人教版高中物理總復習知識點整理及重點題型梳理 熱力學定律及能量守恒(提高)

1、資料來源于網(wǎng)絡僅供免費交流使用人教版高中物理總復習知識點梳理重點題型（常考知識點）鞏固練習物理總復習：熱力學定律及能量守恒【考綱要求】1、理解熱力學第一定律、第二定律；2、運用能量守恒定律解決問題。【考點梳理】考點一、改變內能的兩種方式1、熱傳遞條件：存在溫度差，最終結果是使兩物體溫度一樣。方式：熱傳導、熱對流、熱輻射。規(guī)律：熱量從高溫物體傳向低溫物體。和內能變化的關系：系統(tǒng)在單純的傳熱過程中，內能的增量AU等于外界向系統(tǒng)傳遞的熱量Q,即AU=Q。2、做功做功改變物體內能的過程是將其他形式的能（如機械能）與內能相互轉化的過程，做功使物體內能發(fā)生變化時，內能改變了多少用做功的數(shù)值來度量。要點詮釋

2、（1）要使物體改變同樣的內能，通過做功或者熱傳遞都可以實現(xiàn)，若不知道過程，我們無法分辨出是做功還是熱傳遞實現(xiàn)的這種改變。（2）做功是宏觀的機械運動向物體的微觀分子熱運動的轉化。熱傳遞則是通過分子之間的相互作用，使不同物體間分子熱運動變化，是內能的轉移。前者能的性質發(fā)生了變化，后者能的性質不變。（3）物體的內能增加與否，不能單純地只看做功或熱傳遞，兩個過程需要全面考慮?？键c二、熱力學第一定律1、內容物體內能的增量AU等于外界對物體做的功W和物體吸收的熱量Q的總和。2、公式W+Q二AU要點詮釋：（1）在應用熱力學第一定律時，應特別分清W、Q的正負號，以便準確地判斷AU的正、負。熱力學第一定律的符號

3、法則：功W0,表示外界對系統(tǒng)做功；WVO,表示系統(tǒng)對外界做功。熱量Q0，表示物體吸熱；QVO,表示物體放熱。內能AU0，表示內能增加；AUV0,表示內能減少。（2）容易出錯的幾種特殊情況若是絕熱過程，則Q=0、W=AU，即外界對物體做的功等于物體內能的增加；若過程中不做功，即W=0,則Q=AU，物體吸收的熱量等于物體內能的增加；若過程的始末狀態(tài)物體的內能不變，即AU=0,則W+Q二0或W=-Q，外界對物體做的功等于物體放出的熱量。考點三、熱力學第二定律1、兩種表述（1）按熱傳遞的方向性來表述：熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體。（2）按機械能與內能轉化過程的方向性來表述：不可能從單一熱源吸收

4、熱量，使之完全變成功，而不產生其他影響。要點詮釋：這里所說“自發(fā)地”是指沒有任何外界的影響或幫助，電冰箱工作時能將冰箱內（溫度較低）的熱量，傳給外界空氣（溫度較高），是因為電冰箱消耗了電能，對制冷系統(tǒng)做了功。上述兩種表述是等價的，即一個說法是正確的，另一個說法也必然是正確的；如果一個說法是錯誤的，另一個說法必然也是不成立的。2、熱力學第二定律的意義提示了有大量分子參與的宏觀過程的方向性，是獨立于熱力學第一定律的一個重要自然規(guī)律。3、熱力學第二定律的微觀解釋（1）一切自然過程總是沿著分子熱運動的無序性增大的方向進行。這是熱力學第二定律的微觀意義。（2）從微觀的角度看，熱力學第二定律是一個統(tǒng)計規(guī)律

5、：一個孤立系統(tǒng)總是從熵小的狀態(tài)向熵大的狀態(tài)發(fā)展，而熵值較大代表著較為無序，所以自發(fā)的宏觀過程總是向無序度更大的方向發(fā)展。4、兩類永動機的比較第一類永動機第二類永動機不消耗能量卻可以源源不斷地對外做功的機器從單一熱源吸熱，全部用來對外做功而不引起其他變化的機器違背能量守恒，不可能實現(xiàn)不違背能量守恒，但違背熱力學第二定律，不可能實現(xiàn)考點四、能量守恒定律1、能量守恒定律（1）能量既不能憑空產生，也不能憑空消失，它只能從一種形式轉化為別的形式，或者從一個物體轉移到別的物體，在轉化或轉移的過程中其總量不變，這就是能的轉化和守恒定律。（2）能量的轉化和守恒定律是自然界最普遍的規(guī)律。（3）永動機是永遠造不出

