高考物理 第二单元 热力学定律 能的转化和守恒选修

高考物理第二单元热力学定律能的转化和守恒课件选修第一页，共六十五页，编辑于2023年，星期六选修3-3热学第二页，共六十五页，编辑于2023年，星期六第二单元热力学定律能的转化和守恒第三页，共六十五页，编辑于2023年，星期六第四页，共六十五页，编辑于2023年，星期六第五页，共六十五页，编辑于2023年，星期六一、物体的内能1．分子的动能(1)单个分子动能：物体内分子无规则运动所具有的能称为分子动能，分子的动能是指一个分子具有的能．从物质是由大量分子组成的观点看，研究单个分子的动能是没有意义的，应从统计的观点看分子的动能，由此可见，有意义的是分子的平均动能．第六页，共六十五页，编辑于2023年，星期六(2)分子的动能与机械运动物体的动能不同：分子的动能是对机械运动中物体的动能的拓展，但和机械运动中物体的动能有本质的区别．机械运动的形式取决于外界作用的客观条件，所以机械运动中物体的动能可以为零，而分子运动是永不停息的，因此分子的动能不可能为零．第七页，共六十五页，编辑于2023年，星期六第八页，共六十五页，编辑于2023年，星期六3．分子的势能(1)存在的前提：分子力做功与路径无关，由体积决定．因此理想气体的内能由温度决定，与体积无关．原因是：理想气体分子间无相互作用的分子力，故无分子势能，与体积无关．(2)定义：分子间存在相互作用力，由分子间相对位置所决定的势能，叫做分子势能．(3)分子势能变化的判断方法：分子力做正功，分子势能减小；分子力做负功，分子势能增加．第九页，共六十五页，编辑于2023年，星期六4．物体的内能(1)定义：物体内所有分子的动能和势能的总和叫做物体的内能．(2)内能与温度和体积的关系：由于分子动能与温度有关，分子势能与体积有关，所以，一定质量的某种物质的内能是由物体的温度和体积共同决定的．(3)内能和机械能区别：物体处于任何状态都具有内能．但物体只有运动才有动能．物体有内能未必有动能，但有动能一定同时有内能．第十页，共六十五页，编辑于2023年，星期六【考题随练1】

(2014·北京)下列说法中正确的是(

)A．物体温度降低，其分子热运动的平均动能增大B．物体温度升高，其分子热运动的平均动能增大C．物体温度降低，其内能一定增大D．物体温度不变，其内能一定不变【解析】物体温度是分子平均动能的标志，温度高分子平均动能大，影响物体内能为所有分子动能和分子势能之和，温度降低或不变，内能不一定大，B选项正确，A、C、D选项错误．【答案】

B第十一页，共六十五页，编辑于2023年，星期六【考题随练2】

(2013·重庆)某未密闭房间的空气温度与室外的相同，现对该室内空气缓慢加热，当室内空气温度高于室外空气温度时(

)A．室内空气的压强比室外的小B．室内空气分子的平均动能比室外的大C．室内空气的密度比室外大D．室内空气对室外空气做了负功第十二页，共六十五页，编辑于2023年，星期六【解析】未密闭房间说明是等压变化，压强不变，A选项错误；温度是分子平均动能的标志；温度升高分子平均动能增加，B选项正确；等压升温度，体积增大，密度变小，C选项错误；体积增大，对外做正功，D选项错误．【答案】

B第十三页，共六十五页，编辑于2023年，星期六【考题随练3】下列说法正确的是(

)A．液体中悬浮微粒的布朗运动是做无规则运动的液体分子撞击微粒而引起的B．物体温度越高，其分子的平均动能越大C．物体里所有分子动能的总和叫做物体的内能D．只有通过热传递的方式才能改变物体的内能第十四页，共六十五页，编辑于2023年，星期六【解析】布朗运动这一现象是液体分子撞击微粒造成的．温度是分子平均动能的标志，A、B选项正确；内能是指物体里所有分子动能与势能的总和．做功和热传递都能改变物体的内能，C、D选项错误．【答案】

