复习方略高考物理一轮复习 3热力学定律与能量守恒课件 沪科版选修33.ppt

第3讲热力学定律与能量守恒 知识点1热力学第一定律 思维激活1 一定质量的理想气体被活塞封闭在透热的汽缸中 如图所示 不计活塞与汽缸的摩擦 当用外力向上缓慢拉动活塞的过程中 环境温度保持不变 下列判断正确的是 a 拉力对气体做正功 气体内能增加 吸收热量b 拉力对气体做正功 气体内能保持不变 放出热量c 气体对外做功 内能减小 放出热量d 气体对外做功 内能不变 吸收热量 解析 选d 活塞缓慢上移的过程中 气体膨胀对活塞做功 而气体温度保持不变 内能不变 由热力学第一定律 u w q 0知 q 0 即吸收热量 故只有d正确 知识梳理 1 改变物体内能的两种方式 1 2 热传递 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向它传递的 与外界对它所做的功的和 2 表达式 u 做功 热量 q w 3 u 中正 负号法则 物理量 意义 符号 吸收 增加 放出 减少 q w 4 u q w的三种特殊情况 若过程是绝热的 则q 0 w u 外界对物体做的功等于物体 的增加 若过程是等容的 即w 0 q u 物体吸收的热量等于物体 的增加 若过程是等温的 即 u 0 则w q 0或w q 做的功等于物体放出的热量 内能 内能 外界对物体 知识点2能量守恒定律 思维激活2 如图所示 直立容器内部有被隔板隔开的a b两部分气体 a的密度小 b的密度大 抽取隔板 加热气体 使两部分气体均匀混合 设在此过程中气体吸热q 气体内能增量为 u 则 a u qb uqd 无法确定 解析 选b 根据系统总能量守恒判断 a b两部分气体开始时合重心在中线以下 混合均匀后在中线 所以系统重力势能增大 由能量守恒定律可知 吸收的热量一部分增加气体内能 另一部分增加气体重力势能 故 u q 知识梳理 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 为另一种形式 或者是从一个物体 到别的物体 在 或 的过程中其 保持不变 2 条件性 能量守恒定律是自然界的 某一种形式的能是否守恒是有条件的 例如 机械能守恒定律具有适用条件 而能量守恒定律是无条件的 是一切自然现象都遵守的基本规律 3 数学表达式 1 e1 2 e增 转化 转移 转化 转移 总量 普遍规律 e2 e减 知识点3热力学第二定律 思维激活3 多选 用两种不同的金属丝组成一个回路 接触点1插在热水中 接触点2插在冷水中 如图所示 电流计指针会发生偏转 这就是温差发电现象 关于这一现象 说法正确的是 a 这一实验过程不违反热力学第二定律b 在实验过程中 热水一定降温 冷水一定升温c 在实验过程中 热水内能全部转化成电能 电能则部分转化成冷水的内能d 在实验过程中 热水的内能只有部分转化成电能 电能则全部转化成冷水的内能 解析 选a b 在实验过程中 热水内能的一部分转化成电能 电能则部分转化成冷水的内能 因为在转化过程中电路要发热 此实验遵守热力学第二定律 热水一定降温 冷水一定升温 因此a b正确 c d错误 知识梳理 1 热力学第二定律的三种表述 1 克劳修斯表述 热量不能 从低温物体传到高温物体 2 开尔文表述 不可能从单一热库吸收热量 使之完全变成功 而 或表述为 永动机是不可能制成的 3 用熵的概念进行表述 在任何自然过程中 一个孤立系统的总熵不会 自发地 不产生其他影响 第二类 减小 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 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 性 3 热力学第二定律的微观意义 一切自发过程总是沿着分子热运动的 增大的方向进行 方向 方向 无序性 微点拨 1 热力学第二定律的三点提醒 1 定律的三种表述是等价的 2 自然界中涉及热现象的宏观过程都具有方向性 3 内能不能完全转化为机械能而不产生其他影响 2 热力学定律三个易错点 1 气体向真空中自由膨胀时不对外做功 2 在一定条件下 热量可以从低温物体传到高温物体 3 第二类永动机违背热力学第二定律 但不违背能量守恒定律 考点1热力学第一定律1 改变内能的两种方式的比较 拓展延伸 2 温度 内能 热量 功的比较 题组通关方案 典题1 2014 西安模拟 密闭有空气的薄塑料瓶因降温而变扁 此过程中瓶内空气 不计分子势能 a 内能增大 放出热量b 内能减小 吸收热量c 