在汽缸中，汽缸的內(nèi)部光滑，現(xiàn)用水平外力F作用于活塞桿，使活塞緩慢向右移動(dòng)，由狀態(tài)①變化到狀態(tài)②，在此過(guò)程中，如果環(huán)境溫度保持不變，下列說(shuō)法正確的是

（）A.氣體分子平均動(dòng)能不變B.氣體內(nèi)能減小C.氣體吸收熱量D.氣體是從單一熱源吸熱，全部用來(lái)對(duì)外做功，但此過(guò)程違反熱力學(xué)第二定律AC考點(diǎn)3氣體實(shí)驗(yàn)定律與熱力學(xué)第一定律的綜合應(yīng)用［能力考點(diǎn)］1.處理方法（1）氣體實(shí)驗(yàn)定律研究對(duì)象是一定質(zhì)量的理想氣體.（2）對(duì)理想氣體，只要體積變化，外界對(duì)氣體（或氣體對(duì)外界）要做功，如果是等壓變化，W=pΔV；只要溫度發(fā)生變化，其內(nèi)能就發(fā)生變化.（3）結(jié)合熱力學(xué)第一定律ΔU=W+Q求解問(wèn)題.2.氣體幾種典型變化過(guò)程分析（1）等容過(guò)程：V=恒量，外界對(duì)氣體不做功.根據(jù)熱力學(xué)第一定律，有ΔU=Q.

3.求解氣體實(shí)驗(yàn)定律與熱力學(xué)定律綜合問(wèn)題的一般思路例2

（2023年廣東卷）在駐波聲場(chǎng)作用下，水中小氣泡周圍液體的壓強(qiáng)會(huì)發(fā)生周期性變化，使小氣泡周期性膨脹和收縮，氣泡內(nèi)氣體可視為質(zhì)量不變的理想氣體，其膨脹和收縮過(guò)程可簡(jiǎn)化為如圖所示的p-V圖像.氣泡內(nèi)氣體先從壓強(qiáng)為p0、體積為V0、溫度為T0的狀態(tài)A等溫膨脹到體積為5V0、壓強(qiáng)為pB的狀態(tài)B；然后從狀態(tài)B絕熱收縮到體積為V0、壓強(qiáng)為1.9p0、溫度為TC的狀態(tài)C，B到C過(guò)程中外界對(duì)氣體做功為W.已知p0、V0、T0和W.求：（1）pB的表達(dá)式；

（2）TC的表達(dá)式；（3）B到C過(guò)程，氣泡內(nèi)氣體的內(nèi)能變化了多少？

（3）根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知ΔU=W+Q，其中Q=0，故氣體內(nèi)能增加ΔU=W.

AD

2.某探究小組設(shè)計(jì)了一個(gè)報(bào)警裝置，其原理如圖所示.在豎直放置的圓柱形容器內(nèi)用面積S=100cm2、質(zhì)量m=1kg的活塞密封一定質(zhì)量的理想氣體，活塞能無(wú)摩擦滑動(dòng).開始時(shí)氣體處于溫度TA=300K、活塞與容器底的距離h0=30cm的狀態(tài)A.環(huán)境溫度升高時(shí)容器內(nèi)氣體被加熱，活塞緩慢上升d=3cm恰好到達(dá)容器內(nèi)的卡口處，此時(shí)氣體達(dá)到狀態(tài)B.活塞保持不動(dòng)，氣體被繼續(xù)加熱至溫度TC=363K的狀態(tài)C時(shí)觸動(dòng)報(bào)警器.從狀態(tài)A到狀態(tài)C的過(guò)程中氣體內(nèi)能增加了ΔU=158J.取大氣壓p0=0.99×105Pa，求氣體：（1）在狀態(tài)B的溫度；

（2）在狀態(tài)C的壓強(qiáng)；

（3）由狀態(tài)A到狀態(tài)C過(guò)程中從外界吸收的熱量Q.（3）根據(jù)題意可知，從狀態(tài)A到狀態(tài)C的過(guò)程中氣體對(duì)外做功為W=-pBΔV=-30

