2020新亮剑高考物理总复习讲义：第十三单元 选修3-3 第3课时 含解析.docx

教学资料范本2020新亮剑高考物理总复习讲义：第十三单元 选修3-3 第3课时 含解析编 辑：_时 间：_3热力学定律见自学听讲P2361.热力学第一定律(1)热力学第一定律:一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和。表达式:U=Q+W。(2)应用热力学第一定律解题的法宝就是一定要熟记、记准符号法则。对理想气体而言,温度只与内能有关,温度升高,内能增加,U0;温度降低,内能减少,U0,有促使内能增加的可能;向外界放出热量Q0,有促使内能增大的可能;气体对外界做功,WEk答案BDE4.(20xx陕西榆林质量调研)(多选)关于两类永动机和热力学的两个定律,下列说法正确的是()。A.第一类永动机不可能制成是因为违反了热力学第一定律B.第二类永动机不可能制成是因为违反了热力学第二定律C.由热力学第一定律可知,做功不一定改变内能,热传递也不一定改变内能,但同时做功和热传递一定会改变内能D.由热力学第一定律可知,做功和热传递改变物体内能的效果和方式都相同E.由热力学第二定律可知,热量从低温物体传向高温物体是可能的,从单一热源吸收热量,完全变成功也是可能的答案ABE5.(20xx贵州贵阳开学考试)(多选)关于热力学定律,下列说法正确的是()。A.为了增加物体的内能,必须对物体做功或向它传递热量B.对某物体做功,必定会使该物体的内能增加C.可以从单一热源吸收热量,使之完全变为功D.不可能使热量从低温物体传向高温物体E.功转变为热的宏观自然过程是不可逆过程答案ACE1.(20xx全国卷,33)(多选)如图甲所示,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()。甲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的压强小解析过程中气体的体积不变,温度上升,根据查理定律可知,气体压强逐渐增大,A项错误;过程中气体体积增大,对外膨胀,对外界做正功,B项正确;过程中气体体积不变,温度降低,内能减少,向外界放出了热量,C项错误;状态c、d的温度相等,内能相等,D项正确;如图乙所示,连接Od交ab于b, Od是等压线,则pd=pb,又ab是等容线,因为TbTb,所以pbpb,即得pbpd,E项正确。乙答案BDE2.(20xx全国卷,33)(多选)如图所示,一定量的理想气体从状态a变化到状态b,其过程如p-V图中从a到b的直线所示。在此过程中()。A.气体温度一直降低B.气体内能一直增加C.气体一直对外做功D.气体一直从外界吸热E.气体吸收的热量一直全部用于对外做功解析一定质量的理想气体从a到b的过程,由理想气体状态方程paVaTa=pbVbTb可知,TaTb,即气体的温度一直升高,A项错误;根据理想气体的内能只与温度相关,可知气体的内能一直增加,B项正确;由于从a到b的过程中气体的体积增大,所以气体一直对外做功,C项正确;根据热力学第一定律可知,从a到b的过程中,气体一直从外界吸热,D项正确;气体吸收的热量一部分增加内能,一部分对外做功,E项错误。答案BCD见自学听讲P237一热力学第一定律与能量守恒定律1.内能与热量、内能的改变的区别:内能是物体的状态量,它是物体在某一状态某一时刻所具有的一种能量。热量是过程量,它是在某一段过程中物体之间发生热交换的那一部分能量。热量是物体在热传递的过程中其内能(热能)改变量的量度。在只发生热传递的过程中,物体吸收(放出)多少热量,其内能就增加(减少)多少。热量不属于哪一个物体,它量度的是流通量、交换量。说某一物体具有多少热量,就如同说某一物体具有多少功一样不正确。热传递时,热量一定是由温度高的物体传给温度低的物体,而与其他任何因素无关。内能的改变是过程量,它可以由做功和热传递来量度。2.热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种改变内能的过程是等效的,而且给出了内能的变化量和做功与热传递之间的定量关系。此定律是标量式,应用时功、内能、热量的单位应统一为国际单位(焦耳)。3.三种特殊情况:(1)若过程是绝热的,则Q=0,W=U,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=U,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U=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。