高中物理復(fù)習(xí)課件專題13熱學(xué)第3講熱力學(xué)定律、能量守恒

高考總復(fù)習(xí)物理·課件第3講熱力學(xué)定律、能量守恒必備知識·深悟固基一、熱力學(xué)第一定律和能量守恒定律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)內(nèi)能的增量等于外界向它傳遞的熱量與外界對它所做的功之和．(2)表達(dá)式：ΔU＝Q＋W.做功熱傳遞3．能的轉(zhuǎn)化和守恒定律(1)內(nèi)容：能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總量保持不變．(2)第一類永動機(jī)：違背能量守恒定律的機(jī)器被稱為第一類永動機(jī)．它是不可能制成的．二、熱力學(xué)第二定律1．常見的兩種表述(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：不可能從__________吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響．2．第二類永動機(jī)違背宏觀熱現(xiàn)象方向性的機(jī)器被稱為第二類永動機(jī)．這類永動機(jī)不違背______________，但它違背了____________________，也是不可能制成的．低溫高溫單一熱庫能量守恒定律熱力學(xué)第二定律(1)做功和熱傳遞對改變物體的內(nèi)能具有等效性．(2)功W的正負(fù)可以根據(jù)系統(tǒng)的體積變化判斷：①體積增大→系統(tǒng)對外做功→W＜0；②體積減小→外界對系統(tǒng)做功→W＞0.(3)可以從單一熱源吸收熱量，使之完全變成功，但要引起其他變化．1．[能量守恒](多選)關(guān)于能量和能量守恒，下列表述正確的是

(

)A．能量可以從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式B．能量可以從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體C．能量是守恒的，所以能源永不枯竭D．滿足能量守恒定律的物理過程一定能自發(fā)進(jìn)行【答案】AB2．[永動機(jī)](多選)關(guān)于第二類永動機(jī)，下列說法正確的是 (

)A．第二類永動機(jī)是指沒有冷凝器，只有單一的熱源，能將從單一熱源吸收的熱量全部用來做功，而不引起其他變化的熱機(jī)B．第二類永動機(jī)違背了能量守恒定律，所以不可能制成C．第二類永動機(jī)違背了熱力學(xué)第二定律，所以不可能制成D．第二類永動機(jī)不可能制成，說明機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能卻不能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能【答案】AC3．[熱力學(xué)定律](多選)對于熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律的理解，下列說法正確的是

(

)A．熱現(xiàn)象過程中不可避免地出現(xiàn)能量耗散現(xiàn)象，能量耗散符合熱力學(xué)第二定律B．物體從外界吸收熱量，其內(nèi)能一定增加；物體對外界做功，其內(nèi)能一定減少C．凡與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程都具有方向性，在熱傳遞中，熱量只能從高溫物體傳遞給低溫物體，而不能從低溫物體傳遞給高溫物體D．第一類永動機(jī)違背能量守恒定律，第二類永動機(jī)不違背能量守恒定律【答案】AD

【解析】能量耗散過程體現(xiàn)了宏觀自然過程的方向性，符合熱力學(xué)第二定律，故A正確；根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q，可知物體從外界吸收熱量，其內(nèi)能不一定增加，物體對外界做功，其內(nèi)能不一定減少，B錯(cuò)誤；做功可以讓熱量從低溫物體傳遞給高溫物體，如電冰箱，C錯(cuò)誤；第二類永動機(jī)沒有違反能量守恒定律，熱力學(xué)第一定律是能量轉(zhuǎn)化和守恒定律在熱學(xué)中的反映，因此第二類永動機(jī)沒有違反熱力學(xué)第一定律，不能制成是因?yàn)樗`反了熱力學(xué)第二定律，故D正確．關(guān)鍵能力·突破要點(diǎn)考點(diǎn)1熱力學(xué)第一定律的理解與應(yīng)用[基礎(chǔ)考點(diǎn)]1．熱力學(xué)第一定律的理解不僅反映了做功和熱傳遞這兩種方式改變內(nèi)能的過程是等效的，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．此定律是標(biāo)量式，應(yīng)用時(shí)熱量的單位應(yīng)統(tǒng)一為國際單位制中的焦耳．2．對公式ΔU＝Q＋W符號的規(guī)定符號WQΔU＋外界對物體做功物體吸收熱量內(nèi)能增加－物體對外界做功物體放出熱量內(nèi)能減少3．三種特殊情況(1)若過程是絕熱的，則Q＝0，W＝ΔU，外界對物體做的功等于物體內(nèi)能的增加．(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．(3)若過程的初末狀態(tài)物體的內(nèi)能不變，即ΔU＝0，則W＋Q＝0或W＝－Q，外界對物體做的功等于物體放出的熱量．1．(2019年全國卷Ⅰ)某容器中的空氣被光滑活塞封住，容器和活塞絕熱性能良好，空氣可視為理想氣體．初始時(shí)容器中空氣的溫度與外界相同，壓強(qiáng)大于外界．現(xiàn)使活塞緩慢移動，直至容器中的空氣壓強(qiáng)與外界相同．此時(shí)，容器中空氣的溫度________(填“高于”“低于”或“等于”)外界溫度，容器中空氣的密度________(填“大于”“小于”或“等于”)外界空氣的密度．【答案】低于大于2．(2021年山東卷)如圖所示，密封的礦泉水瓶中，距瓶口越近水的溫度越高．一開口向下、導(dǎo)熱良好的小瓶置于礦泉水瓶中，小瓶中封閉一段空氣．?dāng)D壓礦泉水瓶，小瓶下沉到底部；松開后，小瓶緩慢上浮，上浮過程中，小瓶內(nèi)氣體