AB第十五页，共六十五页，编辑于2023年，星期六【考题随练4】关于内能下列说法正确的是(

)A．一定质量的某种物体的内能是由物体的温度和体积共同决定的B．由于内能与温度和体积有关，因此两种物质只要体积和温度相同．它们的内能必相同C．0℃的冰溶化成0℃的水．体积减小了，分子势能必减小D．0℃的冰溶化成0℃的水，体积减小了，分子势能必增加第十六页，共六十五页，编辑于2023年，星期六【解析】物体的内能在质量一定的情况下，内能由体积和温度共同决定，当两种不同物质相比较，分子平均动能和势能相同，但分子数不相同时，物质的内能也不相同，A选项正确，B选项错误；0℃的冰溶化成0℃的水，体积减小，不能就此认为其势能也减小，而应从改变内能的两种方式上去分析．冰溶化过程吸收热量，内能增加，而温度不变，所增加的只能是分子的势能，D选项正确，C选项错误．【答案】

AD第十七页，共六十五页，编辑于2023年，星期六二、改变物体内能的方式：做功和热传递1．改变内能的两种方式做功和热传递在改变物体内能上是等效的，但它们之间又有本质的区别．做功是其他形式的能与物体内能的转化；热传递是内能在物体间的转移．2．热功当量J＝4.2焦/卡热功当量的测定，说明做功和热传递在改变内能上是等效的．第十八页，共六十五页，编辑于2023年，星期六【考题随练5】如图所示，密闭绝热容器内有一绝热的具有一定质量的活塞，活塞的上部封闭着气体，下部为真空，活塞与器壁的摩擦忽略不计．置于真空中的轻弹簧的一端固定于容器的底部，另一端固定在活塞上，弹簧被压缩后用绳扎紧，此时弹簧的弹性势能为Ep(弹簧处在自然长度时的弹性势能为零)．现绳突然断开，弹簧推动活塞向上运动，经过多次往复运动后活塞静止，气体达到平衡态．经过此过程(

)

第十九页，共六十五页，编辑于2023年，星期六第二十页，共六十五页，编辑于2023年，星期六A．Ep全部转化为气体的内能B．Ep一部分转化成活塞的重力势能，其余部分仍为弹簧的弹性势能C．Ep全部转化成活塞的重力势能和气体的内能D．Ep一部分转化成活塞的重力势能，一部分转化为气体的内能，其余部分仍为弹簧的弹性势能【解析】通过对活塞受力分析确定弹簧末状态再利用能量守恒判断．活塞最后平衡，故弹簧处于压缩状态，Ep没有全部转化为其他形式的能量．活塞对气体做功，并且容器是绝热的，故气体内能增加，由能量守恒，可判定D项正确．【答案】

D第二十一页，共六十五页，编辑于2023年，星期六【考题随练6】下图为焦耳实验装置图，用绝热性能良好的材料将容器包好，重物下落带动叶片搅拌容器里的水，引起水温升高．关于这个实验，下列说法正确的是(

)第二十二页，共六十五页，编辑于2023年，星期六A．这个装置可测定热功当量B．做功增加了水的热量C．做功增加了水的内能D．功和热量是完全等价的，无区别【答案】

AC第二十三页，共六十五页，编辑于2023年，星期六三、热力学第一定律1．内容一个热学系统内能的变化ΔU，决定于系统与外界交换的热量Q和做功W.2．表达式：ΔU＝W＋Q.3．符号法则：得正失负．外界对物体做功为正值，反之为负值；物体从外界吸热为正值，反之为负值；物体的内能增加为正值，反之为负值．第二十四页，共六十五页，编辑于2023年，星期六【考题随练7】

(2014·江苏)一种海浪发电机的气室如图所示．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．压缩过程中，两个阀门均关闭，若此过程中，气室中的气体与外界无热量交换，内能增加了3.4×104J，则该气体的分子平均动能________(选填“增大”“减小”或“不变”)，活塞对该气体所做的功________(选填“大于”“小于”或“等于”)3.4×104J.第二十五页，共六十五页，编辑于2023年，星期六第二十六页，共六十五页，编辑于2023年，星期六【解析】由题意内能增加，理想气体的内能只与温度有关，故温度升高，则气体的分子平均动能增大；根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q,3.4×104J＝W＋0，得W＝3.4×104J.【答案】增大等于第二十七页，共六十五页，编辑于2023年，星期六四、热力学第二定律1．内容：两种表述(1)按照热传导的方向性可表述为：热量不能自发地从低温物体传递到高温物体．(2)按照机械能与内能转化过程的方向性可表述为：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．第二十八页，共六十五页，编辑于2023年，星期六其他表述：第二类永动机是不可能制成的；不能制成效率为100%的热机；任何一类宏观自然过程进行方向的说明都可以作为热力学第二定律的表述．热力学第二定律使人们认识到，自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性．第二十九页，共六十五页，编辑于2023年，星期六【考题随练8】下列说法正确的是(