【温馨提示】对公式U=Q+W符号的规定符号WQU+外界对物体做功物体吸收热量内能增加-物体对外界做功物体放出热量内能减少例1(多选)关于热力学定律,下列说法正确的是()。A.气体吸热后温度可能降低B.对气体做功一定改变其内能C.理想气体等压膨胀过程内能一定增加D.不可能从单一热库吸收热量,使之完全变成功E.如果两个系统分别与状态确定的第三个系统达到热平衡,那么这两个系统彼此之间分子平均动能相同解析物体吸收热量,同时对外做功,如对外做功大于吸收的热量,则内能减小,所以气体吸热后温度可能降低,故A项正确;做功和热传递都能改变内能,若对物体做功等于物体向外传递的热量,则内能不变,故B项错误;根据理想气体的状态方程可知,理想气体等压膨胀过程中压强不变,体积增大则气体的温度一定升高,所以气体的内能增大,故C项正确;根据热力学第二定律知,从单一热库吸收热量可以完全变成功,但要引起其他的变化,D项错误;根据热平衡定律可知,如果两个系统分别与状态确定的第三个系统达到热平衡,那么这两个系统彼此之间也必定达到热平衡,即温度相同,分子平均动能相同,故E项正确。答案ACE热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种方式改变内能的过程是等效的,而且给出了内能的变化量和做功与热传递之间的定量关系。变式1(多选)如图所示为导热汽缸,其内封有一定质量理想气体,活塞与汽缸壁的接触面光滑,活塞上用弹簧悬挂。当周围环境温度不变,大气压缓慢变大之后,下列说法中正确的是()。A.弹簧长度将改变B.气体内能将增加C.气体向外放出热量D.单位时间内碰撞汽缸单位面积的分子数不变E.气体内能不变解析以活塞和汽缸整体为研究对象,根据平衡条件可知,两者的重力大小等于弹簧弹力大小,与大气压无关,所以A项错误;周围环境的温度不变,汽缸是导热的,气体的温度不变,所以气体的内能不变,B项错误;由于大气压强增大,封闭气体的压强增大,根据理想气体状态方程可知,温度不变,压强增大,体积减小,外界对气体做功,根据热力学第一定律可知封闭气体一定放出热量,所以C项正确;温度不变,压强增大,体积减小,相等时间内碰撞汽缸单位面积的分子数一定增多,所以D项错误;气体温度不变,内能不变,E项正确。答案CE二热力学第一定律与气体实验定律的综合应用1.基本思路2.四种题型:(1)等压变化:抓住气体膨胀对外界做功W,应用热力学第一定律代入-W;气体压缩外界对气体做功,应用热力学第一定律代入+W。(2)等容变化:气体体积不变,气体和外界之间互不做功,即W=0,则U=Q。气体从外界吸收的热量等于内能的增加量,气体向外界放出的热量等于内能的减少量。(3)等温变化:气体内能不变,即U=0,Q+W=0。气体吸热后体积一定增大,由于膨胀对外做的功等于从外界吸收的热量;反之由于气体被压缩,外界对气体所做的功等于向外释放的热量。(4)绝热过程,即Q=0,则W=U。气体体积变化导致内能变化,由于膨胀对外做的功等于气体内能的减少;反之由于气体被压缩,外界对气体所做的功等于内能的增加量。例2如图甲所示,横截面积为S,质量为M的活塞在汽缸内封闭着一定质量的理想气体,现对缸内气体缓慢加热,使其温度从T1升高了T,气柱的高度增加了L,吸收的热量为Q。不计汽缸与活塞的摩擦,外界大气压强为p0,重力加速度为g。则:(1)此加热过程中气体内能增加了多少?(2)若保持缸内气体温度不变,再在活塞上放一砝码,如图乙所示,使缸内气体的体积又恢复到初始状态,则所放砝码的质量为多少?解析(1)设缸内气体的温度为T1时压强为p1,活塞受重力、大气压力和缸内气体的压力作用而平衡,则有Mg+p0S=p1S气体膨胀对外界做功W=p1SL根据热力学第一定律有U=Q-W联立可得U=Q-(p0S+Mg)L。(2)设所放砝码的质量为m,缸内气体的温度为T2时压强为p2,活塞和砝码整体受重力、大气压力和缸内气体的压力作用而平衡,则有(M+m)g+p0S=p2S根据查理定律有p1T1=p2T2,又T2=T1+T联立可得m=(p0S+Mg)TgT1。答案(1)Q-(p0S+Mg)L(2)(p0S+Mg)TgT1变式2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h=50 cm,活塞面积S=10 cm2,封闭气体的体积V1=1500 cm3,温度为0 ,大气压强p0=1.0105 Pa,重物重力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=60 J的热量,使活塞刚好升到缸口。