2025届新教材高考物理一轮复习第十三章热学第3节热力学定律与能量守恒定律学案新人教版

PAGE11-第3节热力学定律与能量守恒定律必备学问预案自诊学问梳理一、热力学第肯定律1.变更物体内能的两种方式①(1);

(2)。

2.热力学第肯定律(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:ΔU=。

二、能量守恒定律1.内容能量既不会凭空产生,也不会凭空消逝,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,能量的总量保持不变。

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。

3.第一类永动机是不行能制成的,它违反了。

三、热力学其次定律1.热力学其次定律的两种表述(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:不行能从单一热库汲取热量,使之完全变胜利,而。或表述为“永动机是不行能制成的”。

2.用熵的概念表示热力学其次定律在任何自然过程中,一个孤立系统的总熵不会。

3.热力学其次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②。

②注:热力学其次定律的每一种表述,都揭示了自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。4.其次类永动机不行能制成的缘由是违反了③。

③注:第一类永动机违反能量守恒定律,其次类永动机不违反能量守恒定律但违反热力学其次定律。考点自诊1.推断下列说法的正误。(1)做功和热传递的实质是相同的。()(2)绝热过程中,外界压缩气体做功,气体的内能肯定削减。()(3)物体汲取热量,同时对外做功,内能可能不变。()(4)热机中,燃气的内能可以全部变为机械能而不引起其他变更。()2.关于系统的内能及其变更,下列说法正确的是()A.系统的温度变更时,其内能必定变更B.系统对外做功,其内能不肯定变更;向系统传递热量,其内能不肯定变更C.对系统做功,系统内能必定变更;系统向外传出肯定热量,其内能必定变更D.若系统与外界不发生热交换,则系统的内能必定不变更3.(多选)下列现象中能够发生的是()A.一杯热茶在打开杯盖后,茶会自动变得更热B.蒸汽机把蒸汽的内能全部转化成机械能C.桶中浑浊的泥水在静置一段时间后,泥沙下沉,上面的水变清,泥、水自动分别D.电冰箱通电后把箱内低温物体的热量传到箱外高温物体4.(新教材人教版必修第三册P64A组T5改编)如图所示,固定汽缸内由活塞封闭肯定质量的气体,起先时活塞处于静止状态,用电热丝对气体加热后活塞缓慢向左移动x,移动过程中活塞与汽缸的摩擦忽视不计,汽缸导热性能良好,环境温度保持不变。大气压强为p0,活塞面积为S,试分析气体是吸热还是放热,热量为多少?关键实力学案突破考点一热力学第肯定律(自主探究)1.热力学第肯定律不仅反映了做功和热传递这两种方式变更内能的过程是等效的,而且给出了内能的变更量和做功与热传递之间的定量关系。2.对公式ΔU=Q+W符号的规定符号WQΔU+外界对物体做功物体汲取热量内能增加-物体对外界做功物体放出热量内能削减3.