高考物理总复习第十一章热学选修第33讲热力学定律与能量守恒市赛课公开课一等奖省名师获奖课

热学(选修3－3)第十一章第33讲热力学定律与能量守恒1/33考纲要求考情分析命题趋势1.热力学第一定律Ⅰ2．能量守恒定律Ⅰ3．热力学第二定律Ⅰ·全国卷Ⅰ，33(1)·全国卷Ⅱ，33(1)·重庆卷，10(1)·北京卷，13·广东卷，17·全国卷Ⅰ，33(1)在新课标地域，高考对热学部分考查在选做题中出现，题型包括选择、填空和计算题，考查知识点全方面覆盖，同时突出重点，如热力学定律.2/33栏目导航板块一板块二板块三板块四3/331．热力学第一定律①内容：一个热力学系统____________等于外界向它传递热量与外界对它所做功和．②表示式：ΔU_________.考点热力学定律能量守恒内能增量Q＋W4/33③符号法则符号WQΔU＋外界对物体做功物体______热量内能______－物体对外界做功物体______热量内能______吸收增加放出减小2．热力学第二定律三种表述(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______热库吸收热量，使之完全变成功，而_________其它影响．或表述为“第二类永动机不可能制成．”(3)用熵概念进行表述：在任何自然过程中，一个孤立系统总熵不会______

(热力学第二定律又叫做熵增加原理)．自发地单一不产生减小5/333．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，它只能从一个形式______为另一个形式，或者从一个物体______到别物体，在转化或转移过程中，能量______保持不变．(2)能源利用①存在能量耗散和___________．②重视利用能源时对______影响．③推进开发新能源(如________、生物质能、风能、潮汐能等)．转化转移总和品质降低环境太阳能6/331．判断正误(1)做功和热传递实质是相同．(

)(2)绝热过程中，外界压缩气体做功20J，气体内能一定降低20J．(

)(3)物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变．(

)(4)在给自行车打气时，会发觉打气筒温度升高，这是因为外界对气体做功．(

)(5)自由摆动秋千摆动幅度越来越小，能量正在消失．(

)(6)利用河水能量使船逆水航行构想，符合能量守恒定律．(

)(7)热机中，燃气内能能够全部变为机械能而不引发其它改变．(

)7/331．改变内能两种方式比较一方式名称比较项目做功热传递区别内能改变情况外界对物体做功，物体内能增加；物体对外界做功，物体内能降低物体吸收热量，内能增加；物体放出热量，内能降低8/33方式名称比较项目做功热传递区别从运动形式上看做功是宏观机械运动向物体微观分子热运动转化热传递则是经过分子之间相互作用，使同一物体不一样部分或不一样物体间分子热运动发生改变，是内能转移从能量角度看做功是其它形式能与内能相互转化过程不一样物体间或同一物体不一样部分之间内能转移能性质改变情况能性质发生了改变能性质不变相互联络做一定量功或传递一定量热量在改变内能效果上是相同9/332.热力学第一定律不但反应了做功和热传递这两种改变内能过程是等效，而且给出了内能改变量和做功与热传递之间定量关系．此定律是标量式，应用时功、内能、热量单位应统一为国际单位焦耳．3．三种特殊情况(1)若过程是绝热，则Q＝0，W＝ΔU，外界对物体做功等于物体内能增加；(2)若过程中不做功，即W＝0，则Q＝ΔU，物体吸收热量等于物体内能增加；(3)若过程始、末状态物体内能不变，即ΔU＝0，则W＋Q＝0或W＝－Q，外界对物体做功等于物体放出热量．10/33理想气体内能改变判定对一定质量理想气体，因为无分子势能，其内能只包含分子无规则热运动动能，这时内能只与温度相关，故判定一定质量理想气体内能是否改变，应看温度是否发生了改变，与体积无关．11/33[例1](·江苏南通一模)如图所表示，一定质量理想气体从状态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“卡诺循环”．(1)该循环过程中，以下说法正确是_______.A．A→B过程中，外界对气体做功B．B→C过程中，气体分子平均动能增大C．C→D过程中，单位时间内碰撞单位面积器壁分子数增多D．D→A过程中，气体分子速率分布曲线不发生改变C12/33(2)该循环过程中，内能减小过程是_________

(选填“A→B”“B→C”“C→D”或“D→A”)．若气体在A→B过程中吸收63kJ热量，在C→D过程中放出38kJ热量，则气体完成一次循环对外做功为_________kJ.[思维导引]

