高三物理复习热学第3讲热力学定律与能量守恒省公开课一等奖新名师获奖

第3讲热力学定律与能量守恒1/762/76【知识梳理】知识点1热力学第一定律1.改变内能两种方式:(1)_____。(2)_______。做功热传递3/762.热力学第一定律:(1)内容:一个热力学系统内能增量等于外界向它传递_____与外界对它所做功和。(2)表示式:________。热量ΔU=Q+W4/76(3)ΔU=Q+W中正、负号法则。物理量意义符号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_____吸收放出增加降低5/76(4)三种特殊状态改变过程。6/76①如图所表示绝热过程:有Q=__,则W=____,外界对系统做功等于系统内能增加。②不做功过程:即W=0,则Q=____,系统吸收热量等于系统内能增加。③内能不变过程:即ΔU=0,则______或_____,外界对系统做功等于_______________。0ΔUΔUW+Q=0W=-Q系统放出热量7/76知识点2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___________________________,或者__________________________,在转移或转化过程中,能量总量保持不变。从一个形式转化为另一个形式从一个物体转移到别物体8/762.普适性:能量守恒定律是自然界普遍规律,某一个形式能是否守恒是_______。比如,机械能守恒定律含有适用条件,而能量守恒定律是_______,是一切自然现象都恪守基本规律。有条件无条件9/76知识点3热力学第二定律1.热力学第二定律三种表述:(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10/76(2)开尔文表述:如图甲所表示,不可能从单一热源__________,使之完全变成功,而不产生其它影响。或表述为“第二类永动机不可能制成”。吸收热量11/76(3)如图乙所表示,用熵概念表述:在任何自然过程中,一个孤立系统总熵_________(热力学第二定律又叫作熵增加原理)。2.热力学第二定律微观意义:一切自发过程总是沿着分子热运动___________方向进行。不会减小无序性增大12/76【易错辨析】(1)做功和热传递实质是相同。()(2)外界压缩气体做功20J,气体内能可能不变。()(3)给自行车打气时,发觉打气筒温度升高,这是因为外界对气体做功。()13/76(4)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。()(5)科技进步能够使内燃机成为单一热源热机。()(6)对能源过分消耗将使自然界能量不停降低,形成能源危机。()14/76(7)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。()(8)一定量100℃水变成100℃水蒸气,其分子之间势能增加。()15/76提醒:(1)×。做功改变内能是其它形式能转化为内能,热传递是内能转移。(2)√。做功和热传递都能够改变内能,外界压缩气体做功20J,气体可能同时放热,内能可能不变。(3)×。活塞克服摩擦做功,使筒内空气内能增加,快速压缩活塞对筒内空气做功,使筒内空气内能增加。16/76(4)√。热量能够从低温物体向高温物体传递,但要引发其它改变。(5)×。不可能从单一热源吸热全部用来对外做功而不引发其它改变。(6)×。对能源过分消耗将形成能源危机,但自然界总能量守恒。17/76(7)√。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,因为电能也部分转化为热能。(8)√。一定量100℃水变成100℃水蒸气,温度没有改变,分子平均动能不变,不过在这个过程中要吸热,内能增加,所以分子之间势能必定增加。18/76考点1热力学第一定律【关键要素精讲】1.热力学第一定律表示:在ΔU=Q+W中,W表示做功情况,说明内能和其它形式能能够相互转化;Q表示吸热或放热情况,说明内能能够从一个物体转移到另一个物体,而ΔU=Q+W是能量守恒定律详细表示。19/762.