几种特别状况(1)若过程是绝热的,则Q=0,W=ΔU,外界对物体做的功等于物体内能的增加量。(2)若过程中不做功,即W=0,则Q=ΔU,物体汲取的热量等于物体内能的增加量。(3)若过程的始末状态物体的内能不变,即ΔU=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。4.热力学其次定律的实质热力学其次定律的每一种表述,都揭示了大量分子参加宏观过程的方向性,进而使人们相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。5.两类永动机的比较分类第一类永动机其次类永动机设计初衷不须要任何动力或燃料,却能不断地对外做功的机器从单一热源汲取热量,使之完全变胜利,而不产生其他影响的机器不行能制成的缘由违反能量守恒不违反能量守恒,但违反热力学其次定律对点演练1.(多选)关于物体的内能,以下说法中正确的是()A.物体汲取热量,内能肯定增大B.物体放出热量,同时对外做功,内能肯定削减C.物体体积变更,内能可能不变D.不行能从单一热源汲取热量,使之完全变为功2.(2024山东泰安模拟)如图所示,在竖直放置的导热性能良好的圆柱形容器内用质量为m的活塞密封一部分志向气体,活塞能无摩擦地滑动,容器的横截面积为S。整个装置放在大气压为p0的室内,稳定时活塞与容器底的距离为h0。现把容器移至大气压仍为p0的室外,活塞缓慢上升d后再次平衡,重力加速度大小为g。若此过程中气体汲取的热量为Q,则密闭气体的内能()A.削减了Q-(mg+p0S)dB.削减了Q+(mg+p0S)dC.增加了Q-(mg+p0S)dD.增加了Q+(mg+p0S)d考点二热力学其次定律(自主探究)1.热力学其次定律的理解(1)在热力学其次定律的表述中“自发地”“不产生其他影响”的含义。①“自发地”指明白热传递现象的方向性,不须要借助外界供应能量的帮助。②“不产生其他影响”是说发生的热力学宏观过程只在本系统内完成,对四周环境不产生热力学方面的影响。如吸热、放热、做功等。(2)热力学其次定律的实质热力学其次定律的每一种表述,都揭示了大量分子参加宏观过程的方向性,进而使人们相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功内能③气体体积V1(较小)气体体积V2(较大)④不同气体A和B混合气体AB(4)热力学其次定律的微观意义: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。2.热力学第一、其次定律的比较热力学第肯定律热力学其次定律定律揭示的问题从能量守恒的角度揭示了功、热量和内能变更量三者的定量关系指出自然界中出现的宏观过程是有方向性的机械能和内能的转化当摩擦力做功时,机械能可以全部转化为内能内能不行能在不引起其他变更的状况下完全变成机械能表述形式只有一种表述形式有多种表述形式两定律的关系在热力学中,两者既相互独立,又互为补充,共同构成了热力学学问的理论基础对点演练3.(2024全国卷Ⅱ)下列关于能量转换过程的叙述,违反热力学第肯定律的有,不违反热力学第肯定律,但违反热力学其次定律的有。(填正确答案标号)

