2020届高考物理总复习热学3热力学定律与能量守恒课件新人教版选修3.pptx

第3讲 热力学定律与能量守恒,【秒判正误】 (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20 J，气体的内能 可能不变。( ) (3)热量不可能从低温物体传到高温物体。 ( ),(4)热机中，燃气的内能可以全部变为机械能而不引起 其他变化。 ( ) (5)自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，说明能量正在 消失。 ( ) (6)一定质量的理想气体向真空中自由膨胀，体积增 大，对外做功，熵增加。 ( ),考点1 对热力学第一定律的理解和应用 【题组通关】 1.(多选)(2017全国卷)如图所 示，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。待气体达到稳定后，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 ( ),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变,【解析】选A、B、D。理想气体在真空中自发扩散过程不做功，内能不变，A项正确，C项错误；气体在被压缩的过程中，外界对气体做功，内能增大，气体分子的平均动能增大，B、D项正确，E项错误。,2.(多选)潜水员在潜水作业时，会造成大量气泡，若将潜水作业的潜水员产生的气泡内的气体视为理想气体。气泡从水下缓慢上升到水面的过程中(不考虑水温的变化)，气泡体积变大，对外界做了0.4 J的功。气泡到达水面后，仍未破裂，由于与外界接触，温度上升，吸收了0.3 J的热量，同时气泡内气体内能增加了0.1 J。则下列说法正确的是 ( ),A.气泡从水下上升到水面过程中放出0.3 J的热量 B.气泡从水下上升到水面过程中吸收了0.4 J的热量 C.整个过程中，气泡对外界做了0.6 J的功 D.气泡到达水面后没有破掉是因为水的表面张力 E.整个过程中气体的体积变大，分子势能变大,【解析】选B、C、D。由题可知气泡内的气体视为理想 气体，气泡从水下上升到水面过程温度不变，即U =0；根据热力学第一定律U=Q+W，可解得：Q= 0.4 J，故A项错误、B项正确；由题可知气泡从水下上 升到水面过程对外界做功0.4 J；气泡达到水面后，再 根据热力学第一定律解得： W=-0.2 J，即气体对外界,做功0.2 J，因此全过程气泡对外界做功0.6 J，故C项正确；气泡到达水面后没有破掉是因为水的表面张力的作用，故D项正确；理想气体的内能大小与体积无关，也就是说理想气体的内能永远等于零，故E项错误。,【提分秘籍】 1.对公式U=Q+W符号的规定：,2.U=Q+W的三种特殊情况：,【加固训练】 (多选)(2018鞍山模拟)热学主要是从能量转化的观点来研究物质的热性质，它揭示了能量从一种形式转换为另一种形式时遵从的宏观规律，下面关于高中阶段学习的热学知识说法正确的是 ( ),A.两个温度不同的物体相互接触时，热量既能自发地从高温物体传给低温物体，也可以自发地从低温物体传给高温物体 B.一定质量的理想气体从外界吸收热量，其内能可能不变,C.物体的温度越高，分子热运动就越剧烈，每个分子动能也越大 D.气体对器壁的压强就是大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力 E.一定质量的理想气体，先等温膨胀，再等压压缩，其体积必小于起始体积,【解析】选B、D。两个温度不同的物体相互接触时， 热量能自发地从高温物体传给低温物体，但不能自发 地从低温物体传给高温物体，故A项错误；一定质量的 理想气体从外界吸收热量，如果同时对外做功，则其 内能可能不变，故B项正确；物体的温度越高，分子热 运动就越剧烈，分子平均动能越大，但并不是每个分 子动能都增大，个别分子动能可能变得很小，故C项,错误；气体对器壁的压强是由于大量气体分子频繁碰撞器壁产生的，气体对器壁的压强等于大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力，故D项正确；一定质量的理想气体，先等温膨胀，压强减小，再等压压缩时，温度一定降低，根据理想气体状态方程可得，理想气体最后的体积不一定小于起始体积，故E项错误。