①在p－V图象中，A→B和C→D过程，发生等温改变，B→C和D→A过程，为绝热过程．由各过程特点及p、V改变判断做功情况．②经过一个完整循环而回到原状态时，内能改变总量为多少？B→C2513/33解析：(1)A→B过程中，气体体积变大，气体对外做功，A项错误；由理想气体状态方程可知，B→C为绝热过程，气体体积变大，气体对外界做功，内能减小，温度降低，所以B→C温度降低，气体分子平均动能减小，B项错误；C→D过程中气体压强增大，又C→D为等温过程，且气体体积变小，则单位时间内碰撞单位面积器壁分子数增多，C项正确；D→A过程中，气体体积减小，外界对气体做功，内能增大，温度升高，所以气体分子速率分布曲线最大值向速率大方向偏移，D项错误．(2)该循环过程中，B→C温度降低，内能降低，因为一个循环中气体内能不变，B→C、D→A是绝热过程，气体与外界无热量交换，所以整个过程中吸收热量63kJ－38kJ＝25kJ，依据热力学第一定律可知，气体对外做功为25kJ.14/33二热力学第二定律15/332．热力学第一定律和热力学第二定律关系热力学第一定律是和热现象相关物理过程中能量守恒特殊表示形式及热量与内能改变定量关系．而第二定律指明了能量转化与守恒能否实现条件和过程进行方向，指出了一切改变过程自然发展是不可逆，除非靠外界影响．所以二者相互联络，又相互补充．3．两类永动机比较第一类永动机第二类永动机不消耗能量却能够源源不停地对外做功机器从单一热源吸热，全部用来对外做功而不引发其它改变机器违反能量守恒，不可能实现不违反能量守恒，违反热力学第二定律，不可能实现16/33热力学第二定律涵义(1)“自发地”指明了热传递等热力学宏观现象方向性，不需要借助外界提供能量帮助．(2)“不产生其它影响”涵义是发生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影响，如吸热、放热、做功等．17/33[例2](·江苏模块验收测试)如图所表示为电冰箱工作原理示意图．压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外管道中不停循环．在蒸发器中制冷剂汽化吸收箱体内热量，经过冷凝器时制冷剂液化，放出热量到箱体外．(1)(多项选择)以下说法正确是_______A．热量能够自发地从冰箱内传到冰箱外B．电冰箱制冷系统能够不停地把冰箱内热量传到外界，是因为其消耗了电能C．电冰箱工作原理不违反热力学第一定律D．电冰箱工作原理违反热力学第一定律(2)电冰箱制冷系统从冰箱内吸收热量与释放到外界热量相比，有怎样关系？BC18/33解析：(1)热力学第一定律是热现象中内能与其它形式能转化规律，是能转化和守恒定律详细表现，适合用于全部热学过程，故C项正确，D项错误；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，除非有外界影响或帮助，电冰箱把热量从低温内部传到高温外部，需要压缩机帮助并消耗电能，故B项正确，A项错误．(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，释放到外界热量比从冰箱内吸收热量多．答案：

(1)BC

(2)看法析19/331．(多项选择)依据热力学定律，以下说法中正确是(

)A．电冰箱工作过程表明，热量能够从低温物体向高温物体传递B．空调机在制冷过程中，从室内吸收热量少于向室外放出热量C．科技进步能够使内燃机成为单一热源热机D．对能源过分消耗将使自然界能量不停降低，形成“能源危机”解析：在一定条件下，热量能够从低温物体传给高温物体，A项正确；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项正确；C项中说法违反热力学第二定律，C项错；对能源过分消耗会造成能够利用能量降低，而总能量是守恒，D项错．AB20/332．(·湖南长沙四县一市期末统考)用隔板将一容器隔成A和B两部分，A中盛有一定量气体，B为真空(如图甲所表示)，现把隔板抽去，A中气体将自动充满整个容器(如图乙所表示)，这个过程称为气体自由膨胀．则关于气体自由膨胀以下说法中正确是()A．在自由膨胀过程中，全部气体分子运动方向相同B．在自由膨胀过程中，只要把握好隔板插入时机，全部气体就能抵达B部分C．气体充满整个容器后，只要时间足够长，还能全部自动回到A部分D．气体充满整个容器后，B部分中一些气体分子有可能再回到A部分D21/33解析：气体分子在永不停息地做无规则运动，在自由膨胀过程中也不例外，选项A错误；在自由膨胀过程中，气体分子将充满所能到达空间，即整个容器，选项B错误；热力学第二定律指出含有大量分子参加宏观过程都含有方向性，所以选项C错误；气体充满整个容器后，气体分子朝各个方向运动机会均等，所以B部分中一些气体分子有可能再回到A部分，选项D正确．22/333．(·福建泉州模拟)一定质量理想气体从状态A改变到状态B，再改变到状态C，其状态改变过程p－V图象如图所表示．已知该气体在状态A时温度为27℃.求：(1)该气体在状态B时温度；(2)该气体从状态A到状态C过程中与外界交换热量．23/33答案：

(1)－173℃

(2)吸收热量200J24/33[例1](多项选择)(·河南开封模拟·6分)如图所表示，一绝热容器被隔板K隔开成a、b两部分．已知a内有一定量稀薄气体，b内为真空．抽开隔板K后，a内气体进入b，最终到达平衡状态．在此过程中(

)A．气体对外界做功，内能降低B．气体不做功，内能不变C．气体压强变小，温度不变D．气体压强变大，温度不变E．单位时间内撞击容器壁分子数降低25/33[答题送检]····································来自阅卷名师汇报错误致错原因扣分A不明白“绝热容器”含义，挖掘不出稀薄气体向真空扩散是否做功，不能依据热力学第一定律解题，错选A．－626/33[规范答题]

[解析]

绝热容器内稀薄气体与外界没有热传递，Q＝0，稀薄气体向真空扩散时气体没有做功，W＝0，依据热力学第一定律稀薄气体内能不变，则温度不变，稀薄气体扩散体积增大，依据玻意耳定律可知，气体压强必定变小，故A、D错误，B、C正确；温度不变，分子平均动能不变，压强减小，说明单位时间内撞击容器壁分子数降低，故E正确．[答案]

BCE27/331．(·福建福州模拟)如图所表示，厚度和质量不计、横截面积为S＝10cm2绝热汽缸倒扣在水平桌面上，汽缸内有一绝热“T”形活塞固定在桌面上，活塞与汽缸封闭一定质量理想气体，开始时，气体温度为T0＝3