A.汽车通过燃烧汽油获得动力并向空气中散热B.冷水倒入保温杯后,冷水和杯子的温度都变得更低C.某新型热机工作时将从高温热源汲取的热量全部转化为功,而不产生其他影响D.冰箱的制冷机工作时从箱内低温环境中提取热量散发到温度较高的室内4.(多选)(2024广东顺德模拟)下列关于热力学定律的说法正确的是()A.假如两个系统均与第三个系统处于热平衡状态,这两个系统的温度肯定相等B.可以找到一种材料做成墙壁,冬天供暖时汲取热量温度上升,然后向房间自动释放热量供暖,然后再把热量汲取回去,形成循环供暖,只须要短时间供热后即可停止外界供热C.低温系统可以向高温系统传递热量D.无论科技如何进步与发展,肯定零度都不行以达到考点三热力学定律与气体试验定律的综合应用(师生共研)1.热力学定律与气体试验定律问题的处理方法(1)气体试验定律探讨对象是肯定质量的志向气体。(2)解决详细问题时,分清气体的变更过程是求解问题的关键,依据不同的变更,找出与之相关的气体状态参量,利用相关规律解决。(3)对志向气体,只要体积变更,外界对气体(或气体对外界)就要做功,假如是等压变更,W=pΔV;只要温度发生变更,其内能就发生变更。(4)结合热力学第肯定律ΔU=W+Q求解问题。2.与志向气体相关的热力学问题的分析方法对肯定量志向气体的内能变更,吸热还是放热及外界对气体如何做功等问题,可按下面方法判定:(1)做功状况看体积体积V减小→外界对气体做功→W>0;体积V增大→气体对外界做功→W<0;无阻碍地自由膨胀→W=0。(2)内能变更看温度温度T上升→内能增加→ΔU>0;温度T降低→内能削减→ΔU<0。(3)吸热还是放热,一般题目中会告知,或由热力学第肯定律ΔU=Q+W,知道W和ΔU后确定Q。【典例1】(2024四川成都二诊)如图所示,封有肯定质量志向气体的圆柱形汽缸竖直放置,汽缸的高度H=30cm,缸体内底面积S=200cm2,缸体质量M=10kg。弹簧下端固定在水平桌面上,上端连接活塞,当缸内气体温度T0=280K时,缸内气体高h=20cm。现缓慢加热气体,使活塞最终恰好静止在缸口(未漏气),此过程中缸内气体汲取热量为Q=450J。已知大气压恒为p0=1×105Pa,重力加速度g取10m/s2,不计活塞质量、厚度及活塞与缸壁的摩擦,且汽缸底部及活塞表面始终保持水平。求:(1)活塞最终静止在缸口时,缸内气体的温度;(2)加热过程中,缸内气体内能的增加量。解题指导审题关键词句分析解读活塞最终静止在缸口末态时气体的体积缸风光 积,缸体质量,大气压缸内气体的压强续表关键词句分析解读缓慢加热气体等压变更过程破题1.对汽缸受力分析,汽缸受重力、外边大气向下的压力、封闭气体向上的压力,加热过程中,汽缸受力不变,因此加热气体过程中封闭气体的压强不变,气体发生等压变更,由等压变更规律计算。2.对活塞受力分析,受重力、封闭气体向下的压力、外边气体向上的压力,加热过程中,活塞受力不变,因此活塞不动。汽缸向上移动的高度为H-h,气体对外做功W=pS(H-h),由热力学第肯定律计算内能的增加量。对点演练5.(多选)(2024全国卷Ⅲ)如图所示,一开口向上的导热汽缸内,用活塞封闭了肯定质量的志向气体,活塞与汽缸壁间无摩擦。现用外力作用在活塞上,使其缓慢下降。环境温度保持不变,系统始终处于平衡状态。在活塞下降过程中。