(

)A．內(nèi)能減少B．對外界做正功C．增加的內(nèi)能大于吸收的熱量D．增加的內(nèi)能等于吸收的熱量【答案】B3．某汽車的四沖程內(nèi)燃機(jī)利用奧托循環(huán)進(jìn)行工作，該循環(huán)由兩個(gè)絕熱過程和兩個(gè)等容過程組成．如圖所示為一定質(zhì)量的理想氣體所經(jīng)歷的奧托循環(huán)，則該氣體

(

)A．在狀態(tài)a和c時(shí)的內(nèi)能可能相等B．在a→b過程中，外界對其做的功全部用于增加內(nèi)能C．b→c過程中增加的內(nèi)能小于d→a過程中減少的內(nèi)能D．在一次循環(huán)過程中吸收的熱量小于放出的熱量【答案】B

【解析】從c到d為絕熱膨脹，則Q＝0，W<0，則內(nèi)能減小ΔU<0，溫度降低；從d到a，體積不變，壓強(qiáng)減小，則溫度降低，則狀態(tài)c的溫度高于a狀態(tài)溫度，故A錯(cuò)誤．在a→b過程為絕熱壓縮，外界對氣體做功W>0，Q＝0，則ΔU＝W，即外界對其做的功全部用于增加內(nèi)能，故B正確．從b→c過程系統(tǒng)從外界吸收熱量，從c→d系統(tǒng)對外做功，從d→a系統(tǒng)放出熱量，從a→b外界對系統(tǒng)做功，根據(jù)p－V圖像下面積即為氣體做功大小，可知c到d過程氣體對外做功．圖像中b→c→d→a圍成的圖形的面積為氣體對外做的功，整個(gè)過程氣體內(nèi)能變化量為零，則ΔW＝ΔQ，即Q吸－Q放＝ΔW>0，即在一次循環(huán)過程中吸收的熱量大于放出的熱量，則b→c過程中增加的內(nèi)能大于d→a過程中減少的內(nèi)能，故C、D錯(cuò)誤．考點(diǎn)2熱力學(xué)第二定律[能力考點(diǎn)]1．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，都揭示了大量分子參與宏觀過程的方向性，進(jìn)而使人們認(rèn)識到自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性．溫馨提示：熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，但在有外界作用的條件下，熱量可以從低溫物體傳到高溫物體，如電冰箱；在引起其他變化的條件下，內(nèi)能可以全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，如氣體的等溫膨脹過程．2．兩類永動機(jī)的比較(1)第一類永動機(jī)：不需要任何動力或燃料，能不斷地對外做功的機(jī)器，違背能量守恒定律，不可能制成．(2)第二類永動機(jī)：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，不違背能量守恒定律，但違背熱力學(xué)第二定律，不可能制成．例1

(2020年全國卷Ⅱ)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)A．汽車通過燃燒汽油獲得動力并向空氣中散熱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)生其他影響D．冰箱的制冷機(jī)工作時(shí)從箱內(nèi)低溫環(huán)境中提取熱量散發(fā)到溫度較高的室內(nèi)【答案】B

C【解析】燃燒汽油產(chǎn)生的內(nèi)能一方面向機(jī)械能轉(zhuǎn)化，同時(shí)熱傳遞向空氣．既不違背熱力學(xué)第一定律，也不違背熱力學(xué)第二定律；冷水倒入保溫杯后，沒有對外做功，同時(shí)也沒有熱傳遞，內(nèi)能不可能減少，故違背熱力學(xué)第一定律；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，必然產(chǎn)生其他影響，故違背熱力學(xué)第二定律；制冷機(jī)消耗電能，工作時(shí)從箱內(nèi)低溫環(huán)境中提取熱量散發(fā)到溫度較高的室內(nèi)，發(fā)生了內(nèi)能的轉(zhuǎn)移，同時(shí)對外界產(chǎn)生了影響，既不違背熱力學(xué)第一定律，也不違背熱力學(xué)第二定律．1．(多選)下列說法正確的有

