3-3热力学定律能量守恒定律复习学案(2016)2018版

1、3-3热力学定律与能量守恒定律复习学案SIEP Q强基固本|基砒知识必记必厳|知识梳理知识点一、热力学第一定律1改变物体内能的两种方式(1) ；。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=o(3) U=中正、负号法则：WQ U+外界对物体做功物体热量内能_一物体对外界做功物体热量内能知识点二、能量守恒定律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 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，能量的 _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。

2、3. 第一类永动机是不可能制成的，它违背了 o知识点三、热力学第二定律1. 热力学第二定律的两种表述(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”。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。4第二类永动机不可能制成的原因是违背了 。思维深化判断正误，正确的画“V” ，错误的画“X” 。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

3、过程中，外界压缩气体做功 20 J，气体的内能可能不变。（）（3）在给自行车打气时，会发现打气筒的温度升高，这是因为打气筒从外界吸热。（）（4）可以从单一热源吸收热量，使之完全变成功。（）题组自测题组一对热力学第一定律及能量守恒定律的理解1. 一定质量的理想气体在某一过程中，外界对气体做功7.0 X 104J，气体内能减少1.3 X 105 J，则此过程（）A. 气体从外界吸收热量2.0 X 105 J B气体向外界放出热量2.0 X 105 JC.气体从外界吸收热量6.0 X 104 J D .气体向外界放出热量6.0 X 104 J2. 木箱静止于水平地面上，现在用一个80 N的水平推力推

4、动木箱前进10 m,木箱受到的摩 擦力为60 N，则转化为木箱与地面系统的内能 U和转化为木箱的动能 丘分别是（）A. U= 200 J，& = 600 J B . U= 600 J，& = 200 JC. U= 600 J，Ek= 800 J D . U= 800 J，丘=200 J3. 如图1所示，一定质量的理想气体由状态 a沿abc变化到状态c，吸收 了 340 J的热量，并对外做功120 J。若该气体由状态a沿adc变化到状态 c时，对外做功 40 J，则这一过程中气体 （填“吸收”或“放出”）J热量。题组二对热力学第二定律的理解4. （多选）下列叙述和热力学定律相关，其中正确的是（）

5、A. 第一类永动机不可能制成，是因为违背了能量守恒定律B. 能量耗散过程中能量不守恒C. 电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，违背了热力学第二定律D. 能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性5. 根据你所学热学中的有关知识，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以转化成机械能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 CD. 第一类永动机违背能量守恒定律，第二

6、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STEPB考点突絃磁心考点 点点突顒考点一对热力学第一定律的理解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，即 U= Q+ W2. 几种特殊情况 若过程是绝热的，则Q= 0，W= A U, 等于物体内能的增加量。 若过程中不做功，即 W 0,则Q= A U, 等于物体内能的增加量。 若过程的始末状态物体的内能不变，即 A 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。【例1】（多选）（2014 广东卷，17）用

7、密封性好、充满气体的塑料袋包裹易碎品，如图2所假设袋内气体与外界无热交换，则袋内气示，充气袋四周被挤压时，体（）.体积减小，压强减小D .对外界做正功，压强减小A. 体积减小，内能增大BC.对外界做负功，内能增大【变式训练】1. 一定质量的气体，在从状态1变化到状态2的过程中，吸收热量280 J，并对外做功120 J， 试问：（1）这些气体的内能怎样发生变化？变化了多少？（2）如果这些气体又返回原来的状态，并放出了 240 J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？考点二对热力学第二定律的理解1对热力学第二定律关键词的理解在热力学第二定律的表述中，“自发地”、

8、“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。n然界中进行的涉型热现象的宏规过程都h有方向性si 八n 热駁Q能口发传納(门商隘物体黨忑備氏发地崑全转世占噸SWBF低温物休2热力学第二定律的实质(2)功|.二一热不能H笈地M不能完全转化为3气体体积口能ri发膨胀列.、评1不能自发收縮蚪十I八z i于*能自堆混合痕 人八”丄“ I)e同1休和“ G址，盂二站壮混介 订衣A15 小能自发分离|3两类永动机的

9、比较分类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不违背能量守恒，违背热力学第二定律【例2】(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 .功转变为热的实际宏观过程是不可逆过程【变式训练】2. 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. 第二类永动机不可能制成是因为违反了热

10、力学第一定律B. 第一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考点三热力学定律与气体实验定律的综合应用【例3】一定质量的理想气体被活塞封闭在气缸内，如图 3所示水平放置。活塞的质量 m 20 kg，横截面积S= 100 cm2,活塞可沿气缸壁无摩擦滑动但不漏气，开始使气缸水平放置， 活塞与气缸底的距离Li= 12 cm，离气缸口的距离L2= 3 cm。外界气温为27 C，大气压强为 1