)A．机械能全部变成内能是不可能的B．第二类永动机不可能制造成功的原因是因为能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只能从一个物体转移到另一个物体，或从一种形式转化成另一种形式C．根据热力学第二定律可知，热量不可能从低温物体传到高温物体D．从单一热源吸收的热量全部变成功是可能的【答案】

D第三十页，共六十五页，编辑于2023年，星期六【考题随练9】判断下列说法是否正确：A．空调机作为制冷机使用时，将热量从温度较低的室内送到温度较高的室外，所以制冷机的工作是不遵守热力学第二定律的．(×)B．从单一热源吸取热量使之全部变成有用的机械功是不可能的．(×)C．物体从单一热源吸收的热量可全部用于做功．(√)D．功可以全部转化为热，但热量不能全部转化为功．(×)E．热量能够自发地从高温物体传递到低温物体，但不能自发地从低温物体传递到高温物体．(√)第三十一页，共六十五页，编辑于2023年，星期六F．没有摩擦的理想热机可以把吸收的能量全部转化为机械能．(×)G．热量只能从高温物体向低温物体传递．(×)H．热量不能由低温物体传递到高温物体．(×)I．外界对物体做功，物体的内能必定增加．(×)J．第二类永动机不可能制成，是因为违反了能量守恒定律．(×)K．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．(√)第三十二页，共六十五页，编辑于2023年，星期六L．只要对内燃机不断改进，就可以把内燃机得到的全部内能转化为机械能．(×)M．满足能量守恒定律的物理过程都能自发进行．(×)O．根据热力学定律，热机的效率可以达到100%.(×)2．能的转化与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别的形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化和转移的过程中其总量不变．第三十三页，共六十五页，编辑于2023年，星期六【考题随练10】在一个没有热交换的房间内打开电扇，电扇正常工作．过一段时间房间内的温度将作如下变化(

)A．升高 B．降低C．不变 D．无法判断【解析】把电扇与房间看作一个系统．电扇正常工作时，电扇和房间内热交换发生在系统内，系统内部不引起总能量的变化．但电扇消耗电能增加了系统的总能量．根据能的转化守恒定律知，增加的系统能量转化为内能使房间的温度升高，A选项正确．【答案】

A第三十四页，共六十五页，编辑于2023年，星期六六、固体、液体1．晶体与非晶体单晶体外形规则，具有各向异性．记住典型单晶体(石英、云母、明矾、食盐、蔗糖、味精、硫酸铜、雪花、水晶)．多晶体外形不规则，具有各向同性．常见的金属是多晶体．单晶体和多晶体具有固定的熔点．非晶体外形不规则，没有确定的熔点，具有各向同性．记住典型的非晶体(玻璃、蜂蜡、松香、沥青、橡胶)．晶体和非晶体在一定条件下能够相互转化．同一物质可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现．第三十五页，共六十五页，编辑于2023年，星期六2．液体的表面张力液体的表面张力使液面具有收缩的趋势；表面张力跟液面相切，跟这部分液面的分界线垂直．3．液晶的物理性质具有液体的流动性；具有晶体的光学各向异性；从某个方向看其分子排列比较整齐，但从另一方向看，分子的排列是杂乱无章的．4．浸润、不浸润、毛细现象及其成因(看教科书对应部分)．第三十六页，共六十五页，编辑于2023年，星期六【考题随练11】

(2014·海南)下列说法正确的是(

)A．液体表面张力的方向与液面垂直并指向液体内部B．单晶体有固定的熔点，多晶体没有固定的熔点C．单晶体中原子(或分子、离子)的排列具有空间周期性D．通常金属在各个方向的物理性质都相同，所以金属是非晶体E．液晶具有液体的流动性，同时具有晶体的各向异性特征第三十七页，共六十五页，编辑于2023年，星期六【解析】表面张力产生在液体表面层，它的方向平行于液体表面，而非与液面垂直，A选项错误；晶体分为单晶体和多晶体，都有固定的熔点，B选项错误；单晶体具有各向异性，原子(或分子、离子)的排列具有空间周期性，C选项正确；通常金属在各个方向的物理性质都相同，但具有固定的熔点，属于晶体中的多晶体，D选项错误；液晶具有液体的流动性，同时具有晶体的各向异性特征，E选项正确．【答案】