三种特殊情况:(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,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。20/763.温度、内能、热量、功比较:含义特点温度表示物体冷热程度,是物体分子平均动能大小标志,它是大量分子热运动集体表现,对个别分子来说,温度没有意义状态量内能(热能)物体内全部分子动能和势能总和,它是由大量分子热运动和分子相对位置所决定能21/76含义特点热量指在热力系统与外界之间依靠温差传递能量,热量是过程量,只能说“吸收”“放出”不能说“含有”“含有”过程量功做功过程是机械能或其它形式能和内能之间转化过程22/76【高考命题探究】【典例1】如图所表示,固定容器及可动活塞P都是绝热,中间有一导热固定隔板B,B两边分别盛有气体甲和乙。现将活塞P迟缓地向B移动一段距离,已知气体温度随其内能增加而升高。则在移动P过程中()世纪金榜导学号4272228223/76A.外力对乙做功;甲内能不变B.外力对乙做功;乙内能不变C.乙传递热量给甲;乙内能增加D.乙内能增加;甲内能不变24/76【解析】选C。隔板B是导热,说明甲、乙两部分气体间有热传递;容器和活塞是绝热,说明容器内气体与外界没有热交换。当将活塞P向B移动一段距离时,活塞压缩气体对气体乙做功,依据热力学第一定律分析得知,乙内能增加,温度升高。因为隔板B是导热,而升温后乙气体温度比甲高,故热量由乙传向甲,甲内能增加。25/76【强化训练】1.如图是密闭汽缸,外力推进活塞P压缩气体,对缸内气体做功200J,同时气体向外界放热100J,缸内气体()26/76A.温度升高,内能增加100JB.温度升高,内能降低200JC.温度降低,内能增加100JD.温度降低,内能降低200J27/76【解析】选A。外界对气体做功,W=200J;气体向外散热,则Q=-100J,依据热力学第一定律得,气体内能增量ΔU=W+Q=200J-100J=100J,即内能增加100J。对于一定质量理想气体,内能增加,温度必定升高,故A正确。28/762.(·海淀区模拟)如图所表示,在一个配有活塞厚壁有机玻璃筒底放置一小团硝化棉,快速向下压活塞,筒内气体被压缩后可点燃硝化棉。在筒内封闭气体被活塞压缩过程中()29/76A.气体对外界做正功,气体内能增加B.外界对气体做正功,气体内能增加C.气体温度升高,压强不变D.气体体积减小,压强不变30/76【解析】选B。压缩玻璃筒内空气,气体压强变大,机械能转化为筒内空气内能,空气内能增加,温度升高,当到达棉花燃点后,棉花会燃烧,故B正确,A、C、D错误。31/76【规律总结】判定物体内能改变方法(1)内能改变都要用热力学第一定律进行综合分析。(2)做功情况看气体体积:体积增大,气体对外界做功,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)假如研究对象是理想气体,则因为理想气体没有分子势能,所以当它内能改变时,主要表达在分子动能改变上,从宏观上看就是温度发生了改变。32/76【加固训练】(多项选择)如图所表示,一个封闭绝热汽缸,被中间挡板分割成左右相等两部分。左边充满一定量某种理想气体,右边真空。现将中间挡板移去,待气体稳定后,则()33/76A.气体温度不发生改变B.因为气体体积膨胀了,所以内能降低C.气体分子平均动能减小D.即使气体体积膨胀了,不过没有对外做功E.气体分子在器壁单位面积上单位时间内发生碰撞平均次数变为原来二分之一34/76【解析】选A、D、E。气体在向真空膨胀过程中没有力作用,所以不做功,绝热过程,内能不变,故温度不变,故A正确,B错误,D正确;温度是分子热运动平均动能标志,温度不变,故分子平均动能不变,故C错误;气体温度不变,体积增加为2倍,故分子热运动平均动能不变,分子数密度减小为二分之一,故气体分子在器壁单位面积上单位时间内发生碰撞平均次数变为原来二分之一,故E正确。35/76考点2热力学第二定律了解应用【关键要素精讲】1.热力学第二定律含义:(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”含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。36/762.热力学第二定律实质:热力学第二定律每一个表述,都揭示了大量分子参加宏观过程方向性,进而使人们认识到自然界中进行包括热现象宏观过程都含有方向性。37/763.热力学过程方向性实例:(1)高温物体低温物体。(2)功

