高考物理一轮复习 第11章 第3讲 热力学定律与能量守恒固考基教材梳理(1).doc

第3讲热力学定律与能量守恒7热力学第一定律1改变物体内能的两种方式(1)做功；(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热量与外界对它所做的功的和(2)表达式：uqw.3uwq中正、负号法则意义符号物理量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热力学第二定律及微观意义1热力学第二定律的两种表述(1)克劳修斯表述：热量不能自发地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，而不产生其他影响或表述为“第二类永动机是不可能制成的”2用熵的概念表示热力学第二定律在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小(填“增大”或“减小”)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无序性增大的方向进行能量守恒定律和两类永动机1能量守恒定律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，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变2能源的利用(1)存在能量耗散和品质下降(2)重视利用能源时对环境的影响(3)要开发新能源(如太阳能、生物质能、风能、水流能等)3两类永动机(1)第一类永动机：不消耗任何能量，却源源不断地对外做功的机器违背能量守恒定律，因此不可能实现(2)第二类永动机：从单一热源吸收热量并把它全部用来对外做功，而不引起其他变化的机器违背热力学第二定律，不可能实现1夏天将密闭有空气的矿泉水瓶放进低温的冰箱中会变扁，此过程中瓶内空气(可看成理想气体)()a内能减小，外界对其做功b内能减小，吸收热量c内能增加，对外界做功d内能增加，放出热量【解析】瓶内空气温度降低，体积减小，内能减小，外界对其做功，放出热量，选项a正确【答案】a2(2013广东省深圳市一模)如图1131所示，一定质量的理想气体由a状态变化到b状态，则此过程中()图1131a气体的温度升高b气体对外放热c外界对气体做功d气体分子间平均距离变小【解析】一定质量的理想气体由a状态变化到b状态，体积增大，压强不变，温度升高，内能增大，对外做功，吸收热量，气体分子间平均距离变大，选项a正确，b、c、d错误【答案】a3(多选)下面说法正确的是()a如果物体从外界吸收了热量，则物体的内能一定增加b我们可以制造一种热机，将流散到周围环境中的内能重新收集起来加以利用而不引起其他变化c假设两个液体分子从紧靠在一起开始相互远离，直到无穷远处，在这一过程中分子力先做正功后做负功d空调制冷，虽然是人为的使热量由低温处传到高温处，但这不违背热力学第二定律【解析】根据热力学第一定律，物体吸收热量但同时对外做功时，物体内能有可能减少，a错；b选项中描述的现象要实现必须引起其他变化，否则就违背了热力学第二定律，b错；开始分子力表现为斥力，越过r0位置后分子力表现为引力，所以分子力先做正功后做负功，c选项正确；虽然热量由低温处向高温处传递，但这引起了其他变化，就是消耗了电能，所以d选项正确【答案】cd4下列说法正确的是()a热量不能由低温物体传递到高温物体b外界对物体做功，物体的内能必定增加c第二类永动机不可能制成，是因为违反了能量守恒定律d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【解析】热量不能自发地由低温物体传递给高温物体，故a不对；据热力学第一定律，uwq，w为正，而吸热或放热未知，故u不确定，b不对；第二类永动机符合能量守恒定律，但违反了内能与机械能转化的方向性，故c不对效率是100%的热机不可能制成，任何宏观热现象都具有方向性，故d对【答案】d热力学第一定律的理解和应用1.