,考点2 对热力学第二定律的理解和应用 【题组通关】 1.(多选)下列关于热力学第二定律的理解正确的 是 ( ) A.热量不能自发地从低温物体传到高温物体 B.热力学第二定律表明，能量的转移和转化具有方向性,C.电冰箱工作时不违反热力学第一定律，但违反了热力学第二定律 D.第二类永动机不能造成的根本原因是其违反了热力学第二定律 E.熵增加原理说明一切自然过程总是向着分子热运动无序性减小的方向进行,【解析】选A、B、D。根据热力学第二定律可知，热量 不能自发地从低温物体传到高温物体，故A项正确；热 力学第二定律表明，能量的转移和转化具有方向性， 故B项正确；电冰箱工作时既不违反热力学第一定律， 也不违反热力学第二定律，故C项错误；第二类永动机,不能造成的根本原因是其违反了热力学第二定律，故D项正确；根据熵增加原理可知，一切自然过程总是向着分子热运动的无序性增大的方向进行，故E项错误。,2.(多选)下列说法中正确的是 ( ) A.相互间达到热平衡的两物体的内能一定相等 B.民间常用“拔火罐”来治疗某些疾病，方法是将点燃的纸片放入火罐内，当纸片燃烧完时，迅速将火罐开口端紧压在皮肤上，火罐就会紧紧地“吸”在皮肤上。其原因是火罐内的气体体积不变时，温度降低，压强减小,C.空调既能制热又能制冷，说明在不自发的条件下，热传递可以逆向 D.自发的热传递过程是向着分子热运动无序性增大的方向进行的 E.随着科学技术的发展，人类终会制造出效率为100%的热机,【解析】选B、C、D。相互间达到热平衡的两物体的温 度相同，内能不一定相等，故A项错误；火罐内气体压 强小于大气压强，所以火罐能“吸”在皮肤上，故B项 正确；根据热力学第二定律可知，热量能够自发地从 高温物体传递到低温物体，但不能自发地从低温物体 传递到高温物体，故C项正确；根据热力学第二定律可,知，自然发生的热传递过程是向着分子热运动无序性增大的方向进行的，故D项正确；根据热力学第二定律可知，人类不可能制造出效率为100%的热机，故E项错误。,【提分秘籍】 1.热力学第二定律的含义： (1)“自发地”指明了热传递等热力学宏观现象的方向性，不需要借助外界提供能量的帮助。,(2)“不产生其他影响”的含义是发生的热力学宏观过程只在本系统内完成，对周围环境不产生热力学方面的影响，如吸热、放热、做功等。在产生其他影响的条件下内能可以全部转化为机械能，如气体的等温膨胀过程。,2.热力学第一、第二定律的比较：,3.两类永动机的比较：,【加固训练】 (多选)根据热力学定律，下列说法正确的是( ) A.电冰箱的工作表明，热量可以从低温物体向高温物体传递 B.空调机在制冷过程中，从室内吸收的热量少于向室外放出的热量,C.科技的不断进步使得人类有可能生产出从单一热源吸热全部用来对外做功而不引起其他变化的热机 D.即使没有漏气、摩擦、机体的热量损失，热机也不可以把燃料产生的内能全部转化为机械能 E.对能源的过度消耗使自然界的能量不断减少，形成“能源危机”,【解析】选A、B、D。热量可以在外界做功的情况下从 低温物体向高温物体传递，但不能自发进行，故A项正 确；空调机在制冷过程中，从室内吸收的热量少于向 室外放出的热量，故B项正确；不可能从单一热源吸热 全部用来对外做功而不引起其他变化，故C项错误；,即使没有漏气、摩擦、机体的热量损失，热机也不可以把燃料产生的内能全部转化为机械能，它还会受到其他条件的限制，故D项正确；对能源的过度消耗将形成“能源危机”，但自然界的总能量守恒，故E项错误。,考点3 气体实验定律与热力学定律的综合应用 【典题突破】 题型1 图象类 【典例1】(多选)(2018全国卷) 如图，一定质量的理想气体从状态a开始，经历过程、到达状态e。