热。(3)气体体积V1气体体积V2(V1<V2)。(4)不一样气体A和B混合气体AB。38/764.两类永动机比较: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,却能不停地对外做功机器从单一热源吸收热量,使之完全变成功,而不产生其它影响机器不可能制成原因违反能量守恒不违反能量守恒,违反热力学第二定律39/76【高考命题探究】【典例2】(多项选择)(·榆林模拟)关于第二类永动机,以下说法中正确是世纪金榜导学号42722283()A.没有冷凝器,只有单一热源,能将从单一热源吸收热量全部用来做功,而不引发其它改变热机叫作第二类永动机B.第二类永动机违反了能量守恒定律,所以不可能制成40/76C.第二类永动机不可能制成,说明机械能能够全部转化为内能,内能却不能全部转化为机械能D.第二类永动机不可能制成,说明机械能能够全部转化为内能,内能却不能全部转化为机械能,同时不引发其它改变41/76【解析】选A、D。没有冷凝器,只有单一热源,能将从单一热源吸收热量全部用来做功,而不引发其它改变热机叫作第二类永动机,故A正确;第二类永动机违反了热力学第二定律,故B错误;机械能能够全部转化为内能,内能却不能全部转化为机械能,同时不引发其它改变,故D正确,C错误。42/76【强化训练】1.如图所表示中汽缸内盛有定量理想气体,汽缸壁是导热,缸外环境保持恒温,活塞与汽缸壁接触是光滑,但不漏气。现将活塞杆与外界连接,使其迟缓地向右移动,这么气体将等温膨胀并经过杆对外做功。若已知理想气体内能只与温度相关,则以下说法正确是()43/76A.气体是从单一热源吸热,全用来对外做功,所以此过程违反热力学第二定律B.气体从单一热源吸热,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44/76【解析】选C。热力学第二定律从机械能与内能转化过程方向性来描述是:不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功,而不引发其它改变。本题中假如没有外界帮助,比如外力拉动活塞杆使活塞向右移动,使气体膨胀对外做功,造成气体温度略微降低,是不可能从外界吸收热量,即这一过程即使是气体从单一热源吸热,全用来对外做功,但引发了其它改变,所以此过程不违反热力学第二定律。45/762.关于两类永动机和热力学两个定律,以下说法正确是()A.第二类永动机不可能制成是因为违反了热力学第一定律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46/76C.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,从单一热源吸收热量,完全变成功也是可能47/76【解析】选D。第一类永动机违反能量守恒定律,第二类永动机违反热力学第二定律,A、B错;由热力学第一定律可知W≠0,Q≠0,但ΔU=W+Q能够等于0,C错;由热力学第二定律可知D中现象是可能,但会引发其它改变,D对。48/76【加固训练】(·衡水模拟)图为电冰箱工作原理示意图。压缩机工作时,强迫致冷剂在冰箱内外管道中不停循环。在蒸发器中致冷剂汽化吸收箱体内热量,经过冷凝器时致冷剂液化,放出热量到箱体外。以下说法正确是()49/76A.热量能够自发地从冰箱内传到冰箱外B.电冰箱致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.电冰箱工作原理违反了热力学第一定律D.电冰箱工作原理违反了热力学第二定律50/76【解析】选B。由热力学第二定律知,热量不能自发地由低温物体传到高温物体,除非施加外部影响和帮助。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A错误,B正确;在工作过程中,是消耗了电能,而使压缩机做功,故不违反热力学第一定律,故C错误;在冰箱制冷中是因为压缩机消耗了电能,从而能使冰箱源源不停地向外界散热,故D错误。51/76考点3气体试验定律与热力学第一定律综合【关键要素精讲】气体试验定律与热力学第一定律问题处理方法:(1)气体试验定律研究对象是一定质量理想气体。