（新課標(biāo)）高考物理一輪總復(fù)習(xí)第十三章第三講熱力學(xué)定律與能量守恒定律教案.docx

第三講熱力學(xué)定律與能量守恒定律一、熱力學(xué)第一定律1改變物體內(nèi)能的兩種方式(1)做功；(2)熱傳遞2熱力學(xué)第一定律(1)內(nèi)容：一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)能增量等于外界向它傳遞的熱量與外界對(duì)它所做的功的和(2)表達(dá)式：UQW.(3)UQW中正、負(fù)號(hào)法則：二、能量守恒定律1內(nèi)容能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者是從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過(guò)程中，能量的總量保持不變2條件性能量守恒定律是自然界的普遍規(guī)律，某一種形式的能是否守恒是有條件的3第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)是不可能制成的，它違背了能量守恒定律三、熱力學(xué)第二定律1熱力學(xué)第二定律的兩種表述(1)克勞修斯表述：熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體(2)開(kāi)爾文表述：不可能從單一熱源吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響或表述為“第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)是不可能制成的”2用熵的概念表示熱力學(xué)第二定律在任何自然過(guò)程中，一個(gè)孤立系統(tǒng)的總熵不會(huì)減小3熱力學(xué)第二定律的微觀意義一切自發(fā)過(guò)程總是沿著分子熱運(yùn)動(dòng)的無(wú)序性增大的方向進(jìn)行4第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)不可能制成的原因是違背了熱力學(xué)第二定律小題快練1判斷題(1)為了增加物體的內(nèi)能，必須對(duì)物體做功或向它傳遞熱量，做功和熱傳遞的實(shí)質(zhì)是相同的( )(2)絕熱過(guò)程中，外界壓縮氣體做功20 J，氣體的內(nèi)能可能不變( )(3)在給自行車(chē)打氣時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)打氣筒的溫度升高，這是因?yàn)榇驓馔矎耐饨缥鼰? )(4)可以從單一熱源吸收熱量，使之完全變成功( )2一定質(zhì)量的理想氣體在某一過(guò)程中，外界對(duì)氣體做功7.0104 J，氣體內(nèi)能減少1.3105 J，則此過(guò)程( B )A氣體從外界吸收熱量2.0105 JB氣體向外界放出熱量2.0105 JC氣體從外界吸收熱量6.0104 JD氣體向外界放出熱量6.0104 J3(多選)對(duì)熱力學(xué)第二定律，下列理解正確的是( BD )A自然界進(jìn)行的一切宏觀過(guò)程都是可逆的B自然界進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過(guò)程都具有方向性，是不可逆的C熱量不可能由低溫物體傳遞到高溫物體D由熱力學(xué)第二定律可知熱量從低溫物體傳向高溫物體是可能的，從單一熱源吸收熱量，完全變成功也是可能的考點(diǎn)一熱力學(xué)第一定律 (自主學(xué)習(xí))1熱力學(xué)第一定律不僅反映了做功和熱傳遞這兩種方式改變內(nèi)能的過(guò)程是等效的，而且給出了內(nèi)能的變化量和做功與熱傳遞之間的定量關(guān)系，即UQW.2三種特殊情況(1)若過(guò)程是絕熱的，則Q0，WU，外界對(duì)物體做的功等于物體內(nèi)能的增加量(2)若過(guò)程中不做功，即W0，則QU，物體吸收的熱量等于物體內(nèi)能的增加量(3)若過(guò)程的始末狀態(tài)物體的內(nèi)能不變，即U0，則WQ0或WQ，外界對(duì)物體做的功等于物體放出的熱量11.