6、來的。2、能源、環(huán)境（1）常規(guī)能源：人們把煤、石油、天然氣叫做常規(guī)能源。常規(guī)能源有限，常規(guī)能源帶來環(huán)境問題：溫室效應、酸雨、光化學煙霧等。（2）新能源：風能、水流（河流、潮汐）能、太陽能、熱核能、氫能源、反物質能等。風能、水流能、生物質能等是可再生能源，而石油、煤炭、天然氣是不可再生能源。要點詮釋：對能量守恒定律的理解：1、某種形式的能減少，一定有其他形式的能增加，且減少量與增加量相等。2、某個物體能量的減少，一定存在其他物體能量的增加，且減少量和增加量一定相等。3、在利用能量轉化與守恒定律解題時，要注意先搞清過程中有幾種形式的能在轉化或轉移，分析初、末狀態(tài)確定AE、AE各為多少，再由AE=A

7、E列式計算。增減增減【典型例題】類型一、熱力學第一定律例1、（2015北京卷）下列說法正確的是（）物體放出熱量，其內能一定減小物體對外做功，其內能一定減小物體吸收熱量，同時對外做功，其內能可能增加物體放出熱量，同時對外做功，其內能可能不變【答案】C【解析】物體內能的改變方式有兩種：做功和熱傳遞，只說某一種方式我們無法判斷內能是否變化，故A、B選項錯誤；物體放出熱量又同時對外做功內能一定減小，故D選項錯誤。物體吸收熱量同時對外做功，內能可能增大、減小或不變，故C選項正確。【考點】熱力學第一定律舉一反三【變式1】100C的水完全變成100C的水蒸氣，則（）水分子的內能增加水的內能增加水所增加的內能

8、小于所吸收的熱量水所增加的內能等于所吸收的熱量【答案】BC【解析】由于溫度不變，水分子的內能不變。體積膨脹，水分子的勢能變大，水的內能增加。體積膨脹時要克服外界大氣壓力做功，由熱力學第一定律可知，水所增加的內能要小于吸收的熱量?！咀兪?】（2014廣東卷）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，假設袋內氣體與外界無熱交換，則袋內氣體（）體積減小，內能增大體積減小，壓強減小對外界做負功，內能增大對外界做正功，壓強減小【答案】AC【解析】充氣袋被擠壓時，氣體體積減小，外界對氣體做功，由于袋內氣體與外界無熱交換，故由熱力學第一定律知，氣體內能增加，故選項C正確，選項D錯

9、誤；體積減小，內能增加，由理想氣體狀態(tài)方程可知壓強變大，故選項A正確，選項B錯誤.【熱力學定律及能量守恒例4】【變式3】A、B兩裝置，均由一支一端封閉，一端開口且?guī)в胁Ａ莸墓軤钊萜骱退y槽組成，除玻璃泡在管上的位置不同外，其他條件都相同。將兩管抽成真空后，開口向下豎直插入水銀槽中（插入過程沒有空氣進入管內），水銀柱上升至圖示位置停止。假設這一過程水銀與外界沒有熱交換，則下列說法正確的是（）A.A中水銀的內能增量大于B中水銀的內能增量B.B中水銀的內能增量大于A中水銀的內能增量CA和B中水銀體積保持不變，故內能增量相同DA和B中水銀溫度始終相同，故內能增量相同【答案】B【解析】因為A、B兩管中

10、水銀上升的體積是一樣的，所以水銀槽中水銀面下降的高度相等，外界大氣壓對A、B管水銀做功相等。由于沒有熱交換，由熱力學第一定律有內能增量與外界做功有關。大氣壓做功一方面使水銀上升轉變?yōu)樗y的重力勢能，另一方面使A、B中水銀內能增加。由于A中水銀重心高于B中的，所以A中勢能大于B中勢能。外界大氣壓做功又是相等的，所以A中內能增量小于B中內能增量。故選B。類型二、熱力學第二定律例2、關于熱力學定律和分子動理論，下列說法正確的是（）定量氣體吸收熱量，其內能一定增大不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體若兩分子間距離增大，分子勢能一定增大若兩分子間距離減小，分子間引力和斥力都增大【思路點撥】重溫熱力學第一

