专题15.3　热力学定律与能量守恒定律【讲】——2023年高考物理一轮复习讲练测（人教）（解析版）.docx

专题15.3　热力学定律与能量守恒定律【讲】
【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。
【讲考点题型】
【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】（2022·天津·三模）如图所示，一定质量的理想气体，由状态a经过ab过程到达状态b，再经过bc过程到达状态c，然后经过ca过程回到状态a．设气体在状态a、状态b和状态c的温度分别为、和，下列说法正确的是（　　）
A．Tb>Tc，整个过程吸收热量 B．Tb>Tc，整个过程放出热量
C．Ta=Tc，整个过程吸收热量 D．Ta=Tc，整个过程放出热量
【答案】 D
【解析】从a到b是等容变化，由查理定律得
解得
从b到c是等压变化，由盖吕萨克定律得
解得
由此可知
由状态a到b经过c再回到a，可知内能不变，根据p-V图线与坐标轴所围的面积表示功，可知由b到c气体对外做功
W1=-pV0
由c到a外界对气体做功
由此可知外界对气体为
根据热力学第一定律
ΔU=Q+W
可知整个过程放出热量，故D正确，ABC错误。
【素养升华】本题考察的学科素养主要是物理观念。
【变式训练1】（2022·山东·沂水县第一中学高三开学考试）一定质量的理想气体状态变化如图所示，其中p1=3p2，V2=4V1，状态1、2对应的温度分别为T1、T2，由状态1变化到状态2（气体外界非真空）的过程中，下列说法正确的是（　　）
A．气体对外做功，温度降低
B．气体分子热运动的平均动能不变
C．气体内能增加，一定从外界吸收热量
D．在单位时间内，器壁单位面积上受分子撞击的次数增多
【答案】 C
【解析】ABC．根据理想气体状态方程，可得
可得
说明从状态1变化到状态2，气体温度升高，分子平均动能增加，气体内能增加（），气体体积变大说明气体对外做功（），根据热力学第一定律可知，由于内能增加，说明气体从外界吸收热量（），故AB错误，C正确；
D．分子平均动能增加，分子撞击器壁的力增大，由于气体压强减小，故可得器壁上单位面积上在单位时间