熱力學(xué)第一定律的理解(多選)(2015廣東卷)圖為某實(shí)驗(yàn)器材的結(jié)構(gòu)示意圖，金屬內(nèi)筒和隔熱外筒間封閉了一定體積的空氣，內(nèi)筒中有水，在水加熱升溫的過(guò)程中，被封閉的空氣()A內(nèi)能增大B壓強(qiáng)增大C分子間引力和斥力都減小D所有分子運(yùn)動(dòng)速率都增大答案：AB12.熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用(多選) (2019拉薩北京實(shí)驗(yàn)中學(xué)月考)如圖，用隔板將一絕熱氣缸分成兩部分，隔板左側(cè)充有理想氣體，隔板右側(cè)與絕熱活塞之間是真空現(xiàn)將隔板抽開(kāi)，氣體會(huì)自發(fā)擴(kuò)散至整個(gè)氣缸待氣體達(dá)到穩(wěn)定后，緩慢推壓活塞，將氣體壓回到原來(lái)的體積假設(shè)整個(gè)系統(tǒng)不漏氣下列說(shuō)法正確的是() A氣體自發(fā)擴(kuò)散前后內(nèi)能相同B氣體在被壓縮的過(guò)程中內(nèi)能增大C在自發(fā)擴(kuò)散過(guò)程中，氣體對(duì)外界做功D氣體在被壓縮的過(guò)程中，外界對(duì)氣體做功E氣體在被壓縮的過(guò)程中，氣體分子的平均動(dòng)能不變解析：氣體向真空擴(kuò)散過(guò)程中不對(duì)外做功，且又因?yàn)闅飧捉^熱，可知?dú)怏w自發(fā)擴(kuò)散前后內(nèi)能相同，選項(xiàng)A正確，C錯(cuò)誤；氣體在被壓縮的過(guò)程中活塞對(duì)氣體做功，因氣缸絕熱，則氣體內(nèi)能增大，選項(xiàng)B、D正確；氣體在被壓縮的過(guò)程中，因氣體內(nèi)能增加，則溫度升高，氣體分子的平均動(dòng)能增加，選項(xiàng)E錯(cuò)誤答案：ABD反思總結(jié)判定物體內(nèi)能變化的方法1內(nèi)能的變化都要用熱力學(xué)第一定律進(jìn)行綜合分析2做功情況看氣體的體積：體積增大，氣體對(duì)外做功，W為負(fù)；體積縮小，外界對(duì)氣體做功，W為正3與外界絕熱，則不發(fā)生熱傳遞，此時(shí)Q0.4如果研究對(duì)象是理想氣體，則由于理想氣體沒(méi)有分子勢(shì)能，所以當(dāng)它的內(nèi)能變化時(shí)，主要體現(xiàn)在分子動(dòng)能的變化上，從宏觀上看就是溫度發(fā)生了變化考點(diǎn)二熱力學(xué)第二定律 (自主學(xué)習(xí))1對(duì)熱力學(xué)第二定律關(guān)鍵詞的理解在熱力學(xué)第二定律的表述中，“自發(fā)地”“不產(chǎn)生其他影響”的含義：(1)“自發(fā)地”指明了熱傳遞等熱力學(xué)宏觀現(xiàn)象的方向性，不需要借助外界提供能量的幫助(2)“不產(chǎn)生其他影響”的含義是發(fā)生的熱力學(xué)宏觀過(guò)程只在本系統(tǒng)內(nèi)完成，對(duì)周?chē)h(huán)境不產(chǎn)生熱力學(xué)方面的影響，如吸熱、放熱、做功等2熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過(guò)程都具有方向性如(1)高溫物體低溫物體(2)功熱(3)氣體體積V1氣體體積V2(較大)(4)不同氣體A和B混合氣體AB3兩類(lèi)永動(dòng)機(jī)的比較分類(lèi)第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)要求不需要任何動(dòng)力或燃料，卻能不斷地對(duì)外做功的機(jī)器從單一熱源吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響的機(jī)器不可能制成的原因違背能量守恒不違背能量守恒，但違背熱力學(xué)第二定律21.