2025版高考物理一轮复习第13章第3节热力学定律与能量守恒定律教学案新人教版

PAGE6-第3节热力学定律与能量守恒定律学问点一|热力学第肯定律1．变更物体内能的两种方式(1)做功；(2)热传递。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＝Q＋W。3．ΔU＝W＋Q中正、负号法则物理量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eq\o([推断正误])(1)做功和热传递的实质是相同的。 (×)(2)外界压缩气体做功20J，气体的内能可能不变。 (√)(3)给自行车打气时，发觉打气筒的温度上升，这是因为打气筒从外界吸热。 (×)eq考法1对热力学第肯定律的理解1.(多选)(2024·全国卷Ⅱ)如图所示，用隔板将一绝热汽缸分成两部分，隔板左侧充有志向气体，隔板右侧与绝热活塞之间是真空。现将隔板抽开，气体会自发扩散至整个汽缸。待气体达到稳定后，缓慢推压活塞，将气体压回到原来的体积。假设整个系统不漏气。下列说法正确的是()A．气体自发扩散前后内能相同B．气体在被压缩的过程中内能增大C．在自发扩散过程中，气体对外界做功D．气体在被压缩的过程中，外界对气体做功E．气体在被压缩的过程中，气体分子的平均动能不变ABD[气体向真空膨胀时不受阻碍，气体不对外做功，由于汽缸是绝热的，没有热交换，所以气体扩散后内能不变，选项A正确。气体被压缩的过程中，外界对气体做功，且没有热交换，依据热力学第肯定律，气体的内能增大，选项B、D正确。气体在真空中自发扩散的过程中气体不对外做功，选项C错误。气体在压缩过程中，内能增大，由于肯定质量的志向气体的内能完全由温度确定，温度越高，内能越大，气体分子的平均动能越大，选项E错误。]2.(多选)(2024·全国卷Ⅲ)关于气体的内能，下列说法正确的是()A．质量和温度都相同的气体，内能肯定相同B．气体温度不变，整体运动速度越大，其内能越大C．气体被压缩时，内能可能不变D．肯定量的某种志向气体的内能只与温度有关E．肯定量的某种志向气体在等压膨胀过程中，内能肯定增加CDE[气体的内能由物质的量、温度和体积确定，质量和温度都相同的气体，内能可能不同，说法A错误。内能与物体的运动速度无关，说法B错误。气体被压缩时，同时对外传热，依据热力学第肯定律知内能可能不变，说法C正确。肯定量的某种志向气体的内能只与温度有关，说法D正确。依据志向气体状态方程，肯定量的某种志向气体在压强不变的状况下，体积变大，则温度肯定上升，内能肯定增加，说法E正确。][考法指导]1．热力学第肯定律的理解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．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)若过程的初、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)气体向真空中自由膨胀时不做功。eq考法2热力学第肯定律与气体试验定律的综合3.(多选)(2024·全国卷Ⅰ)如图，肯定质量的志向气体从状态a起先，经验过程①、②、③、④到达状态e。对此气体，下列说法正确的是()A．过程①中气体的压强渐渐减小B．过程②中气体对外界做正功C．过程④中气体从外界汲取了热量D．状态c、d的内能相等E．状态d的压强比状态b的压强小BDE[由志向气体状态方程eq\f(paVa,Ta)＝eq\f(pbVb,Tb)可知，pb>pa，即过程①中气体的压强渐渐增大，选项A错误；由于过程②中气体体积增大，所以过程②中气体对外做功，选项B正确；过程④中气体体积不变，气体对外做功为零，温度降低，内能减小，依据热力学第肯定律，过程④中气体放出热量，选项C错误；由于状态c、d的温度相等，志向气体的内能只与温度有关，可知状态c、d的内能相等，选项D正确；由志向气体状态方程eq\f(pdVd,Td)＝eq\f(pbVb,Tb)并结合题图可知，状态d的压强比状态b的压强小，选项E正确。]4.(多选)如图，肯定量的志向气体从状态a变更到状态b，其过程如p­V图中从a到b的直线所示。在此过程中()A．气体温度始终降低B．气体内能始终增加C．气体始终对外做功D．气体始终从外界吸热E．气体汲取的热量始终全部用于对外做功BCD[对于肯定量的志向气体有eq\f(pV,T)＝恒量。从a到b，p渐渐增大，V渐渐增大，所以p与V的乘积pV增大，可知T增大，则气体的内能始终增加，故A错误，B正确。由于V渐渐增大，可知气体始终对外做功，故C正确。由热力学第肯定律ΔU＝Q＋W，因ΔU>0，W<0，可知Q>0，即气体始终从外界吸热，且汲取的热量大于对外做的功，故D正确，E错误。]5.(2024·长沙模拟)如图所示，一个内壁光滑的圆柱形汽缸，高度为L、底面积为S，缸内有一个质量为m的活塞，封闭了肯定质量的志向气体。