(2)处理详细问题时,分清气体改变过程是求解问题关键,依据不一样改变,找出与之相关气体状态参量,利用相关规律处理。52/76(3)对理想气体,只要体积改变,外界对气体(或气体对外界)要做功,假如是等压改变,W=pΔV;只要温度发生改变,其内能就发生改变。(4)结合热力学第一定律ΔU=W+Q求解问题。53/76【高考命题探究】【典例3】(多项选择)(·全国卷Ⅱ)一定量理想气体从状态a开始,经历等温或等压过程ab、bc、cd、da回到原状态,其p-T图象如图所表示,其中对角线ac延长线过原点O。以下判断正确是()世纪金榜导学号4272228454/76A.气体在a、c两状态体积相等B.气体在状态a时内能大于它在状态c时内能C.在过程cd中气体向外界放出热量大于外界对气体做功D.在过程da中气体从外界吸收热量小于气体对外界做功E.在过程bc中外界对气体做功等于在过程da中气体对外界做功55/76【思索探究】(1)a→b过程p、V、T怎样改变?提醒:a→b压强减小、温度不变,体积增加,气体膨胀对外做功。56/76(2)b→c过程p、V、T怎样改变?提醒:b→c压强不变,温度降低,体积减小,外界对气体做功;一样能够判断c→d温度不变,压强增大,体积减小,外界对气体做功,d→a压强不变,温度升高,体积增大,膨胀气体对外做功。57/76【解析】选A、B、E。一定量理想气体,在体积不变时,压强和热力学温度成正比,即Va=Vc,选项A正确;气体在状态a时温度高于在状态c时温度,而温度是分子平均动能标志,理想气体忽略分子间相互作用力,气体分子势能不变,所以气体在状态a时内能大于它在状态c时内能,选项B正确;cd过程为恒温升压过程,压强增大致积减小,外界对系统做正功,58/76但系统内能不变,故放热,放出热量Q=W外,选项C错误;da过程为恒压升温过程,内能增大,体积增大对外做功,故吸热,但吸收热量Q=W外+ΔE内,故Q>W外,选项D错误;bc过程恒压降温,体积减小,外界对气体做功,因为ab和cd过程都是等温过程,paVa=pbVb,pcVc=pdVd,则有paVa-pdVd=pbVb-pcVc,又因pd=pa,pc=pb,pa(Va-Vd)=pb(Vb-Vc),所以Wbc=Wad,故在过程bc中外界对气体做功等于在过程da中气体对外界做功,选项E正确。59/76【迁移训练】60/76迁移1:理想气体与热力学定律组合某驾驶员发觉中午时车胎内气压高于清晨时,且车胎体积增大。若这段时间胎内气体质量不变且可视为理想气体,那么()A.外界对胎内气体做功,气体内能减小B.外界对胎内气体做功,气体内能增大C.胎内气体对外界做功,内能减小D.胎内气体对外界做功,内能增大61/76【解析】选D。由理想气体状态方程=C可知,对于一定质量理想气体,压强和体积都增大时温度一定升高;而一定质量理想气体,其内能仅与温度相关,温度升高时内能增大;因为车胎体积增大,所以胎内气体对外界做功;综上可知,选项D正确,选项A、B、C错误。62/76迁移2:气体状态改变图象与试验定律组合(多项选择)(·海南高考)一定量理想气体从状态M能够经历过程1或者过程2抵达状态N,其p-V图象如图所表示。在过程1中,气体一直与外界无热量交换;在过程2中,气体先经历等容改变再经历等压改变。对于这两个过程,以下说法正确是()63/76A.气体经历过程1,其温度降低B.气体经历过程1,其内能减小C.气体在过程2中一直对外放热D.气体在过程2中一直对外做功E.气体经历过程1内能改变量与经历过程2相同64/76【解析】选A、B、E。气体经历过程1,气体一直与外界无热量交换,压强减小,体积变大,对外做功。依据热力学第一定律,其内能减小,温度降低,选项A、B正确;气体在过程2中,先经历等容过程,体积不变,压强减小,则温度一定降低,对外放热,不对外做功;再经历等压过程,体积变大对外做功,又升温,所以是一个吸热过程,所以选项C、D错误;因为气体经历过程1和气体经历过程2初、末状态相同,所以内能改变量相同,选项E正确。65/76迁移3:理想气体状态方程与热力学定律组合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-T图象如图所表示。已知该气体在状态A时体积为1×10-3m3。求:世纪金榜导学号4272228566/76(1)该气体