高考物理大一轮复习 11.3热力学定律与能量守恒课件 新人教版.ppt

考点一热力学第一定律的理解及应用 考点二热力学第二定律的理解和应用 考点三热力学定律与气体实验定律的综合 考点 第十一章热学 高三物理一轮复习 第3节热力学定律与能量守恒 1 热力学第一定律的理解 一定质量的理想气体在某一过程中 外界对气体做功7 0 104j 气体内能减少1 3 105j 则此过程 a 气体从外界吸收热量2 0 105jb 气体向外界放出热量2 0 105jc 气体从外界吸收热量6 0 104jd 气体向外界放出热量6 0 104j 根据热力学第一定律 w q u 所以q u w 1 3 105j 7 0 104j 2 0 105j 即气体向外界放出热量2 0 105j b正确 解析 答案 基础自测 b 2 能量转化与守恒的理解 如图所示 一演示用的 永动机 转轮由5根轻杆和转轴构成 轻杆的末端装有用形状记忆合金制成的叶片 轻推转轮后 进入热水的叶片因伸展而 划水 推动转轮转动 离开热水后 叶片形状迅速恢复 转轮因此能较长时间转动 下列说法正确的是 形状记忆合金从热水中吸收热量后 伸展划水时一部分热量转变为水和转轮的动能 另一部分释放到空气中 根据能量守恒定律可知 a b c错误 d正确 基础自测 解析 答案 d a 转轮依靠自身惯性转动 不需要消耗外界能量b 转轮转动所需能量来自形状记忆合金自身c 转动的叶片不断搅动热水 水温升高d 叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量 基础自测 3 热力学第二定律的理解 地球上有很多的海水 它的总质量约为1 4 1018t 如果这些海水的温度降低0 1 将要放出5 8 1023j的热量 有人曾设想利用海水放出的热量使它完全变成机械能来解决能源危机 但这种机器是不能制成的 其原因是 a 内能不能转化成机械能b 内能转化成机械能不满足热力学第一定律c 只从单一热源吸收热量并完全转化成机械能的机器不满足热力学第二定律d 上述三种原因都不正确 内能可以转化成机械能 如热机 a错误 内能转化成机械能的过程满足热力学第一定律 b错误 热力学第二定律告诉我们 不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功 而不引起其他变化 c正确 d错误 基础自测 解析 答案 c 4 热力学定律与气体状态变化的综合 一定质量的理想气体 状态从a b c d a的变化过程可用如图所示的p v图描述 图中p1 p2 v1 v2和v3为已知量 基础自测 解析 1 气体状态从a到b是 填 等容 等压 或 等温 过程 2 状态从b到c的变化过程中 气体的温度 填 升高 不变 或 降低 3 状态从c到d的变化过程中 气体 填 吸热 或 放热 4 状态从a b c d的变化过程中 气体对外界所做的总功为 4 从a b 气体体积增大 气体对外界做功w1 p2 v3 v1 从b c 气体体积不变 w2 0 从c d 气体体积减小 外界对气体做功或气体对外界做负功 即w3 p1 v3 v2 故从a b c d的变化过程中 气体对外界做总功w w1 w2 w3 p2 v3 v1 p1 v3 v2 1 等压 2 降低 3 放热 4 p2 v3 v1 p1 v3 v2 基础自测 解析 答案 一 热力学第一定律和能量守恒定律1 改变物体内能的两种方式 1 2 2 热力学第一定律 1 内容 一个热力学系统的内能增量等于外界对它传递的 和外界对它 的和 2 表达式 w q u 3 能的转化和守恒定律 1 内容 能量既不会凭空产生 也不会凭空消失 它只能从一种形式转化为另一种形式 或者从一个物体转移到别的物体 但在转化或转移的过程中其总量不变 教材梳理 做功 热传递 热量 做功 2 第一类永动机 违背能量守恒定律的机器被称为第一类永动机 它是不可能制成的 二 热力学第二定律1 常见的两种表述 1 克劳修斯表述 按热传递的方向性来表述 热量不能自发地从 物体传到 物体 2 开尔文表述 按机械能与内能转化过程的方向性来表述 不可能从 吸收热量 使之完全变成功 而不产生其他影响 2 第二类永动机 违背宏观热现象方向性的机器被称为第二类永动机 这类永动机不违背 但它违背了 也是不可能制成的 教材梳理 高温 低温 单一热源 能量守恒定律 热力学第二 定律 1 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 2 对公式 u q w符号的规定 考点一热力学第一定律的理解及应用 考点阐释 3 几种特殊情况 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量 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量 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 考点阐释 考点一热力学第一定律的理解及应用 1 2015 佛山高三质检 如图是密闭的汽缸 外力推动活塞p压缩气体 对缸内气体做功800j 同时气体向外界放热200j 缸内气体的 a 温度升高 内能增加600jb 温度升高 内能减少200jc 温度降低 内能增加600jd 温度降低 内能减少200j 根据热力学第一定律 气体内能增量 u w q 800j 200j 600j 对于一定质量的理想气体 内能增加温度必然升高 故a正确 题组设计 解析 答案 a 考点一热力学第一定律的理解及应用 2 2014 高考重庆卷 重庆出租车常以天然气作为燃料 加气站储气罐中天然气的温度随气温升高的过程中 若储气罐内气体体积及质量均不变 则罐内气体 可视为理想气体 a 压强增大 内能减小b 吸收热量 内能增大c 压强减小 分子平均动能增大d 对外做功 分子平均动能减小 题组设计 解析 答案 b 考点一热力学第一定律的理解及应用 1 在热力学第二定律的表述中 