内能增大 对外界做功d 内能减小 外界对其做功 典题解析 选d 不计分子势能 空气的内能由温度决定 内能随温度降低而减小 a c均错误 薄塑料瓶因降温而变扁 此时瓶内空气的体积减小 外界压缩空气做功 d正确 空气的内能减小 外界对空气做功 根据热力学第一定律可知空气向外界放热 b错误 典题2 2013 山东高考 我国 蛟龙 号深海探测船载人下潜超过七千米 再创载人深潜新纪录 在某次深潜实验中 蛟龙 号探测到990m深处的海水温度为280k 某同学利用该数据来研究气体状态随海水深度的变化 如图所示 导热良好的汽缸内封闭一定质量的气体 不计活塞的质量和摩擦 汽缸所处海平面的温度t0 300k 压强p0 1atm 封闭气体的体积v0 3m3 如果将该汽缸下潜至990m深处 此过程中封闭气体可视为理想气体 1 求990m深处封闭气体的体积 1atm相当于10m深的海水产生的压强 2 下潜过程中封闭气体 选填 吸热 或 放热 传递的热量 选填 大于 或 小于 外界对气体所做的功 典题解析 1 汽缸内的理想气体在深度为990m的海水中的压强为此处理想气体温度为t1 280k 根据理想气体状态方程可知 联立代入数值可得 v 2 8 10 2m3 2 理想气体的温度降低 气体的内能减小 e0 根据热力学第一定律 e w q可知q 0 气体放热 且放出的热量大于外界对气体做的功 答案 1 2 8 10 2m3 2 放热大于 加固训练 1 2011 广东高考 如图为某种椅子与其升降部分的结构示意图 m n两筒间密闭了一定质量的气体 m可沿n的内壁上下滑动 设筒内气体不与外界发生热交换 在m向下滑动的过程中 a 外界对气体做功 气体内能增大b 外界对气体做功 气体内能减小c 气体对外界做功 气体内能增大d 气体对外界做功 气体内能减小 解析 选a m向下滑动的过程中 气体体积减小 故外界对气体做功 w 0 下滑过程不与外界发生热交换 q 0 由热力学第一定律 u w q可知内能增大 a正确 b c d错误 2 一定质量的气体 在从一个状态 变化到另一个状态 的过程中 吸收热量280j 并对外做功120j 试问 1 这些气体的内能发生了怎样的变化 2 如果这些气体又返回原来的状态 并放出了240j热量 那么在返回的过程中是气体对外界做功 还是外界对气体做功 做功多少 解析 1 由热力学第一定律可得 u q w 280j 120j 160j气体的内能增加了160j 2 由于气体的内能仅与状态有关 所以气体从状态 回到状态 的过程中内能的变化应等于从状态 到状态 的过程中内能的变化 则从状态 到状态 的内能应减少160j 即 u 160j 又q 240j 根据热力学第一定律得 u q w 所以w u q 160j 240j 80j 即外界对气体做功80j 答案 1 增加了160j 2 外界对气体做功80j 学科素养升华 判定物体内能变化的方法 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 则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 考点2热力学第二定律1 热力学第一 第二定律的比较 对比分析 2 两类永动机的比较 题组通关方案 典题3 多选 2013 大纲版全国卷 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 典题解析 选a b 热量可以从低温物体向高温物体传递 但要引起其他变化 如电冰箱要消耗电能 a对 由于电能转化为内能 故从室内吸收的热量少于向室外放出的热量 b对 单一热源的热机违反了热力学第二定律 c错 对能源的过度消耗使自然界的 能源 不断减少 形成 能源危机 并不是 能量 不断减少 d错 典题4 2014 青岛模拟 如图中汽缸内盛有一定量的理想气体 汽缸壁是导热的 缸外环境保持恒温 活塞与汽缸壁的接触是光滑的 但不漏气 现将活塞杆与外界连接使其缓慢向右移动 这样气体将等温膨胀并通过杆对外做功 若已知理想气体的内能只与温度有关 则下列说法正确的是 a 气体是从单一热源吸热 全用来对外做功 因此此过程违反热力学第二定律b 气体是从单一热源吸热 但并未全用来对外做功 所以此过程不违反热力学第二定律c 气体是从单一热源吸热 全用来对外做功 但此过程不违反热力学第二定律d a b c三种说法都不对 典题解析 选c 由于这个过程缓慢进行 所以可看成温度不变 即气体内能不变 因此气体吸收的热量和气体对外做的功相等 也就是从单一热源吸热 