CE第三十八页，共六十五页，编辑于2023年，星期六【考题随练12】

(2012·江苏)下列现象中，能说明液体存在表面张力的有(

)A．水黾可以停在水面上B．叶面上的露珠呈球形C．滴入水中的红墨水很快散开D．悬浮在水中的花粉做无规则运动第三十九页，共六十五页，编辑于2023年，星期六【解析】由于液体表面层分子引力，使得液体表面具有收缩的趋势，露珠表面张力使表面面积收缩到最小，从而使它收缩成一个球形，水面的张力给水黾向上的弹力，A、B选项正确；滴入水中的红墨水很快散开是扩散现象，是液体分子无规则热运动的反映，C选项错误；悬浮在水中的花粉做无规则运动是布朗运动，是液体分子无规则热运动的反映，D选项错误．【答案】

AB第四十页，共六十五页，编辑于2023年，星期六七、饱和汽湿度1．饱和汽与未饱和汽(1)饱和汽：与液体处于动态平衡的蒸汽．(2)未饱和汽：没有达到饱和状态的蒸汽．2．饱和汽压(1)定义：饱和汽所具有的压强．(2)特点：液体的饱和汽压与温度有关，温度越高，饱和汽压越大，且饱和汽压与饱和汽的体积无关．第四十一页，共六十五页，编辑于2023年，星期六第四十二页，共六十五页，编辑于2023年，星期六【考题随练13】关于空气湿度，下列说法正确的是(

)A．当人们感到潮湿时，空气的绝对湿度一定较大B．当人们感到干燥时，空气的相对湿度一定较小C．空气的绝对湿度用空气中所含水蒸气的压强表示D．空气的相对湿度定义为水的饱和蒸汽压与相同温度时空气中所含水蒸气的压强之比第四十三页，共六十五页，编辑于2023年，星期六【解析】在一定气温条件下，大气中相对湿度越大，水气蒸发也就越慢，人就感受到越潮湿，故当人们感到潮湿时，空气的相对湿度一定较大，但绝对湿度不一定大，故选项A错误；在一定气温条件下，大气中相对湿度越小，水汽蒸发也就越快，人就越感到干燥，故当人们感到干燥时，空气的相对湿度一定较小，但绝对湿度不一定小，故选项B正确；绝对湿度是指一定空间中水蒸气的绝对含量，可用空气中水的蒸汽压来表示，故选项C正确；相对湿度为某一被测蒸汽压与相同温度下的饱和蒸气压的比值的百分数，相对湿度则给出大气的潮湿程度，而不是水的饱和蒸汽压与相同温度时空气中所含水蒸气的压强之比，故选项D错误．第四十四页，共六十五页，编辑于2023年，星期六【答案】

BC【学法指导】绝对湿度是指一定空间中水蒸气的绝对含量，可用空气中水的蒸汽压来表示；相对湿度为某一被测蒸汽压与相同温度下的饱和蒸汽压的比值的百分数；在一定气温条件下，大气中相对湿度越大，水汽蒸发也就越慢，人就感受到越潮湿；在一定气温条件下，大气中相对湿度越小，水汽蒸发也就越快，人就越感到干燥．第四十五页，共六十五页，编辑于2023年，星期六八、两类永动机的区别1．第一类永动机不消耗任何能量，却可以源源不断地对外做功，这种机器称为第一类永动机．它所以不能实现，是由于它违反能量转化和守恒定律．2．第二类永动机一种热机，只从单一热源吸收热量，可以全部用来做功，而不引起其他变化，这种热机叫第二类永动机．第二类永动机并不违反能量守恒定律，但因机械能可以全部转化为内能，内能却不能全部转化成机械能，同时不引起其他变化，因此第二类永动机也是不能实现．即违反了热力学第二定律．第四十六页，共六十五页，编辑于2023年，星期六【考题随练14】关于永动机的说法正确的是(

)A．第一类永动机和第二类永动机之所以不能制成，是因为都违反了能的转化和守恒定律B．第二类永动机从理论上讲可以制成，只是现代科技不够发达C．第二类永动机不可制成，说明了机械能和内能转化过程有方向性D．第二类永动机符合能量守恒定律，因此是可以制成的【答案】

