高考一輪復(fù)習(xí)通用版13-3熱力學(xué)定律與能量守恒課件

第3講熱力學(xué)定律與能量守恒必備知識(shí)·自主排查一、熱力學(xué)第一定律1．改變物體內(nèi)能的兩種方式(1)________．(2)________．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：ΔU＝________．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________為另一種形式，或者是從一個(gè)物體________到別的物體，在________或________的過程中，能量的總量保持不變．2．第一類永動(dòng)機(jī)是不可能制成的，它違背了___________．做功熱傳遞Q＋W轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)移能量守恒定律三、熱力學(xué)第二定律1．熱力學(xué)第二定律的三種表述(1)克勞修斯表述：熱量不能自發(fā)地從_____物體傳到____物體．(2)開爾文表述：如圖甲所示，不可能從單一熱源________熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生________．或表述為“第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成”．(3)用熵的概念表示熱力學(xué)第二定律如圖乙所示，用熵的概念表述：在任何自然過程中，一個(gè)孤立系統(tǒng)的總熵不會(huì)________(熱力學(xué)第二定律又叫做熵增加原理)．低溫高溫吸收其他影響減小2．熱力學(xué)第二定律的微觀意義：一切自發(fā)過程總是沿著分子熱運(yùn)動(dòng)的無序性________的方向進(jìn)行．3．第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成的原因是違背了熱力學(xué)________.,增大第二定律生活情境1.某駕駛員發(fā)現(xiàn)中午時(shí)車胎內(nèi)的氣壓比清晨時(shí)高，且車胎體積增大．若這段時(shí)間胎內(nèi)氣體質(zhì)量不變且可視為理想氣體，則(1)外界對(duì)胎內(nèi)氣體做功，氣體內(nèi)能減少．(

)(2)外界對(duì)胎內(nèi)氣體做功，氣體內(nèi)能增加．(

)(3)胎內(nèi)氣體對(duì)外界做功，內(nèi)能減少．(

)(4)胎內(nèi)氣體對(duì)外界做功，內(nèi)能增加．(

)××

×√教材拓展2.[源于教材人教版選修3－3P56(說一說)]17～18世紀(jì)，許多人致力于制造一種機(jī)器，它不需要任何動(dòng)力或燃料，卻能不斷對(duì)外做功，史稱“第一類永動(dòng)機(jī)”．下圖展示了其中的一種設(shè)計(jì)．(1)輪子在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中產(chǎn)生了能量．(

)(2)輪子轉(zhuǎn)動(dòng)幾下后便會(huì)停止，這說明能量在消失．(

)(3)方案設(shè)計(jì)者是想機(jī)器不消耗任何能量，卻不斷地對(duì)外做功．(

)(4)方案中的機(jī)器稱為第一類永動(dòng)機(jī)．(

)(5)第一類永動(dòng)機(jī)違反了能量守恒定律．(

)

××√√√關(guān)鍵能力·分層突破考點(diǎn)一熱力學(xué)第一定律的理解和應(yīng)用1．對(duì)公式ΔU＝Q＋W符號(hào)的規(guī)定符號(hào)WQΔU＋外界對(duì)物體做功物體吸收熱量內(nèi)能增加－物體對(duì)外界做功物體放出熱量內(nèi)能減少2.幾種特殊情況(1)若過程是絕熱的，則Q＝0，W＝ΔU，外界對(duì)物體做的功等于物體內(nèi)能的增加量．(2)若過程中不做功，即W＝0，則Q＝ΔU，物體吸收的熱量等于物體內(nèi)能的增加量．(3)若過程的始末狀態(tài)物體的內(nèi)能不變，即ΔU＝0，則W＋Q＝0或W＝－Q，外界對(duì)物體做的功等于物體放出的熱量．

角度1熱力學(xué)第一定律的理解例1.[2022·廣東汕頭一模]拔罐是中醫(yī)傳統(tǒng)養(yǎng)生療法之一，以罐為工具，將點(diǎn)燃的火源放入小罐內(nèi)加熱，然后移走火源并迅速將火罐開口端緊壓在皮膚上，火罐就會(huì)緊緊地“吸”在皮膚上．假設(shè)罐內(nèi)封閉氣體質(zhì)量不變，可以看作理想氣體．與剛壓在皮膚上的時(shí)刻對(duì)比，火罐“吸”到皮膚上一段時(shí)間后，火罐內(nèi)氣體的內(nèi)能________，壓強(qiáng)________，單位體積內(nèi)的分子數(shù)________．(均選填“增大”“減小”或“不變”)減小減小增大解析：把罐扣在皮膚上，罐內(nèi)空氣的體積等于火罐的容積，體積不變，氣體經(jīng)過熱傳遞，溫度不斷降低，氣體的內(nèi)能減??；火罐“吸”到皮膚上一段時(shí)間后，人的一部分皮膚組織進(jìn)入火罐內(nèi)，可知?dú)怏w的體積減??；人的一部分皮膚組織進(jìn)入火罐是由于火罐內(nèi)外氣體壓力差作用，可知?dú)怏w壓強(qiáng)減?。粴怏w的體積均減小，則單位體積內(nèi)的分子數(shù)增大．角度2熱力學(xué)定律與氣體實(shí)驗(yàn)定律的綜合應(yīng)用