对此气体，下列说法正确的是 ( ),A.过程中气体的压强逐渐减小 B.过程中气体对外界做正功 C.过程中气体从外界吸收了热量 D.状态c、d的内能相等 E.状态d的压强比状态b的压强小,【解析】选B、D、E。过程为等容变化，根据查理定 律有 ，因为温度逐渐增加，则气体的压强逐渐 增加，故选项A错误；过程气体体积增加，则气体对 外界做正功，故选项B正确；过程中为体积不变，则 气体对外界不做功，外界对气体也不做功，即W=0，理 想气体的温度降低，则内能减少，即U0，根据热力,学第一定律U=W+Q可知Q0，则气体向外界放出了热 量，故选项C错误；状态c、d的温度相等，则分子平均 动能相等，理想气体没有分子势能，则内能相等，故 选项D正确；连接Ob、Od，根据 =C得 ，Ob斜 率大于Od斜率，则状态d的压强比状态b的压强小，故 选项E正确。,题型2 非图象类 【典例2】(2018全国卷)如图，一竖 直放置的汽缸上端开口，汽缸壁内有卡 口a和b，a、b间距为h，a距缸底的高度 为H；活塞只能在a、b间移动，其下方密封有一定质量 的理想气体。已知活塞质量为m，面积为S，厚度可忽略；,活塞和汽缸壁均绝热，不计它们之间的摩擦。开始时活塞处于静止状态，上、下方气体压强均为 p0，温度均为T0。现用电热丝缓慢加热汽缸中的气体，直至活塞刚好到达b处。求此时汽缸内气体的温度以及在此过程中气体对外所做的功。重力加速度大小为g。,【解析】开始时活塞位于a处，加热后，汽缸中的气体 先经历等容过程，直至活塞开始运动，设此时汽缸中 气体的温度为T1，压强为p1，根据查理定律有 根据力的平衡条件有 p1S=p0S+mg ,联立式可得T1= 此后，汽缸中的气体经历等压过程，直至活塞刚好到 达b处，设此时汽缸中气体的温度为T2；活塞位于a处 和b处时气体的体积分别为V1和V2。根据盖吕萨克定 律有 ,式中V1=SH V2=S(H+h) 联立式解得T2= T0 从开始加热到活塞到达b处的过程中，汽缸中的气体对 外做的功为 W=(p0S+mg)h 答案： T0 (p0S+mg)h,【触类旁通】如图所示，一圆柱形绝热汽缸竖直放 置，通过绝热活塞封闭着一定质量的理想气体，活塞 的质量为m，横截面积为S，与汽缸底部相距h，此时封 闭气体的温度为T，现通过电热丝缓慢加热气体，当气 体吸收热量Q时，气体温度上升到1.5T，已知大气压强 为p0，重力加速度为g，不计活塞与汽缸的摩擦，求：,(1)加热后活塞到汽缸底部的距离。 (2)加热过程中气体的内能增加量。,【解析】(1)封闭发生等压变化，活塞横截面积为S， 初态：体积：V1=hS，温度：T1=T 末态：体积：V2=hS，温度：T2=1.5T 根据盖-吕萨克定律可得：,解得加热后活塞到汽缸底部的距离： h= h。 (2)根据受力平衡可得封闭气体的压强： p=p0+ 升温过程对外做功，故：,W=-p(h-h)S 根据热力学第一定律： U=W+Q 联立可得：U=Q-0.5h(p0S+mg) 答案：(1) h (2)Q-0.5h(p0S+mg),【提分秘籍】 1.“两分析”巧解热力学综合问题：,2.应用热力学第一定律的三点注意： (1)做功看体积：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。气体向真空中自由膨胀，对外界不做功，W=0。,(2)与外界绝热，则不发生热传递，此时Q=0。 (3)由于理想气体没有分子势能，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。,【加固训练】 如图所示，一个内壁光滑的圆柱形汽缸， 高度为L、底面积为S，缸内有一个质量 为m的活塞，封闭了一定质量的理想气体。 温度为热力学温标T0时，用绳子系住汽缸 底，将汽缸倒过来悬挂起来，汽缸处于竖直状态，缸,内气体高为L0。已知重力加速度为g，大气压强为p0，不计活塞厚度及活塞与缸体的摩擦，求： (1)采用缓慢升温的方法使活塞与汽缸脱离，缸内气体的温度至少要升高到多少？,(2)从开始升温到活塞刚要