A.气体体积渐渐减小,内能增加B.气体压强渐渐增大,内能不变C.气体压强渐渐增大,放出热量D.外界对气体做功,气体内能不变E.外界对气体做功,气体汲取热量6.(2024天津卷)水枪是孩子们宠爱的玩具,常见的气压式水枪储水罐示意如图。从储水罐充气口充入气体,达到肯定压强后,关闭充气口。扣动扳机将阀门M打开,水即从枪口喷出。若在水不断喷出的过程中,罐内气体温度始终保持不变,则气体()A.压强变大 B.对外界做功C.对外界放热 D.分子平均动能变大考点四热力学第肯定律与气体图像的综合(师生共研)处理热力学第肯定律与气体图像的综合问题的思路1.依据气体图像的特点推断气体的温度、体积的变更状况,从而推断气体与外界的吸、放热关系及做功关系。2.在p-V图像中,图线与V轴围成的面积表示气体对外界或外界对气体做的功。3.结合热力学第肯定律推断有关问题。【典例2】(2024山东卷)肯定质量的志向气体从状态a起先,经a→b、b→c、c→a三个过程后回到初始状态a,其p-V图像如图所示。已知三个状态的坐标分别为a(V0,2p0)、b(2V0,p0)、c(3V0,2p0)。以下推断正确的是()A.气体在a→b过程中对外界做的功小于在b→c过程中对外界做的功B.气体在a→b过程中从外界汲取的热量大于在b→c过程中从外界汲取的热量C.在c→a过程中,外界对气体做的功小于气体向外界放出的热量D.气体在c→a过程中内能的削减量大于b→c过程中内能的增加量(1)志向气体的内能变更看温度;(2)p-V图像所围的面积表示气体做的功。对点演练7.(2024山东德州二模)如图所示,a、b、c为肯定质量的志向气体变更过程中的三个不同状态,下列说法正确的是()A.a、b、c三个状态的压强相等B.从a到c气体的内能减小C.从a到b气体汲取热量D.从a到b与从b到c气体对外界做功的数值相等8.(2024山东聊城二模)如图所示,肯定质量的志向气体从状态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,这就是闻名的“卡诺循环”。下列说法正确的是()A.A→B过程中,气体和外界无热交换B.B→C过程中,气体分子的平均动能增大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更第3节热力学定律与能量守恒定律必备学问·预案自诊学问梳理一、热力学第肯定律1.(1)做功(2)热传递2.(2)Q+W二、能量守恒定律1.转化转移转化转移2.普遍规律3.能量守恒定律三、热力学其次定律1.(1)自发地(2)不产生其他影响其次类2.减小3.无序性4.热力学其次定律考点自诊1.(1)×(2)×(3)√(4)×2.B系统的温度只能确定分子平均动能,而内能由分子动能和分子势能共同确定,A错误;做功和热传递都可以变更系统的内能,B正确,C、D错误。3.CD依据热力学其次定律知,A、B错误,D正确;泥、水分别是因为泥沙所受重力大于水的浮力,C正确。4.答案吸热,热量为p0Sx解析汽缸导热性能良好,环境温度保持不变,故气体的内能不变,气体对外做的功为p0Sx,依据热力学第肯定律ΔU=W+Q,解得Q=p0Sx,故气体汲取热量。关键实力·学案突破对点演练1.BC物体汲取热量,若同时对外做功,其内能可能削减,选项A错误;依据热力学第肯定律,物体放出热量,同时对外做功,内能肯定削减,选项B正确;物体体积变更,例如志向气体体积变更,只要温度不变,其内能不变,选项C正确;可以从单一热源汲取热量,使之完全变为功,但是会引起其他变更,选项D错误。2.C活塞上升的过程,密闭气体克服大气压力和活塞的重力做功,所以外界对系统做的功W=-(mg+p0S)d,依据热力学第肯定律得密闭气体增加的内能ΔU=Q+W=Q-(mg+p0S)d,即在此过程中的密闭气体的内能增加了Q-(mg+p0S)d,故C正确,A、B、D错误。3.BCB项中,冷水倒入保温杯后,在热传递过程中,保温杯降温,冷水必升温,若都降温,就违反了热力学第肯定律;C项中,新型热机的效率也达不到100%,热量不行能全部转化为功,违反了热力学其次定律。4.ACD假如两个系统均与第三个系统处于热平衡状态,这两个系统的温度肯定相等,A正确;依据热力学其次定律,题中所述的问题不行能实现,B错误;低温系统向高温系统传递热量是可以实现的,前提是要引起其他变更,C正确;肯定零度不行以达到,D正确。典例1答案(1)420K(2)240J解析(1)加热过程为等压变更,设缸内气体的末态温度为T,初态温度为T0=280K由盖-吕萨克定律有hS代入数据解得T=420K(2)设缸内气体的压强为p;对汽缸由平衡条件有Mg+p0S=pS该过程气体对外做功W=pS(H-h)则外界对气体做功为W'=-W由热力学第肯定律有ΔU=W'+Q代入数据解得ΔU=240J对点演练5.BCD本题以汽缸为背景,意在考查气体试验定律和热力学定律。肯定质量志向气体的内能仅与温度有关,温度不变,气体内能不变,选项A错误;依据p1V1=p2V2,气体体积变小,压强增大,选项B正确;外界对气体做功W>0,内能不变ΔU=0,由ΔU=W+Q,可得Q<0,放出热量,选项C、D正确,选项E错误。6.B探讨储水罐内封闭的气体,在温度不变时,pV=C,C为常数,气体体积变大,压强变小,A错误;气体体积变大,对外做功,B正确;温度不变,内能不变,ΔU=0,依据热力学第肯定律,ΔU=W+Q,气体体积变大,W为负值,则Q为正值,气体吸热,C错误;温度是分子平均动能的标记,温度不变,平均动能不变,D错误。典例2C在p-V图像