温度为热力学温标T0时，用绳子系住汽缸底，将汽缸倒过来悬挂起来，汽缸处于竖直状态，缸内气体高为L0。已知重力加速度为g，大气压强为p0，不计活塞厚度及活塞与缸体的摩擦，求：(1)采纳缓慢升温的方法使活塞与汽缸脱离，缸内气体的温度至少要上升到多少？(2)从起先升温到活塞刚要脱离汽缸，缸内气体压力对活塞做功多少？(3)当活塞刚要脱离汽缸时，缸内气体的内能增加量为ΔU，则气体在活塞下移的过程中汲取的热量为多少？解析：(1)气体等压变更，由盖—吕萨克定律得：eq\f(L0S,T0)＝eq\f(LS,T)，解得：T＝eq\f(LT0,L0)。(2)对活塞，由平衡条件得：mg＋pS＝p0S，气体做功：W＝Fl＝pSl＝pS(L－L0)，解得：W＝(p0S－mg)(L－L0)。(3)由热力学第肯定律得：ΔU＝－W＋Q，气体汲取的热量：Q＝ΔU＋(p0S－mg)(L－L0)。答案：(1)eq\f(L,L0)T0(2)(p0S－mg)(L－L0)(3)ΔU＋(p0S－mg)(L－L0)[考法指导]求解此类综合问题的通用思路学问点二|热力学其次定律的理解1．热力学其次定律的两种表述(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。(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，而不产生其他影响。或表述为“其次类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减小(选填“增大”或“减小”)。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无序性增大的方向进行。eq\o([推断正误])(1)可以从单一热源汲取热量，使之完全变胜利。 (√)(2)热量不能从低温物体传给高温物体。 (×)(3)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。 (×)1．(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，必需对物体做功或向它传递热量B．可以从单一热源汲取热量，使之完全变为功C．不行能使热量从低温物体传向高温物体D．功转变为热的实际宏观过程是不行逆过程ABD[内能的变更可以通过做功或热传递进行，故A正确；在引起其他变更的状况下，可以从单一热源汲取热量，将其全部变为功，B正确；在有外界影响的状况下，可以使热量从低温物体传向高温物体，C错误；涉及热现象的宏观过程都具有方向性，故D正确。]2．(多选)以下哪个现象不违反热力学其次定律()A．一杯热茶在打开盖后，茶会自动变凉B．没有漏气、没有摩擦的志向热机，其效率可能是100%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．热量自发地从低温物体传到高温物体E．在地面上运动的物体渐渐停下来，机械能全部变为内能ACE[热茶自动变凉是热从高温物体传递到低温物体，A正确；任何热机效率都不行能达到100%，B错误；泥水分别是机械能(重力势能)向内能的转化，C正确；热量不能自发地从低温物体传到高温物体，D错误；物体因摩擦力而停下来，是机械能(动能)向内能的转化，是自发过程，E正确。]学问点三|能量守恒定律和两类永动机1．能量守恒定律能量既不会凭空产生，也不会凭空消逝，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。2．两类永动机(1)第一类永动机：不消耗任何能量，却源源不断地对外做功的机器。违反能量守恒定律，因此不行能实现。(2)其次类永动机：从单一热源汲取热量并把它全部用来对外做功，而不引起其他变更的机器。违反热力学其次定律，不行能实现。eq\o([推断正误])(1)自由摇摆的秋千摇摆幅度越来越小，能量正在消逝。 (×)(2)利用河水的能量使船逆水航行的设想，符合能量守恒定律。 (√)1．(多选)下列说法正确的是()A．压缩气体总能使气体的温度上升B．能量耗散过程中能量是守恒的C．第一类永动机不行能制成，是因为违反了能量守恒定律D．其次类永动机不违反能量守恒定律，但违反了热力学第肯定律E．能量耗散过程从能量转化的角度反映了自然界中的宏观过程具有方向性BCE[内能的变更取决于做功和热传递两个方面，只压缩气体并不肯定能使气体温度上升，选项A错误；由能量守恒定律可知，选项B正确；第一类永动机是指不消耗能量却可以不断向外做功的机器，违反了能量守恒定律，选项C正确；其次类永动机不违反能量守恒定律，但违反了热力学其次定律，选项D错误；由热力学其次定律可知，选项E正确。]2．(多选)(2024·南昌模拟)下列叙述和热力学定律相关，其中正确的是()A．第一类永动机不行能制成，是因为违反了能量守恒定律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，违反了热力学其次定律D．能量耗散是从能量转