11、定律、第二定律，分子力與分子間距的函數(shù)圖象和分子勢能與分子間距的函數(shù)圖象?！敬鸢浮緿【解析】由熱力學第一定律可知，做功和熱傳遞都可以改變物體的內能，一定量的氣體吸收熱量如果氣體同時對外做功，且做功比吸熱多，則氣體的內能減少,A項錯誤；依據(jù)外界做功，可以使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體，B項錯誤；若兩分子間的距離小于平衡時的距離，分子力是斥力，在增大的過程中分子力先做正功，分子勢能先減小,C項錯誤；若分子間的距離在減小，分子間的引力和斥力都在增大，只不過斥力增大的快些，D項正確?！究偨Y升華】關鍵是要準確理解熱力學第一定律、熱力學第二定律、分子力與分子間距的函數(shù)圖象和分子勢能與分子間距的函數(shù)圖象。（

12、兩個定律、兩個圖像）舉一反三【變式】關于熱力學定律，下列說法正確的是（填入正確選項前的字母。選對1個給3分，選對2個給4分，選對3個給6分；每選錯1個扣3分，最低得分為0分）。為了增加物體的內能，必須對物體做功或向它傳遞熱量對某物體做功，必定會使該物體的內能增加可以從單一熱源吸收熱量，使之完全變?yōu)楣Σ豢赡苁篃崃繌牡蜏匚矬w傳向高溫物體功轉變?yōu)闊岬膶嶋H宏觀過程是不可逆過程【答案】ACE【解析】由熱力學第一定律W+Q=AU，知A正確，B錯誤；由熱力學第二定律知，C、D這些過程在借助于外界幫助的情況下是可以實現(xiàn)的，所以C正確、D錯誤；由自然界中一切與熱現(xiàn)象有關的過程都是不可逆的，所以E正確。【熱力學定

13、律及能量守恒例5】例3、如圖為電冰箱的工作原理示意圖。壓縮機工作時，強迫制冷劑在冰箱內外的管道中不斷循環(huán)，在蒸發(fā)器中制冷劑汽化吸收箱體內的熱量，經過冷凝器時制冷劑液化，放出熱量到箱體外，下列說法正確的是（）熱量可以自發(fā)地從冰箱內傳到冰箱外電冰箱的制冷系統(tǒng)能夠不斷地把冰箱內的熱量傳到外界，是因為其消耗了電能電冰箱的工作原理不違反熱力學第二定律電冰箱的工作原理違反熱力學第一定律【思路點撥】熱力學第二定律，“熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體”，但是做功是可以的，就不是自發(fā)的了。電冰箱的工作原理不違反熱力學第一定律、第二定律。【答案】BC【解析】根據(jù)熱力學第二定律，電冰箱的制冷系統(tǒng)能夠不斷地把冰箱

14、內的熱量傳到外界，是因為消耗了電能，也就是對外界產生了影響，它的工作原理不違背能量守恒定律，也就是熱力學第一定律，選項B、C正確?！究偨Y升華】關鍵是準確理解熱力學第二定律，“熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體”，電冰箱制冷是通過消耗電能對制冷系統(tǒng)做功來實現(xiàn)的，并不是“自發(fā)的”。“不可能從單一熱源吸收熱量，使之完全變成功，而不產生其他影響”，消耗了電能對制冷系統(tǒng)做了功，對外界產生了影響。舉一反三【變式1】（1）如圖所示，一淙用的“永動機”轉輪由5根輕桿和轉軸構成，輕桿的末端裝有形狀記憶合金制成的葉片，輕推轉輪后，進入熱水的葉片因伸展面“劃水”，推動轉輪轉動。離開熱水后，葉片形狀迅速恢復，轉輪因