11、.0 x 105 Pa，将气缸缓慢地转到开口向上的竖直位置，待稳定后对缸内气体逐渐加热，使活 塞上表面刚好与气缸口相平，已知 g= 10 m/s2,求：（1）此时气体的温度为多少？ 在对缸内气体加热的过程中，气体膨胀对外做功，同时吸收Q= 370 J的热量，则气体增加的内能 A U多大？丄匚工 f【变式训练】3. （2014 云南师大附中测试）一定质量的某种理想气体从状态 A开始按图4所示的箭头方向 经过状态B达到状态C,已知气体在A状态时的体积为1.5 L，求：（1）气体在状态C时的体 积； 说明A-B、B-C两个变化过程是吸热还是放热，并比较 A-B、B-C两个过程中热量srEPa盹堂演练

12、效黑桂测知綻虑升1. 我国航天员漫步太空已变成现实。已知飞船在航天员出舱前先要“减压” ，在航天员从太空 返回进入航天器后要“升压”，因此飞船将此设施专门做成了一个舱，叫“气闸舱”，其原理 图如图5所示，相通的舱A、B间装有阀门K,指令舱A中充满气体，气闸舱B内为真空，整 个系统与外界没有热交换。打开阀门 K后，A中的气体进入B中，最终达到平衡，则（）A. 气体体积膨胀，对外做功B. 气体分子势能减少，内能增加C. 体积变大，温度降低D. B中气体不可能自发地全部退回到 A中2. （多选）如图6所示，固定在地面上的水平气缸内由活塞 B圭寸闭着一定量的气体，气体分子 之间的相互作用力可以忽略。假

13、设气缸壁的导热性能很好，环境的温度保持不变。若用外力F将活塞B缓慢地水平向右拉动，则在拉动活塞的过程中，关于此气缸一K内气体的下列结论中，正确的是（） IA. 气体做等温膨胀，分子的平均速率不变，气体的压强不变:B. 气体做等温膨胀，气体分子单位时间对气缸壁单位面积碰撞的次数将变少C. 因为气体内能不变，所以气体从外界吸收的热能全用来对外做功D. 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3 .（多选）（2014 新课标全国卷I， 33） 定量的理想气体从状态a开始，经历三个过程ab、be、ca回到原状态，其p T图象如图7所示。下列判断正确的是（）A. 过程ab中气体

14、一定吸热叶 bB. 过程bc中气体既不吸热也不放热C. 过程ca中外界对气体所做的功等于气体所放的热咋D. a、b和c三个状态中，状态a分子的平均动能最小E. b和c两个状态中，容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数不同3 =IOT4. 在如图8所示的坐标系中，一定质量的某种理想气体先后发生以下两 种状态变化过程：第一种变化是从状态 A到状态B,外界对该气体做功 为6 J ;第二种变化是从状态A到状态C,该气体从外界吸收的热量为9 J。图线AC的反向延长线通过坐标原点 O, B、C两状态的温度相同，理想气体的分子势能为零。求:（1）从状态A到状态C的过程，该气体对外界做的功W和其内能的

15、增量 Ui； 从状态A到状态B的过程，该气体内能的增量 U2及其从外界吸收的热量Q2STEPD活页作业强比训垛技縫提髙基本技能练1. （多选）如图1所示，绝热隔板K把绝热的气缸分隔成体积相等的两部分， K与气缸壁的接触是光滑的。两部分中分别盛有相同质量、相同温度的同种气体a和b。气体分子之间相互作用势能可忽略。现通过电热丝对气体 a加热一段时间后，a、b各自达到新的平衡（）A. a的体积增大了，压强变小了B. b的温度升高了C. 加热后a的分子热运动比b的分子热运动更剧烈D. a增加的内能大于b增加的内能2. （多选）图2为某同学设计的喷水装置，内部装有2 L水，上部密封1 atm的空气0.5

16、 L，保持阀门关闭，再充入1 atm的空气0.1 L，设在所有过程中空气可看作理想气体，且温度 不变，下列说法正确的有（）A. 充气后，密圭寸气体压强增加B. 充气后，密封气体的分子平均动能增加C. 打开阀门后，密封气体对外界做正功D. 打开阀门后，不再充气也能把水喷光3. 封闭在汽缸内一定质量的理想气体由状态 A变到状态D,其体积V与热力学温度T的关系 如图3所示，该气体的摩尔质量为 M状态A的体积为Vo,温度为To, O A D三点在同一直线上，阿伏加德罗常数为2。（1）（多选）由状态A变到状态D过程中（）A. 气体从外界吸收热量，内能增加B. 气体体积增大，单位时间内与器壁单位面积碰撞的

17、分子数减少C. 气体温度升高，每个气体分子的动能都会增大D. 气体的密度不变(2) 在上述过程中，气体对外做功为 5 J，内能增加9 J，则气体(填“吸收”或“放出”)热量J。(3) 在状态D,该气体的密度为p，体积为2V。，则状态D的温度为多少？该气体的分子数为 多少？4. 如图4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后再回到状态其 中，A- B和C- D为等温过程，B-C和 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 o* 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C. C

18、- 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(2) 若该循环过程中的气体为1 mol，气体在A状态时的体积为10 L，在B状态时压强为A状2态时的3o求气体在B状态时单位体积内的分子数。(已知阿伏加德罗常数 2= 6.0 x 1023mo,计算结果保留一位有效数字)5 . (2014 重庆卷，10)(1)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，