例2.如圖所示，長為40cm、內(nèi)壁光滑的汽缸固定在水平面上，汽缸內(nèi)用橫截面積為100cm2的活塞封閉有壓強(qiáng)為1.0×105Pa、溫度為27℃的理想氣體，開始時(shí)活塞位于距汽缸底30cm處，現(xiàn)對(duì)封閉的理想氣體加熱，使活塞緩慢向右移動(dòng)，已知大氣壓強(qiáng)為1.0×105Pa.(1)試計(jì)算當(dāng)溫度升高到327℃時(shí)，缸內(nèi)封閉氣體的壓強(qiáng)p；(2)若在此過程中封閉氣體共吸收了800J的熱量，試計(jì)算氣體增加的內(nèi)能ΔU.答案：(1)1.5×105Pa

(2)700J

跟進(jìn)訓(xùn)練1.[2022·廣東汕頭一模]夏天，從湖底形成的一個(gè)氣泡，緩慢上升到湖面．越接近水面水的溫度越高，水面上大氣壓強(qiáng)保持不變．若泡內(nèi)氣體可看作質(zhì)量不變的理想氣體，則氣泡緩慢上升的過程中，泡內(nèi)氣體單位時(shí)間內(nèi)對(duì)氣泡壁單位面積的撞擊力________，泡內(nèi)氣體分子平均動(dòng)能________，同時(shí)泡內(nèi)氣體對(duì)外界做功，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知，泡內(nèi)氣體從湖水中________．減小增大吸熱解析：氣泡緩慢上升的過程中，壓強(qiáng)減小，所以泡內(nèi)氣體單位時(shí)間內(nèi)對(duì)氣泡壁單位面積的撞擊力減??；上升過程，水溫升高，氣泡內(nèi)氣體分子平均動(dòng)能增大．上升過程，氣泡的體積增大而對(duì)外做功，但泡內(nèi)氣體溫度升高，內(nèi)能增大，根據(jù)熱力學(xué)笫一定律知，氣泡內(nèi)氣體從湖水中吸熱．2.一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B，再變化到狀態(tài)C，其狀態(tài)變化過程的p-V圖象如圖所示．已知該氣體在狀態(tài)A時(shí)的溫度為27℃，求：(1)該氣體在狀態(tài)B時(shí)的溫度．(2)該氣體從狀態(tài)A到狀態(tài)C的過程中與外界交換的熱量．答案：(1)－173℃

(2)從外界吸熱200J

3．[2022·遼寧鞍山模擬]一容積為V0的容器通過細(xì)管與一個(gè)裝有水銀的粗細(xì)均勻的U形管相連(U形管和細(xì)管中的氣體體積遠(yuǎn)小于容器的容積V0)，U形管的右管與大氣相通，大氣壓為750mmHg.關(guān)閉閥門，U形管的左、右管中水銀面高度相同，此時(shí)氣體溫度為300K.現(xiàn)僅對(duì)容器內(nèi)氣體進(jìn)行加熱．(1)如圖所示，當(dāng)U形管右側(cè)管中的水銀面比左側(cè)管中的水銀面高H＝50mm時(shí)，求封閉容器內(nèi)氣體的溫度；(2)保持(1)問中的溫度不變，打開閥門緩慢抽出部分氣體，當(dāng)U形管左側(cè)管中的水銀面比右側(cè)管中的水銀面高50mm時(shí)(水銀始終在U形管內(nèi))，求封閉容器內(nèi)剩余氣體的質(zhì)量與原來總質(zhì)量的比值；(3)判斷在抽氣的過程中剩余氣體是吸熱還是放熱，并闡述原因．

[思維方法]氣態(tài)變化中的做功、內(nèi)能、熱量的判斷方法(1)做功情況看體積體積V減小→外界對(duì)氣體做功→W>0；體積V增大→氣體對(duì)外界做功→W<0；自由膨脹→W＝0；(2)內(nèi)能變化看溫度溫度T升高→內(nèi)能增加→ΔU>0；溫度T降低→內(nèi)能減少→ΔU<0；(3)吸(放)熱看定律先判斷做功和內(nèi)能變化，再根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W，確定吸(放)熱．特別注意：吸(放)熱不能直接根據(jù)溫度變化判斷．