熱力學(xué)第二定律的理解(多選)根據(jù)熱力學(xué)定律，下列說(shuō)法正確的是()A第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)違反能量守恒定律，因此不可能制成B效率為100%的熱機(jī)是不可能制成的C電冰箱的工作過(guò)程表明，熱量可以從低溫物體向高溫物體傳遞D從單一熱源吸收熱量，使之完全變?yōu)楣Χ灰鹌渌兓翘岣邫C(jī)械效率的常用手段E吸收了熱量的物體，其內(nèi)能也不一定增加答案：BCE22.熱力學(xué)定律的理解(多選)下列敘述和熱力學(xué)定律相關(guān)，其中正確的是()A第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)不可能制成，是因?yàn)檫`背了能量守恒定律B能量耗散過(guò)程中能量不守恒C電冰箱的制冷系統(tǒng)能夠不斷地把冰箱內(nèi)的熱量傳到外界，違背了熱力學(xué)第二定律D能量耗散是從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中的宏觀過(guò)程具有方向性E物體從單一熱源吸收的熱量可全部用于做功答案：ADE考點(diǎn)三氣體實(shí)驗(yàn)定律與熱力學(xué)第一定律的綜合應(yīng)用 (自主學(xué)習(xí))氣體實(shí)驗(yàn)定律與熱力學(xué)第一定律的結(jié)合量是氣體的體積和溫度，當(dāng)溫度變化時(shí)，氣體的內(nèi)能變化，當(dāng)體積變化時(shí)，氣體將伴隨著做功，解題時(shí)要掌握氣體變化過(guò)程的特點(diǎn)：(1)等溫過(guò)程：內(nèi)能不變，即U0.(2)等容過(guò)程：W0.(3)絕熱過(guò)程：Q0.31.(多選)(2019甘肅一中期中)如圖所示，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a變化到狀態(tài)b，其過(guò)程如pT圖中從a到b的直線所示，在此過(guò)程中()A氣體的體積減小B氣體對(duì)外界做功C氣體的內(nèi)能不變D氣體先從外界吸收熱量，后向外界放出熱量E外界對(duì)氣體做功，同時(shí)氣體向外界放出熱量解析：由p1V1p2V2得，由a到b壓強(qiáng)變大，體積減小故A正確；溫度不變氣體內(nèi)能不變故C正確；由熱力學(xué)第一定律可得，外界對(duì)氣體做功，同時(shí)氣體向外界放出熱量，故E正確答案：ACE32.如圖所示，一根上粗下細(xì)、粗端與細(xì)端都粗細(xì)均勻的玻璃管上端封閉、下端開(kāi)口，橫截面積S14S2，下端與大氣連通粗管中有一段水銀封閉了一定質(zhì)量的理想氣體，水銀柱下表面恰好與粗管和細(xì)管的交界處平齊，空氣柱和水銀柱長(zhǎng)度均為h4 cm.現(xiàn)在細(xì)管口連接一抽氣機(jī)(圖中未畫(huà)出)，對(duì)細(xì)管內(nèi)氣體進(jìn)行緩慢抽氣，最終使一半水銀進(jìn)入細(xì)管中，水銀沒(méi)有流出細(xì)管已知大氣壓強(qiáng)為p076 cmHg.(1)求抽氣結(jié)束后細(xì)管內(nèi)氣體的壓強(qiáng)；(2)抽氣過(guò)程中粗管內(nèi)氣體吸熱還是放熱？請(qǐng)說(shuō)明原因解析：(1)緩慢抽氣過(guò)程，粗管內(nèi)氣體溫度不變，設(shè)抽氣后粗管內(nèi)氣體壓強(qiáng)為p1，細(xì)管內(nèi)氣體壓強(qiáng)為p2，由玻意耳定律知(p0gh)hS1p1(hh)S1，由S14S2知抽氣后細(xì)管內(nèi)水銀柱長(zhǎng)度為2h，故p2p1(h2h)g，解得p258 cmHg.