整个过程重物未触地,则: (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了多少功?(3)气体内能的变化量为多少?解析(1)封闭气体的初态:V1=1500 cm3,T1=273 K末态:V2=1500 cm3+5010 cm3=20xx cm3缓慢升高环境温度,封闭气体做等压变化,设活塞到缸口时气体的温度为T2则有V1T1=V2T2解得T2=364 K。(2)设封闭气体做等压变化时的压强为p对活塞有p0S=pS+G汽缸内气体对外界做功W=pSh解得W=25 J。(3)由热力学第一定律得,汽缸内气体内能的变化量U=Q-W解得U=35 J故汽缸内的气体内能增加了35 J。答案(1)364 K(2)25 J(3)35 J三热力学第二定律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.热力学第二定律的实质热力学第二定律的每一种表述,都揭示了大量分子参与的宏观过程的方向性,进而使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。3.热力学过程的方向性实例(1)高温物体低温物体。(2)功热。(3)气体体积V1气体体积V2(较大)。(4)不同气体A和B混合气体AB。4.两类永动机的比较第一类永动机第二类永动机设计要求不需要任何动力或燃料,却能不断地对外做功的机器从单一热源吸收热量,使之完全变成功,而不产生其他影响的机器不可能制成的原因违背能量守恒定律不违背能量守恒定律,违背热力学第二定律例3如图所示为电冰箱的工作原理示意图。压缩机工作时,强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环。在蒸发器中制冷剂汽化吸收箱体内的热量,经过冷凝器时制冷剂液化,放出热量到箱体外。(1)(多选)下列说法正确的是()。A.热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外B.电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界,是因为其消耗了电能C.电冰箱的工作原理不违反热力学第一定律D.电冰箱的工作原理违反热力学第一定律E.电冰箱的工作原理正是热力学第二定律的应用(2)电冰箱的制冷系统从冰箱内吸收的热量与释放到外界的热量相比,有怎样的关系?解析(1)热力学第一定律是热现象中内能与其他形式能的转化规律,是能量守恒定律的具体表现,适用于所有的热学过程,C项正确,D项错误;由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,除非有外界的影响或帮助,电冰箱把热量从低温的内部传到高温的外部,需要压缩机的帮助并消耗电能,故B、E两项正确,A项错误。(2)由热力学第一定律可知,电冰箱制冷系统从冰箱内吸收了热量,同时消耗了电能,释放到外界的热量比从冰箱内吸收的热量多。答案(1)BCE(2)见解析变式3(多选)关于热力学定律,下列说法正确的是()。A.气体吸热后温度一定升高B.对气体做功可以改变其内能C.理想气体等压膨胀过程一定放热D.热量不可能自发地从低温物体传到高温物体E.如果两个系统分别与状态确定的第三个系统达到热平衡,那么这两个系统彼此之间也必定达到热平衡解析气体内能的改变U=Q+W,故对气体做功可改变气体的内能,B项正确;气体吸热为Q,但不确定外界做功W的情况,故不能确定气体温度的变化,A项错误;理想气体等压膨胀,W0,由U=Q+W,知Q0,气体一定吸热,C项错误;由热力学第二定律知,D项正确;根据热平衡性质知,E项正确。答案BDE热力学第一定律与图象的综合应用例4(多选)如图所示,一定质量的理想气体从状态a出发,经过等容过程ab到达状态b,再经过等温过程bc到达状态c,最后经等压过程ca回到状态a。下列说法正确的是()。A.在过程ab中气体的内能增加B.在过程ca中外界对气体做功C.在过程ab中气体对外界做功D.在过程bc中气体从外界吸收热量E.在过程ca中气体从外界吸收热量解析在过程ab中,体积不变,外界不对气体做功,气体也不对外界做功,压强增大,温度升高,内能增加,A项正确,C项错误;在过程ca中,气体体积缩小,外界对气体做