全部用来对外做功 但又为什么没有违反热力学第二定律呢 实际上这个过程是不能自发进行的 即气体是无法吸了热再推动活塞缓慢向右移动 它必须靠外力使杆向右移动 才能使气体膨胀 从而内能减少 温度下降 然后再从外界吸热 也就是说 在这个过程中拉杆消耗了能量 即引起了其他的变化 所以正确答案是c 加固训练 1 多选 2012 新课标全国卷 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 功转变为热的实际宏观过程是不可逆过程 解析 选a c e 做功和热传递都可以改变物体的内能 选项a正确 由热力学第一定律可知 对某物体做功 物体的内能可能增加 不变或减小 故b错 由热力学第二定律可知 通过外界作用可以从单一热源吸收热量 使之完全变为功 可以使热量从低温物体传向高温物体 c对 d错 自然界中一切与热现象有关的过程都是不可逆的 所以e对 2 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 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 在封闭的房间里打开冰箱一段时间后 房间温度会降低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 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 选c 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 是能的转化和守恒定律的具体表现 适用于所有的热学过程 故c正确 d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a错误 电冰箱工作时消耗电能 房间的总热量会增加 房间温度会升高 故b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 c 2 见解析 学科素养升华 解答热力学第二定律问题的两点注意 1 自发地 不产生其他影响 的涵义 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 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 明确热力学过程方向性实例 高温物体低温物体 功热 气体体积v1气体体积v2 v1 v2 不同气体a和b混合气体ab 考点3气体实验定律与热力学第一定律的综合 解题技巧 题组通关方案 典题5 2012 山东高考 如图所示 粗细均匀 导热良好 装有适量水银的u形管竖直放置 右端与大气相通 左端封闭气柱长l1 20cm 可视为理想气体 两管中水银面等高 现将右端与一低压舱 未画出 接通 稳定后右管水银面高出左管水银面h 10cm 环境温度不变 大气压强p0 75cmhg 1 求稳定后低压舱内的压强 用 cmhg 作单位 2 此过程中左管内的气体对外界 选填 做正功 做负功 或 不做功 气体将 选填 吸热 或 放热 典题解析 1 设u形管横截面积为s 右端与大气相通时 左管中封闭气体的压强为p1 右端与一低压舱接通后 左管中封闭气体的压强为p2 气柱长度为l2 稳定后低压舱内的压强为p 高为h的水银柱产生的压强为ph 左管中封闭气体发生等温变化 根据玻意耳定律得p1v1 p2v2p1 p0p2 p phv1 l1sv2 l2s由几何关系得h 2 l2 l1 联立上式 代入数据得p 50cmhg 2 此过程中由于左管中的气体的体积变大 故左管内的气体对外界做正功 由于u形管导热良好 故此过程中 左管中的气体做等温变化 气体的内能变化为零 由热力学第一定律w q u可知w0 即气体将吸热 答案 1 50cmhg 2 做正功吸热 典题6 2014 宁波模拟 如图所示 一定质量的理想气体从状态a变化到状态b 再由状态b变化到状态c 已知状态a的温度为300k 1 求气体在状态b的温度 2 由状态b变化到状态c的过程中 气体是吸热还是放热 简要说明理由 典题解析 1 由理想气体状态方程得得气体在状态b的温度 1200k 2 由状态b到状态c 气体做等容变化 由查理定律得则气体由状态b到状态c为等容变化 不做功 但温度降低 内能减少 根据热力学第一定律 u w q u 0 w 0 故q 0 可知气体放热 答案 1 1200k 2 放热 理由见典题解析 加固训练 1 2012 江苏高考 如图所示 一定质量的理