C第四十七页，共六十五页，编辑于2023年，星期六第四十八页，共六十五页，编辑于2023年，星期六高考调研规律(六十)热力学第一定律深入理解1．对热力学第一定律中功的理解做功和热传递是改变物体内能的方式，其中“做功”不是任何形式的功，而是指能够产生内能的功．第四十九页，共六十五页，编辑于2023年，星期六【考题随练1】在如图所示的两端开口的“U”形管中，盛有同种液体，并用管闩K将液体隔成左、右两部分，左边液面比右边液面高．现打开管闩K，从打开管闩到两边液面第一次平齐的过程中，液体向外放热为Q，内能变化量为ΔU，动能变化量为ΔEk；大气对液体做功W1，重力做功为W2，液体克服阻力做功为W3.由功能关系可得：①W1＝0②W2－W3＝ΔEk③W2－W3＝Q＝ΔU④W3－Q＝ΔU.其中正确的是(

)第五十页，共六十五页，编辑于2023年，星期六A．①②③ B．①②④C．②③ D．①③第五十一页，共六十五页，编辑于2023年，星期六【解析】由动能定理可知W2－W3＋W1＝ΔEk，其中W1＝p·ΔV左－p·ΔV右＝0，知①②正确．由热力学第一定律知ΔU＝W＋Q，即ΔU＝W3－Q，即④正确，③错误．综合以上分析可知选项B正确．【答案】

B第五十二页，共六十五页，编辑于2023年，星期六【学法指导】本题对应做功的表达有W1、W2、W3，但能够改变物体内能的功是W3，其中W1、W2、W3功的代数和为液体外力做的功，对应的应该为液体动能的改变量．从而看出，同样是功，但形成效果不同，在理解基本概念、基本规律时，要注意将看似相同的物理量放在一起，进行此较和鉴别，从而达到认识事物的本质的目的．第五十三页，共六十五页，编辑于2023年，星期六2．物体达到热平衡指的是两物体的温度相同时，达到平衡的一种状态．热平衡的宏观标志为温度相等．在达到热平衡的过程中，内能是从高温物体传向低温物体，而不是从内能大的物体传向内能小的物体．在高考试题中常用“热传递”“绝热”“导热”等说法，要将它们区别开来．如“绝热”活塞，说明活塞两侧无热量传递，除非巧合，一般温度不等；“导热”活塞，说明最终两侧温度相等．第五十四页，共六十五页，编辑于2023年，星期六【考题随练2】如图所示，水平放置的密封汽缸内的气体被一竖直隔板分隔为左右两部分，隔板可在汽缸内无摩擦滑动，右侧气体内有一电热丝．汽缸壁和隔板均绝热．初始时隔板静止，左右两边气体温度相等．现给电热丝提供一微弱电流，通电一段时间后切断电源．当缸内气体再次达到平衡时，与初始状态相比(

)第五十五页，共六十五页，编辑于2023年，星期六A．右边气体温度升高，左边气体温度不变B．左右两边气体温度都升高C．左边气体压强增大D．右边气体内能的增加量等于电热丝放出的热量第五十六页，共六十五页，编辑于2023年，星期六【解析】当电热丝通电后，右边气体吸收热量后，温度升高，压强增大，隔板不再平衡，向左移动，右侧气体对左侧气体做功，由于隔板和汽缸均绝热，使左侧气体的内能增加，温度升高，体积减小，因此左侧气体的压强也增大，当隔板再次平衡时两边压强均增大了，A选项错误，B、C选项正确；右侧气体对左侧气体做了功，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q得右边气体内能的增加量小于电热丝放出的热量，右边气体内能的增加值为电热丝放出的热量减去对左边的气体所做的功，D选项错误．【答案】

BC第五十七页，共六十五页，编辑于2023年，星期六第五十八页，共六十五页，编辑于2023年，星期六高考综合拓展(五十三)热力学第二定律的微观解释一、有序、无序、宏观态、微观态【例1】(1)如图所示，把一块洁净的玻璃板吊在橡皮筋的下端，使玻璃板水平地接触水面，如果你想使玻璃板离开水面，必须用比玻璃板重力________的拉力向上拉橡皮筋．原因是水