19、分子平均动能减小(2)图5为一种减震垫，上面布满了圆柱状薄膜气泡，每个气泡内充满体积为V0，压强为po的气体，当平板状物品平放在气泡上时，气泡被压缩。若气泡内气体可视为理想气体，其温 度保持不变，当体积压缩到 V时气泡与物品接触面的面积为 S,求此时每个气泡内气体对接触面处薄膜的压力。 丿6. （2014 江苏卷，12A） 种海浪发电机的气室如图 6所示。工作时，活塞随海浪上升或下 降，改变气室中空气的压强，从而驱动进气阀门和出气阀门打开或关闭。气室先后经历吸入、 压缩和排出空气的过程，推动出气口处的装置发电。气室中的空气可视为理想气体。出气口 _ _pc，所以状态b单位时间内容器壁单位面积受

20、到分子撞击的次数多，选项E对。活页作业1. 答案 BCD解析a气体吸收热量，体积增大，使隔板 K压缩b气体，由热力学第一定律可知，b气体内 能增加，即温度升高，B正确；对a、b两部分气体来说，加热前p、V、T皆相等，加热后， Pa = Pb，VaVb,由学二常数可知，TaTb,所以C、D正确。2. 答案 AC解析 由pV= nRT知，当V、T不变时，n增加，p增大，故A对；物体的温度不变，分子的平 均动能就不变，故B错；通过公式P1V + P2U= pV计算出，密封气体压强变为1.2 atm，大于 外界压强，故打开阀门后气体就会压水把水喷出，显然气体对外界做正功，体积变大，压强 变小，当密封气

21、体压强与装置内剩余水的压强之和与外界压强相等的时候，就不再喷水了， 故C对，D错。2 p V0NA3. 答案 (1)AB (2) 吸收 14 (3)2 T0M.解析(1)由状态A到状态D,温度升高，内能增加，体积变大，对外做功，由热力学第一定 律知，气体一定从外界吸收热量， A 正确；气体体积增大，单位时间内与器壁单位面积碰撞 的分子数减少， B 正确；温度升高，气体分子的平均动能增大，但每个气体分子的动能不一 定增大，C错误；因气体体积增大了，所以气体的密度减小了，D错误。(2)由热力学第一定律W+ Q=A U得Q= A U W= 9 J ( 5 J) = 14 J，吸收热量。pV2 P V

22、ONAAlD,由状态方程T = C,得Td= 2To,分子数n=M 。4. 答案(1)C (2)4 X 1025m 3解析(1) Al B体积增大，气体对外做功，A错误；Bl C体积增大，气体对外做功，W0, Q= 0， U0, T 增大，气体分子平均速率增大， D 错误。等温过程PbVb,得Vb= PpB，单位体积内的分子数n= VB。解得n = pAVA,代入数据 得 n = 4X 1025m3。3. 答案 (1)B (2) p0VV0S解析(1)由于储气罐的体积不变，气体做等容变化，由查理定律 T= K得，气体温度升高，压 强增大，选项C错误；理想气体的内能只有分子动能，而温度是分子平均

23、动能的标志，故温 度升高，分子平均动能增大，内能增大，选项A、D错误；由热力学第一定律 U= Q+ W可知， 气体吸收热量、内能增大， B 项正确。(2)设压力为F,压缩后气体压强为p,由玻意耳定律，PV)= pV和F = pSp0V0解得亡卩V S4. 答案(1)AD (2)增大 等于(3)5 X 1024个(或6X 1024个)解析 (1) 理想气体是一种理想化模型，忽略了气体分子之间的相互作用，实际上并不存在， A 对；只有当气体的温度不太低，压强不太高时，实际气体才可视为理想气体， B 错；一定质 量的某种理想气体的内能只与温度有关，与体积无关， C 错；不论在何种温度和压强下，理 想

24、气体都遵循气体实验定律，D对。(2) 气体被压缩，外界对气体做功，内能增大，温度升高，气体分子的平均动能增大，由热力 学第一定律4 U= W/= 3.4 X 10 J。(3) 设气体在标准状态时的体积为 V1,等压过程V V1T= T1V1气体物质的量n=V0,且分子数N= nNA,解得 N= VOT Nx代入数据得N= 5X 1024个(或N= 6X 1024个)5. 答案(1)AB (2) 10 cm 1.5 X 105 Pa 吸热 25 J解析 (1) 显而易见，选项 x 正确。空调机在制冷过程中消耗了电能，总体上是放出热量，选 项 B 正确。根据热力学第二定律，不可能制成一种循环工作的热机，从单一热源吸收热量， 使之完全变为功而不引起其它变化，所以选项 C 错误。能量守恒是自然界普遍遵循的规律， 能源危机的形成是由于在使用能源的过程中，能源的品质降低了，难以再利用，所以选项 D 错误。(2) 由玻意耳定律对A部分气体有：PaLS= p(L+ x)S对B部分气体有：PbLS= p(L-x)S代入相关数据解得5x= 10 cm, p= 1.5