在uqw中，w表示做功情况，说明内能和其他形式的能可以相互转化；q表示吸热或放热的情况，说明内能可以从一个物体转移到另一个物体，而uqw是能量守恒定律的具体体现2三种特殊情况(1)若过程是绝热的，则q0，wu，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w0，qu，物体吸收的热量等于物体内能的增加(3)若过程的始、末状态物体的内能不变，即u0，则wq0或wq，外界对物体做的功等于物体放出的热量(2013北京高考)下列说法正确的是()a液体中悬浮微粒的无规则运动称为布朗运动b液体分子的无规则运动称为布朗运动c物体从外界吸收热量，其内能一定增加 d物体对外界做功，其内能一定减少【审题指导】解答本题时应从以下两点进行分析：(1)利用布朗运动的定义进行分析判断(2)结合热力学第一定律分析物体内能的变化【解析】根据布朗运动的定义及热力学第一定律来判断布朗运动是指液体中悬浮微粒的无规则运动，而不是指液体分子的运动，选项a正确，选项b错误；改变物体内能的方式有做功和传热，当仅知道物体从外界吸收热量或者物体对外界做功时无法判断物体内能的变化，选项c、d错误【答案】a【迁移应用】1.图1132如图1132所示的实验装置，把浸有乙醚的一小块棉花放在厚玻璃筒内底部，快速压下活塞时，棉花燃烧起来，此实验说明()a做功使管内气体热量增加b热传递不能改变物体的内能c做功改变了管内气体的内能d热传递改变了管内气体的热量【解析】气体体积减小，外界对气体做功，气体内能增大，温度升高，从而使棉花燃烧起来，c对【答案】c热力学第二定律的理解和应用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3热力学过程方向性实例(1)高温物体低温物体(2)功热(多选)(2013大纲全国卷)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”【解析】热力学第二定律有两种表述：第一是热量不能自发地从低温物体传到高温物体，即自发热传递具有方向性，选项a中热量从低温物体传到高温物体是电冰箱工作的结果，选项a正确；第二是不可能从单一热库吸收热量，使之完全变为功，而不产生其他影响，即第二类永动机不存在，选项b正确，选项c错误；由能量守恒定律知，能量总是守恒的，只是存在的形式不同，选项d错误【答案】ab【迁移应用】2(2014上海市八校联考)下列说法中正确的是()a所有的能量守恒过程都能自发地发生b热传递、摩擦生热和气体自由膨胀都是可逆过程c世界上有多种形式的能量如煤、石油、生物能等都来自太阳辐射的能量d能的转化过程符合能量守恒定律，因此不会发生能源危机【解析】所有的能量守恒过程不是都能自发地发生，选项a错误热传递、摩擦生热和气体自由膨胀都是不可逆过程，选项b错误世界上有多种形式的能量如煤、石油、生物能等都来自太阳辐射的能，选项c正确能的转化过程符合能量守恒定律，而能源危机是自然界中人类可以利用的能量不足，因此会发生能源危机，选项d错误【答案】c气体实验定律与热力学定律综合1.理想气体的内能：只考虑分子平均动能，不考虑分子势能，故理想气体的内能由温度决定2等温过程：气体的内能不改变3等容过程：气体不对外界做功，外界也不对气体做功4绝热过程：气体与外界无热交换，既不吸热，也不放热(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990 m深处的海水温度为280 k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1133所示，导热良好的气缸内封闭一定质量的气体，不计活塞的质量和摩擦，气缸所处海平面的温度t0300 k，压强p01 atm，封闭气体的体积v03 m3，如果将该气缸下潜至990 m深处，此过程中封闭气体可视为理想气体图1133(1)求990 m深处封闭气体的体积(1 atm相当于10 m深的海水产生的压强)(2)下潜过程中封闭气体_(填“吸热”或“放热”)，传递的热量_(填“大于”或“小于”)外界对气体所做的功【解析】(1)当气缸下潜至990 m时，设封闭气体的压强为p，温度为t，体积为v，由题意可知p100 atm根据理想气体状态方程得代入数据得v2.8102 m3(2)放热；大于【答案】(1)c(2)2.8102 m3放热大于热力学第一定律在气体状态变化中的应用(1)理想气体无分子势能，只有分子动能，一定质量的气体，其内能只取决于温度，而与体积无关(2)在气体状态变化过程中，三个状态参量(p、v、t)遵循理想气体状态方程(或c常数)，判断气体的内能的变化只需分析气体的温度，温度升高(或降低)，内能增大(或减小)(3)由气体体积变化情况分析做功情况，气体体积增大，气体对外做功，气体体积减小，外界对气体做功然后由热力学第一定律uqw确定热量q的正、负，判断出是吸热还是放热【迁移应用】3.图1134如图1134所示，在竖直放置的圆柱形容器内用质量为m的活塞密封一部分气体，活塞与容器壁间能无摩擦滑动，容器的横截面积为s.开始时气体的温度为t0，活塞与容器底的距离为h0.现将整个装置放在大气压恒为p0的空气中，当气体从外界吸收热量q后，活