(

)A．熱量能夠從高溫物體傳到低溫物體，但不能從低溫物體傳到高溫物體B．熱量能夠從高溫物體傳到低溫物體，也可能從低溫物體傳到高溫物體C．機(jī)械功可以全部轉(zhuǎn)化為熱量，但熱量不可能全部轉(zhuǎn)化為功D．機(jī)械功可以全部轉(zhuǎn)化為熱量，熱量也可能全部轉(zhuǎn)化為功【答案】BD2．(多選)如圖所示，導(dǎo)熱的汽缸固定在水平地面上，用活塞把一定質(zhì)量的理想氣體封閉在汽缸中，汽缸的內(nèi)部光滑，現(xiàn)用水平外力F作用于活塞桿，使活塞緩慢向右移動，由狀態(tài)①變化到狀態(tài)②，在此過程中，如果環(huán)境溫度保持不變，下列說法正確的是 (

)A．氣體分子平均動能不變B．氣體內(nèi)能減小C．氣體吸收熱量D．氣體是從單一熱源吸熱，全部用來對外做功，但此過程違反熱力學(xué)第二定律【答案】AC考點(diǎn)3氣體實(shí)驗(yàn)定律與熱力學(xué)第一定律的綜合[能力考點(diǎn)]1．處理方法(1)氣體實(shí)驗(yàn)定律研究對象是一定質(zhì)量的理想氣體．(2)對理想氣體，只要體積變化，外界對氣體(或氣體對外界)要做功，如果是等壓變化，W＝pΔV；只要溫度發(fā)生變化，其內(nèi)能就發(fā)生變化．(3)結(jié)合熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q求解問題．(3)等溫過程：pV＝恒量．理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)，所以理想氣體在等溫過程中內(nèi)能不變，即ΔU＝0，因此有Q＝－W.(4)絕熱過程：Q＝0，ΔU＝W.氣體膨脹時(shí)，減少的內(nèi)能等于對外做的功；氣體被壓縮時(shí)，外界對氣體做的功等于氣體內(nèi)能的增量．例2

(2021年全國乙卷改編)(多選)如圖，一定量的理想氣體從狀態(tài)a(p0，V0，T0)經(jīng)熱力學(xué)過程ab

、bc

、ca

后又回到狀態(tài)a.對于ab

、bc

、ca

三個(gè)過程，下列說法正確的是

(

)A．a(chǎn)b過程中，氣體始終吸熱B．ca過程中，氣體始終放熱C．ca過程中，氣體對外界做功D．bc過程中，氣體的溫度先降低后升高【答案】AB

【解析】由理想氣體的p－V

圖可知，理想氣體經(jīng)歷ab過程，體積不變，則W＝0，而壓強(qiáng)增大，由pV＝nRT可知，理想氣體的溫度升高，則內(nèi)能增大，由ΔU＝Q＋W

可知，氣體一直吸熱，故A正確；理想氣體經(jīng)歷ca過程為等壓壓縮，則外界對氣體做功W>0，由pV＝nRT

知溫度降低，即內(nèi)能減少ΔU<0，由ΔU＝Q＋W可知，Q<0，即氣體放熱，故B正確，C錯(cuò)誤；由pV＝nRT

可知，p－V圖像的坐標(biāo)圍成的面積反映溫度，b狀態(tài)和c狀態(tài)與坐標(biāo)圍成的面積相等，而中間狀態(tài)與坐標(biāo)圍成的面積更大，故bc過程的溫度先升高后降低，故D錯(cuò)誤，1．(2020年全國卷Ⅲ)(多選)如圖所示，一開口向上的導(dǎo)熱汽缸內(nèi)，用活塞封閉了一定質(zhì)量的理想氣體，活塞與汽缸壁間無摩擦．現(xiàn)用外力作用在活塞上，使其緩慢下降，環(huán)境溫度保持不變，系統(tǒng)始終處于平衡狀態(tài)．在活塞下降過程中

(

)A．氣體體積逐漸減小，內(nèi)能增加B．氣體壓強(qiáng)逐漸增大，內(nèi)能不變C．氣體壓強(qiáng)逐漸增大，放出熱量D．外界對氣體做功，氣體內(nèi)能不變E．外界對氣體做功，氣體吸收熱量【答案】BCD

2．如圖所示，絕熱汽缸倒扣放置，質(zhì)量為M