自发地 不产生其他影响 的涵义 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 的涵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 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 考点二热力学第二定律的理解和应用 考点阐释 3 两类永动机的比较 考点阐释 考点二热力学第二定律的理解和应用 1 根据你学过的热学中的有关知识 判断下列说法中正确的是 a 机械能可以全部转化为内能 内能也可以全部用来做功转化成机械能b 凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性 在热传递中 热量只能从高温物体传递给低温物体 而不能从低温物体传递给高温物体 机械能可以全部转化为内能 而内能在引起其他变化时也可以全部转化为机械能 a正确 凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性 在热传递中 热量可以自发地从高温物体传递给低温物体 也能从低温物体传递给高温物体 但必须借助外界的帮助 b错误 尽管科技不断进 题组设计 解析 答案 a 考点二热力学第二定律的理解和应用 c 尽管技术不断进步 热机的效率仍不能达到100 制冷机却可以使温度降到 293 d 第一类永动机违背能量守恒定律 第二类永动机不违背能量守恒定律 随着科技的进步和发展 第二类永动机可以制造出来 步 热机的效率仍不能达到100 制冷机也不能使温度降到 293 只能无限接近 273 却永远不能达到 c错误 第一类永动机违背能量守恒定律 第二类永动机不违背能量守恒定律 而是违背了热力学第二定律 第二类永动机不可能制造出来 d错误 题组设计 解析 考点二热力学第二定律的理解和应用 2 2013 高考大纲全国卷 多选 根据热力学定律 下列说法中正确的是 a 电冰箱的工作过程表明 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 科技的进步可以使内燃机成为单一热源的热机d 对能源的过度消耗将使自然界的能量不断减少 形成 能源危机 在一定条件下 热量可以从低温物体传给高温物体 a正确 空调机工作过程中 电流做功产生热 所以向室外放热多 从室内吸热少 b正确 c项中的说法违反热力学第二定律 c错 对能源的过度消耗会造成可以利用的能量减少 而总的能量是守恒的 d错 题组设计 解析 答案 ab 考点二热力学第二定律的理解和应用 热力学过程的方向性实例 规律总结 考点二热力学第二定律的理解和应用 气体实验定律与热力学第一定律的结合量是气体的体积和温度 当温度变化时 气体的内能变化 当体积变化时 气体将伴随着做功 解题时要掌握气体变化过程的特点 1 等温过程 理想气体内能不变 即 u 0 2 等容过程 w 0 3 绝热过程 q 0 考点三热力学定律与气体实验定律的综合 考点阐释 1 2013 高考江苏卷改编 如图所示 一定质量的理想气体从状态a依次经过状态b c和d后再回到状态a 其中 a b和c d为等温过程 b c和d a为绝热过程 气体与外界无热量交换 这就是著名的 卡诺循环 1 该循环过程中 下列说法正确的是 a a b过程中 外界对气体做功b b c过程中 气体分子的平均动能增大 1 根据a b过程为等温过程 内能不变 体积增大 气体对外界做功 选项a错误 b c为绝热过程 没有与外界热交换 体积增大 气体对外界做功 内能减小 所以b c过程中 气体分子的平均动能减小 选项b错误 c d为等温过 题组设计 解析 答案 考点三热力学定律与气体实验定律的综合 c c c d过程中 单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多d d a过程中 气体分子的速率分布曲线不发生变化 程 体积减小 单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多 选项c正确 d a为绝热过程 体积减小 外界对气体做功 气体温度升高 所以气体分子的速率分布曲线的最大值向速率大的方向偏移 发生变化 选项d错误 题组设计 解析 考点三热力学定律与气体实验定律的综合 2 该循环过程中 内能减小的过程是 填 a b b c c d 或 d a 若气体在a b过程中吸收63kj的热量 在c d过程中放出38kj的热量 则气体完成一次循环对外做的功为 kj 2 该循环过程中 内能减小的过程是b c 由热力学第一定律 气体完成一次循环对外做的功为63kj 38kj 25kj 1 c 2 b c25 题组设计 解析 答案 考点三热力学定律与气体实验定律的综合 2 2015 河南三市联考 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 活塞的横截面积为s 初始时 气体的温度为t0 活塞与容器底部相距h 现通过电热丝缓慢加热气体 当气体吸收热量q时活塞下降了h 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 求此时气体的温度和加热过程中气体内能的增加量 题组设计 解析 考点三热力学定律与气体实验定律的综合 题中各物理量单位均为国际单位制单位 气体在等压变化过程中 活塞受力如图 由平衡条件得 ps p0s mg气体对活塞做功 w psh p0s mg h 由热力学第一定律 u q w 气体内能的增加量为 u q p0s mg h 2t0q p0s mg h 题组设计 解析 答案 考点三热力学定律与气体实验定律的综合 气体实验定律与热力学定律的综合问题的处理方法 1 气体实验定律研究对象是一定质量的理想气体 2 解决具体问题时 分清气体的变化过程是求解问题的关键 根据不同的变化 找出与之相关的气体状态参量 利用相关规律解决 3 对理