《学霸笔记 同步精讲》第3章 热力学定律 本章整合（课件）高中物理教科版选择性必修3

(共21张PPT)
本 章 整 合
第三章
2026
内容索引
01
02
知识网络·系统构建
重点题型·归纳剖析
知识网络·系统构建
吸收的热量
对系统所做的功
Q+W
热力学第一定律
转化
转移
总量
蒸汽机
内燃机
不同领域
科学研究
自发地
不产生其他影响
热力学第二定律
重点题型·归纳剖析
一、
热力学第一定律及应用
1.表达式:ΔU=Q+W。
2.ΔU、Q、W的正负问题
凡是能使物体内能增加的,均取正号。如内能增加,ΔU为正;外界对物体做功,W取正号;外界向物体传递热量,Q取正号。反之,取负号。
3.两个标志
对于气体要抓住体积V变化是做功的标志(气体自由膨胀除外,一般情况下,V变大,对外做功,W<0,反之,对内做功,W>0);对于理想气体要抓住温度T变化是内能变化的标志(T升高,内能增加,ΔU>0,反之,内能减少,ΔU<0)。
4.注意的问题
热力学第一定律中的功是指能够转化为内能的那一部分功,如汽车在牵引力作用下前进,这个牵引力做的功对汽车内能的改变没有任何影响,它只能改变汽车动能的大小,而汽车克服摩擦力所做的功使得汽车的内能增大。
【例题1】 一种点火器如图所示,用牛角做套筒,木制推杆前端粘着艾绒,猛推推杆,艾绒即可点燃。对筒内封闭的气体,在此压缩过程中(　　)
A.气体温度升高,压强不变
B.气体温度升高,压强变大
C.气体对外界做正功,气体内能增加
D.外界对气体做正功,气体内能减少
答案:B
【变式训练1】 关于物体内能的变化,以下说法正确的是(　　)
A.物体放出热量,内能一定减少
B.物体对外做功,内能一定减少
C.物体吸收热量,同时对外做功,内能可能不变
D.物体放出热量,同时对外做功,内能可能不变
答案:C
解析:物体放出热量,若外界对物体做的功大于放出的热量,其内能增加,故A错误;物体对外做功,若同时从外界吸收热量,则内能不一定减少,故B错误;物体吸收热量,同时对外做功,若二者相等,则内能可能不变,故C正确;物体放出热量,同时对外做功,内能一定减少,故D错误。
二、
热力学第一定律与热力学第二定律的比较
1.关于摩擦生热
热力学第一定律中,滑动摩擦力做功可以全部转化为内能。热力学第二定律却说明这部分内能不可能在不引起其他变化的情况下完全变成功。
2.关于热量的传递
热力学第一定律说明,热量可以从高温物体自发地传到低温物体,而热力学第二定律却说明热量不能自发地从低温物体传向高温物体。
3.关于能量
热力学第一定律说明在任何过程中能量必定守恒,热力学第二定律却说明并非所有能量守恒过程均能实现,能量转化有方向性。
4.两个定律的关系
热力学第一定律是和热现象有关的物理过程中能量守恒定律的特殊表达形式,说明功及热量与内能改变的定量关系,而热力学第二定律指出了能量转化与守恒能否实现的条件和过程进行的方向,指出了一切变化过程的自然发展方向不可逆,除非靠外界影响。所以二者相互独立,又相互补充。
【例题2】 (多选)下列说法正确的是(　　)
A.热量可以自发地由低温物体传到高温物体
B.物体的内能增加了20 J,一定是物体吸收了20 J的热量
C.物体吸收热量,同时对外做功,其内能可能增加
D.不可能从单一热源吸收热量,使之全部变成功,而不产生其他变化
答案:CD
解析:热量可以自发地从高温物体传到低温物体,不能自发地从低温物体传到高温物体,故A错误;改变物体内能的方式有做功和热传递,物体的内能增加20 J,可能从外界吸收热量同时外界对物体做功,所以吸收的热量不一定是20 J,故B错误;物体吸收热量,同时对外做功,当吸收的能量较大时,其内能可能增加,故C正确;在外界的影响下,气体可以从单一热源吸收热量,全部用来对外做功,但不可能从单一热源吸收热量,使之完全变成功,而不产生其他影响,故D正确。
【变式训练2】 (多选)关于热力学定律,下列说法正确的是(　　)
A.气体向真空的自由膨胀是不可逆的
B.对某物体做功,必定会使该物体的内能增加
C.一切自发的与热现象有关的宏观过程都是不可逆的
D.不可能从单一热源吸收热量,使之完全变为功
答案:AC
解析:根据热力学第二定律可知气体向真空的自由膨胀是不可逆的,故A正确;做功和热传递是改变物体内能的两种方法,仅对物体做功,物体内能不一定增加,故B错误;由热力学第二定律可知,一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的,都有方向性,故C正确;从单一热源吸收热量,使之完全变为功是可能的,但会引起其他变化,故D错误。
三、
热力学定律与气体实验定律综合
1.气体实验定律和热力学第一定律的结合点是温度和体积。注意三种特殊过程的特点。
(1)等温过程:内能不变,ΔU=0。
(2)等容过程:体积不变,W=0。
(3)绝热过程:Q=0。
2.气体实验定律与热力学定律综合的分析思路。
【例题3】 如图所示,汽缸内封闭一定质量的某种理想气体,活塞通过滑轮和一重物连接并保持平衡,已知活塞距缸口的距离为h=50 cm,活塞面积为S=10 cm2,封闭气体的体积为V1=1 500 cm3,温度为300 K,大气压强p0=1.0×105 Pa,物体重力G=50 N,活塞重力及一切摩擦不计。缓慢升高环境温度,封闭气体吸收了Q=55 J的热量,使活塞刚好升到缸口。
(1)活塞刚好升到缸口时,气体的温度是多少
(2)汽缸内气体对外界做多少功
(3)气体内能的变化量为多少
答案:(1)400 K　(2)25 J　(3)30 J
【变式训练3】 如图所示,一定质量的理想气体在状态A时压强为2.0×105 Pa,经历A→B→C→A的过程,整个过程中对外界放出61.4 J的热量。求该气体:
(1)在状态B的压强pB;
(2)在整个过程中内能的增量ΔU;
(3)在A→B过程中对外界所做的功W。
答案:(1)1.0×105 Pa　(2)0　(3)138.6 J
(2)由于最终回到初状态,内能也回到初始值,即内能增量ΔU=0。
(3)从C到A,为等压过程,外界对气体做功为WCA=pA(VC-VA)=200 J
在全过程中有ΔU=WCA-W+Q
由题可知Q=-61.4 J
解得W=WCA+Q=138.6 J。