J，由熱力學(xué)第一定律有ΔU=W+Q，解得Q=ΔU+W=188

J.知識(shí)鞏固練1.（2024年廣東普通高中一模）（多選）為了減少污染，根據(jù)相關(guān)規(guī)定，加油站必須進(jìn)行“油氣回收”，操作如下：油槍從封閉油罐中吸取體積為V的汽油加到汽車油箱，同時(shí)抽取油槍周圍體積為1.2V的油氣（可視為理想氣體），壓入封閉油罐（壓至體積為V）.假設(shè)油罐及加油槍導(dǎo)熱良好且環(huán)境溫度不變，則將油氣壓入油罐的過(guò)程中，油氣

（）A.壓強(qiáng)增大

B.對(duì)外做正功C.向環(huán)境放熱

D.從環(huán)境吸熱（本欄目對(duì)應(yīng)學(xué)生用書P444）AC

【解析】油氣壓入油罐的過(guò)程中，體積減小，外界對(duì)氣體做功，由于油罐及加油槍導(dǎo)熱良好且環(huán)境溫度不變，則氣體的內(nèi)能不變，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知油氣向環(huán)境放熱，C正確，B、D錯(cuò)誤；油氣壓入油罐的過(guò)程中，體積減小，溫度不變，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程可知壓強(qiáng)增大，A正確.2.（2024年華師附中檢測(cè)）（多選）一種噴壺示意圖如圖甲所示.儲(chǔ)氣室內(nèi)氣體可視為理想氣體，在噴液過(guò)程中儲(chǔ)氣室內(nèi)溫度保持不變，圖乙中A到B是某次噴液過(guò)程的儲(chǔ)氣室內(nèi)氣體壓強(qiáng)p隨體積V變化的圖像，則從狀態(tài)A到狀態(tài)B

（）A.室內(nèi)氣體向外界釋放熱量B.圖中△OAC的面積大于△OBD的面積C.氣體吸收的熱量等于氣體對(duì)外做的功D.氣體分子撞擊氣室壁單位面積的平均作用力變小CD

3.如圖所示，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a開始，經(jīng)過(guò)兩個(gè)狀態(tài)變化過(guò)程，先后到達(dá)狀態(tài)b和狀態(tài)c.下列說(shuō)法正確的是（）A.從a到b的過(guò)程中，氣體從外界吸熱B.從a到b的過(guò)程中，氣體的內(nèi)能增加C.從b到c的過(guò)程中，氣體的壓強(qiáng)減小D.從b到c的過(guò)程中，氣體對(duì)外界做功C【解析】從a到b的過(guò)程中，氣體溫度不變，內(nèi)能不變，體積減小，外界對(duì)氣體做功.ΔU=0，W>0，由熱力學(xué)第一定律ΔU=W+Q，得Q<0，氣體向外界放熱，A、B錯(cuò)誤；從b到c的過(guò)程中，體積不變，氣體對(duì)外界不做功.從b到c的過(guò)程中，溫度降低，體積不變，由查理定律得，氣體的壓強(qiáng)減小，C正確，D錯(cuò)誤.綜合提升練4.（2024年山東卷）一定質(zhì)量理想氣體經(jīng)歷如圖所示的循環(huán)過(guò)程，a→b過(guò)程是等壓過(guò)程，b→c過(guò)程中氣體與外界無(wú)熱量交換，c→a過(guò)程是等溫過(guò)程.下列說(shuō)法正確的是

（）A.a→b過(guò)程，氣體從外界吸收的熱量全部用于對(duì)外做功B.b→c過(guò)程，氣體對(duì)外做功，內(nèi)能增加C.a→b→c過(guò)程，氣體從外界吸收的熱量全部用于對(duì)外做功D.a→b過(guò)程，氣體從外界吸收的熱量等于c→a過(guò)程放出的熱量C【解析】

a→b過(guò)程是等壓過(guò)程且體積增大，則Wab<0，由蓋?呂薩克定律可知Tb>Ta，則ΔUab>0，根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU=Q+W可知，氣體從外界吸收的熱量一部分用于對(duì)外做功，另一部分用于增加內(nèi)能，A錯(cuò)誤；b