15、此能較長時間轉動。下列說法正確的是轉輪依靠自身慣性轉動，不需要消耗外界能量轉輪轉動所需能量來自形狀記憶合金自身C轉動的葉片不斷攪動熱水，水溫升高D.葉片在熱水中吸收的熱量一定大于在空氣中釋放的熱量2）如圖所示，內壁光滑的氣缸水平放置。一定質量的理想氣體被密封在氣缸內，外界大氣壓強為P0。現(xiàn)對氣缸緩慢加熱，氣體吸收熱量Q后，體積由V增大為V2。則在此過程中，氣體分子平均動能（選增“增大”、“不變”或“減小”），氣體內能變化了【答案】(1)D(2)增大；AU二Qp(VV)021【解析】形狀記憶合金制成的葉片，在熱水中吸收熱量而伸長，離開熱水后，葉片形狀迅速恢復，使輕桿的重心位置發(fā)生變化而轉動，一部

16、分能量散發(fā)空氣中，葉片不斷攪動熱水，對水做功。但葉片吸收的能量大于對水做的功，水的溫度逐漸降低，當與環(huán)境溫度達到平衡，葉片停止轉動。故正確的選項為Do(2)氣體吸收熱量Q,溫度升高，氣體分子平均動能增大。氣體吸收熱量Q為正，對外做功為負，W=p(V一V)，根據(jù)熱力學第一定律，W+Q-AU，021氣體內能變化了AU-Q-p(VV)o021【熱力學定律及能量守恒例6】【變式2】如圖所示，兩個相通的容器P、Q間裝有閥門K，P中充滿氣體，Q為真空，整個系統(tǒng)與外界沒有熱交換，打開閥門K后，P中的氣體進入Q中，最終達到平衡，則()A.氣體體積膨脹，內能增加B氣體分子勢能減少，內能增加C氣體分子勢能增加，壓

17、強可能不變D.Q中氣體不可能自發(fā)地全部退回到P中【答案】D【解析】根據(jù)熱力學第二定律，自然界涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性，知D正確。容器內氣體自由膨脹，氣體與外界之間不做功也沒有熱交換，故氣體的內能不變，A項不正確。氣體分子間作用力很弱，氣體體積變化時，氣體分子勢能可認為不變，B、C項也不正確。故選Do類型三、能量守恒定律例4、現(xiàn)代典型的燃煤發(fā)電廠，總效率一般為40%，有一座大型燃煤發(fā)電廠，如果發(fā)出1.0 x109j的電力，可供一個大城市使用。下圖表示這座發(fā)電廠的能量流向，請回答：燃煤提供的能量應等于哪幾項能量之和？圖中煙囪廢氣所帶走的能量及渦輪機損耗沒有標出，請你算出來，并在圖上標出；算

18、出這座發(fā)電廠的總效率；根據(jù)如圖所示的電廠能量流向，你認為在哪些地方進行改進可以提高發(fā)電廠的總效率？煙囪排出渦輪機損耗由燃煤提供進入渦輪機鼻(山冷凝器排岀)傳輸損耗131旳JP.Oxioj有用功y.xiurij燃煤發(fā)電廠中的能量流向圖【思路點撥】抓住能量守恒定律，讀懂圖的意思，進行基本計算。【答案】見解析?！窘馕觥孔屑毞治霭l(fā)電過程的能量流向圖，搞清各項能量或功之間的關系，根據(jù)能量轉化與守恒定律可求解。(1)燃煤提供的能量等于進入渦輪機的能量和通過煙囪排出的能量。(2)根據(jù)(1)中的解析可得通過煙囪廢氣所帶走的能量為：E二2.5x109-2.2x109J二3x108J標圖略。渦輪機從外界吸熱2.2x109J，對外做功W=1.0 x109J所以渦輪機損耗為2.2x109J-1.0 x109J二1.2x109J。標圖略。(3)由能量流向圖可知該發(fā)電廠產生的電能為1.0 x109J,消耗的總能量為2.5x109J,1.0 x109所以其總效率為耳=x100%=40%2.5x109從能量流向圖中可以看出，該發(fā)電廠的損耗共達到了1.5x109J，即達到了60%,最主要的損耗是渦輪機的損耗，由冷凝器排出，所以這個地方應作為改造的重點，降低通過冷凝器時能量的消耗，以