考點(diǎn)二熱力學(xué)第二定律的理解應(yīng)用1．對(duì)熱力學(xué)第二定律的理解(1)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；②“不產(chǎn)生其他影響”的含義是指發(fā)生的熱力學(xué)宏觀過程只在本系統(tǒng)內(nèi)完成，對(duì)周圍環(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)：熱力學(xué)第二定律的每一種表述，都揭示了一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程都具有方向性，即一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過程都是不可逆的．2．兩類永動(dòng)機(jī)的比較分類第一類永動(dòng)機(jī)第二類永動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)初衷不需要任何動(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)第二定律例3.(多選)下列關(guān)于熱力學(xué)定律的理解正確的是(

)A．熱量不可能從低溫物體傳到高溫物體B．如果兩個(gè)系統(tǒng)分別與狀態(tài)確定的第三個(gè)系統(tǒng)達(dá)到熱平衡，那么這兩個(gè)系統(tǒng)彼此之間也必定處于熱平衡C．物體的攝氏溫度變化了1℃，其熱力學(xué)溫度變化了1KD．空調(diào)機(jī)作為制冷機(jī)使用時(shí)，將熱量從溫度較低的室內(nèi)送到溫度較高的室外，所以制冷機(jī)的工作不遵守?zé)崃W(xué)第二定律E．一輛空載的卡車停于水平地面，在緩慢裝沙的過程中，若車胎不漏氣，胎內(nèi)氣體溫度不變，不計(jì)分子間勢能，則胎內(nèi)氣體向外界放熱答案：BCE解析：熱量能夠自發(fā)地從高溫物體傳到低溫物體，也能從低溫物體傳到高溫物體，但要引起其他變化，如電冰箱，A錯(cuò)誤；達(dá)到熱平衡的條件是溫度相等，則可知如果兩個(gè)系統(tǒng)分別與狀態(tài)確定的第三個(gè)系統(tǒng)達(dá)到熱平衡，那么這兩個(gè)系統(tǒng)彼此之間也必定達(dá)到熱平衡，故B正確；由T＝t＋273.15K得知，ΔT＝Δt，即熱力學(xué)溫度的變化總等于攝氏溫度的變化，故C正確；空調(diào)機(jī)作為制冷機(jī)使用時(shí)，空氣壓縮機(jī)做功，要消耗電能，制冷過程不是自發(fā)進(jìn)行的，制冷時(shí)將熱量從溫度較低的室內(nèi)送到溫度較高的室外，所以制冷機(jī)的工作遵守?zé)崃W(xué)第二定律，故D錯(cuò)誤；在卡車裝沙的過程中胎內(nèi)氣體經(jīng)歷了一個(gè)溫度不變，壓強(qiáng)增大的變化，由理想氣體狀態(tài)方程可知，氣體體積變小，故外界對(duì)氣體做正功；胎內(nèi)氣體內(nèi)能不變，外界又對(duì)氣體做正功，根據(jù)能量守恒定律

，胎內(nèi)氣體向外界放熱，故E正確．跟進(jìn)訓(xùn)練4.(多選)根據(jù)熱力學(xué)定律，下列說法正確的是(

)A．電冰箱的工作表明，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．科技的不斷進(jìn)步使得人類有可能生產(chǎn)出從單一熱源吸熱全部用來對(duì)外做功而不引起其他變化的熱機(jī)D．即使沒有漏氣、摩擦、不必要的散熱等損失，熱機(jī)也不可以把燃料產(chǎn)生的內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能E．對(duì)能源的過度消耗使自然界的能量不斷減少，形成“能源危機(jī)”

答案：ABD解析：熱量可以在外界做功的情況下從低溫物體向高溫物體傳遞，但不能自發(fā)進(jìn)行，A正確；空調(diào)機(jī)在制冷過程中，從室內(nèi)吸收的熱量少于向室外放出的熱量，B正確；不可能從單一熱源吸熱全部用來對(duì)外做功而不引起其他變化，故C錯(cuò)誤；根據(jù)熱力學(xué)第二定律，即使沒有漏氣、摩擦、不必要的散熱等損失，熱機(jī)也不可以把燃料產(chǎn)生的內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，故D正確；對(duì)能源的過度消耗將形成“能源危機(jī)”，但自然界的總能量守恒，故E錯(cuò)誤．5．下列關(guān)于能量轉(zhuǎn)換過程的敘述，違背熱力學(xué)第一定律的有____，不違背熱力學(xué)第一定律、但違背熱力學(xué)第二定律的有____．(填正確答案標(biāo)號(hào))A．汽車通過燃燒汽油獲得動(dòng)力并向空氣中散熱B．冷水倒入保溫杯后，冷水和杯子的溫度都變得更低C．某新型熱機(jī)工作時(shí)將從高溫?zé)嵩次盏臒崃咳哭D(zhuǎn)化為功，而不產(chǎn)生其他影