(2)吸熱抽氣過(guò)程中，粗管內(nèi)氣體溫度不變，內(nèi)能不變，UWQ0，氣體體積增大，對(duì)外做功，W0，則Q0，故氣體需要吸熱答案：(1)58 cmHg(2)見(jiàn)解析1關(guān)于熱力學(xué)定律和分子動(dòng)理論，下列說(shuō)法正確的是( D )A一定量氣體吸收熱量，其內(nèi)能一定增大B不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體C若兩分子間距離增大，分子勢(shì)能一定增大D若兩分子間距離減小，分子間引力和斥力都增大2(多選)用密封性好、充滿氣體的塑料袋包裹易碎品，如圖所示，充氣袋四周被擠壓時(shí)，假設(shè)袋內(nèi)氣體與外界無(wú)熱交換，則袋內(nèi)氣體( AC )A體積減小，內(nèi)能增大B體積減小，壓強(qiáng)減小C對(duì)外界做負(fù)功，內(nèi)能增大D對(duì)外界做正功，壓強(qiáng)減小3(多選)夏天，自行車(chē)內(nèi)胎充氣過(guò)足，放在陽(yáng)光下受到暴曬，車(chē)胎極易爆裂關(guān)于這一現(xiàn)象對(duì)車(chē)胎內(nèi)氣體描述正確的有(暴曬過(guò)程中內(nèi)胎容積幾乎不變)( BCD )A車(chē)胎爆裂，是車(chē)胎內(nèi)氣體溫度升高，分子間斥力急劇增大的結(jié)果B在爆裂前的過(guò)程中，車(chē)胎內(nèi)氣體溫度升高，分子無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)加劇，氣體壓強(qiáng)增大C在爆裂前的過(guò)程中，車(chē)胎內(nèi)氣體吸熱，內(nèi)能增加D在車(chē)胎突然爆裂的瞬間，車(chē)胎內(nèi)氣體內(nèi)能減少4. 如圖所示，一個(gè)厚度和質(zhì)量不計(jì)、橫截面積為S10 cm2的絕熱汽缸倒扣在水平桌面上，汽缸內(nèi)有一絕熱的“T”形活塞固定在桌面上，活塞與汽缸封閉一定質(zhì)量的理想氣體，開(kāi)始時(shí)，氣體的溫度為T(mén)0300 K, 壓強(qiáng)為p0.5105 Pa, 活塞與汽缸底的距離為h10 cm，活塞與汽缸可無(wú)摩擦滑動(dòng)且不漏氣，大氣壓強(qiáng)為p01.0105 Pa.求：(1)此時(shí)桌面對(duì)汽缸的作用力F；(2)現(xiàn)通過(guò)電熱絲給氣體緩慢加熱到T，此過(guò)程中氣體吸收熱量為Q7 J，內(nèi)能增加了U5 J，整個(gè)過(guò)程活塞都在汽缸內(nèi)，求T的值解析：(1)對(duì)汽缸受力分析，由平衡條件有FpSp0S，得F(p0p)S50 N.(2)設(shè)溫度升高至T時(shí)活塞距離汽缸底H，則氣體對(duì)外界做功Wp0Vp0S(Hh)，由熱力學(xué)第一定律UQW，解得H12 cm.氣體溫度從T0升高到T的過(guò)程，由理想氣體狀態(tài)方程得，解得TT0720 K.答案：(1)50 N(2)720 KA組基礎(chǔ)題1(2015重慶卷)某駕駛員發(fā)現(xiàn)中午時(shí)車(chē)胎內(nèi)的氣壓高于清晨時(shí)的，且車(chē)胎體積增大若這段時(shí)間胎內(nèi)氣體質(zhì)量不變且可視為理想氣體，那么( D )A外界對(duì)胎內(nèi)氣體做功，氣體內(nèi)能減小B外界對(duì)胎內(nèi)氣體做功，氣體內(nèi)能增大C胎內(nèi)氣體對(duì)外界做功，內(nèi)能減小D胎內(nèi)氣體對(duì)外界做功，內(nèi)能增大2. (2018開(kāi)封模擬)一定質(zhì)量的理想氣體的狀態(tài)經(jīng)歷了如圖所示的ab、bc、cd、da四個(gè)過(guò)程，其中bc的延長(zhǎng)線通過(guò)原點(diǎn)，cd垂直于ab且與水平軸平行，da與bc平行，則氣體體積在( B )Aab過(guò)程中不斷減小Bbc過(guò)程中保持不變Ccd過(guò)程中不斷增加Dda過(guò)程中保持不變解析：因?yàn)閎c的延長(zhǎng)線通過(guò)原點(diǎn)，所以bc是等容線，即氣體體積在bc過(guò)程中保持不變，B正確；ab是等溫線，壓強(qiáng)減小則體積增大，A錯(cuò)誤；cd是等壓線，溫度降低則體積減小，C錯(cuò)誤；連接aO交cd于e，則ae是等容線，即VaVe，因?yàn)閂dVe，所以VdVa，所以da過(guò)程中體積發(fā)生變化，D錯(cuò)誤3(多選)根據(jù)熱力學(xué)定律，下列說(shuō)法中正確的是( AB )A電冰箱的工作過(guò)程表明，熱量可以從低溫物體向高溫物體傳遞B空調(diào)機(jī)在制冷過(guò)程中，從室內(nèi)吸收的熱量少于向室外放出的熱量C科技的進(jìn)步可以使內(nèi)燃機(jī)成為單一熱源的熱機(jī)D對(duì)能源的過(guò)度消耗將使自然界的能量不斷減少，形成“能源危機(jī)”4(多選)關(guān)于熱力學(xué)定律，下列說(shuō)法正確的是( ACE )A為了增加物體的內(nèi)能，必須對(duì)物體做功或向它傳遞熱量B對(duì)某物體做功，必定會(huì)使該物體的內(nèi)能增加C可以從單一熱源吸收熱量，使之完全變?yōu)楣不可能使熱量從低溫物體傳向高溫物體E功轉(zhuǎn)變?yōu)闊岬膶?shí)際宏觀過(guò)程是不可逆過(guò)程5(多選) 如圖所示，汽缸和活塞與外界均無(wú)熱交換，中間有一個(gè)固定的導(dǎo)熱性良好的隔板，封閉著兩部分氣體A和B，活塞處于靜止平衡狀態(tài)現(xiàn)通過(guò)電熱絲對(duì)氣體A加熱一段時(shí)間，后來(lái)活塞達(dá)到新的平衡，不計(jì)氣體分子勢(shì)能，不計(jì)活塞與汽缸壁間的摩擦，大氣壓強(qiáng)保持不變，則下列判斷正確的是( ACE )A氣體A吸熱，內(nèi)能增加B氣體B吸熱，對(duì)外做功，內(nèi)能不變C氣體A分子的平均動(dòng)能增大D氣體A和氣體B內(nèi)每個(gè)分子的動(dòng)能都增大E氣體B分子單位時(shí)間內(nèi)對(duì)器壁單位面積碰撞總次數(shù)減少B組能力題6. 如圖所示，個(gè)絕熱的汽缸(汽缸足夠高)豎直放置，內(nèi)有一個(gè)絕熱且光滑的活塞，中間有一個(gè)固定的導(dǎo)熱性良好的隔板，隔板將汽缸分成兩部分，分別密封著兩部分理想氣體A和B.活塞的質(zhì)量m8 kg，橫截面積S10 cm2，與隔板相距h25 cm，現(xiàn)通過(guò)電熱絲緩慢加熱氣體，當(dāng)A氣體吸收熱量Q200 J時(shí)，活塞上升了h10 cm，此時(shí)氣體的溫度為t127 ，已知大氣壓強(qiáng)p01105 Pa，重力加速度g取10 m/s2. (1)加熱過(guò)程中，若A氣體的內(nèi)能增加了U155 J，求B氣體的內(nèi)能增加量U2；(2)現(xiàn)在停止對(duì)氣體加熱，同時(shí)在活塞上緩慢添加砂粒，當(dāng)活塞恰好回到原來(lái)的位置時(shí)，A氣體的溫度為t230 ，求添加砂粒的總質(zhì)量M.解析：(1)B氣體對(duì)外做功W(p0Smg)h18 J，由熱力學(xué)第一定律得U1U2QW，U2QWU1127 J.(2)B氣體的初狀態(tài)p1p01.8105 Pa，V1(hh)S3.5104 m3，T1(27273) K300 K，B氣體的末狀態(tài)p2p0，V2hS2.5104 m3，T2(30273) K303 K，由理想氣體狀態(tài)