驕子之路屆高考物理一輪復習課件練習十一章熱學

第三講熱力學定律與能量守恒回扣教材夯實基礎落實考點基礎自主溫故一、熱力學第一定律[考點自清]1．改變物體內(nèi)能的兩種方式(1)

；(2)

．2．熱力學第一定律(1)內(nèi)容：一個熱力學系統(tǒng)的內(nèi)能增量等于外界向它傳遞的

與外界對它所做的功的和．(2)表達式ΔU＝

.做功熱傳遞熱量Q＋W[基礎自測]1．一定量的氣體在某一過程中，外界對氣體做了8×104J的功，氣體的內(nèi)能減少了1.2×105J，則下列各式中正確的是()A．W＝8×104J，ΔU＝1.2×105J，Q＝4×104JB．W＝8×104J，ΔU＝－1.2×105J，Q＝－2×105JC．W＝－8×104J，ΔU＝1.2×105J，Q＝2×104JD．W＝－8×104J，ΔU＝－1.2×105J，Q＝－4×104J解析：根據(jù)熱力學第一定律ΔU＝W＋Q，其中外界對氣體做功W為正值，即W＝8×104J，內(nèi)能減少，則ΔU為負值，即ΔU＝－1.2×105J，則有Q＝ΔU＋W＝－1.2×105J－8×104J＝－2×105J，故選項B正確．答案：B二、熱力學第二定律[考點自清]1．熱力學第二定律的兩種表述(1)克勞修斯表述：熱量不能

從低溫物體傳到高溫物體．(2)開爾文表述：不可能從單一熱源吸收熱量，使之完全變成功，而

．或表述為“

永動機是不可能制成的．”自發(fā)地不產(chǎn)生其他影響第二類2．用熵的概念表示熱力學第二定律在任何自然過程中，一個孤立系統(tǒng)的總熵不會

(填“增大”或“減小”)．3．熱力學第二定律的微觀意義一切自發(fā)過程總是沿著分子熱運動的

增大的方向進行．減小無序性[基礎自測]2．根據(jù)你學的熱學中的有關知識，判斷下列說法中正確的是()A．機械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能也可以全部用來做功以轉(zhuǎn)化成機械能B．凡與熱現(xiàn)象有關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C．盡管技術不斷進步，熱機的效率仍不能達到100%，制冷機卻可以使溫度降到－293℃D．第一類永動機違背能量守恒定律，第二類永動機不違背能量守恒定律，隨著科技的進步和發(fā)展，第二類永動機可以制造出來解析：機械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而內(nèi)能在引起其他變化時也可以全部轉(zhuǎn)化為機械能，A正確；凡與熱現(xiàn)象有關的宏觀過程都具有方向性，在熱傳遞中，熱量可以自發(fā)地從高溫物體傳遞給低溫物體，也能從低溫物體傳遞給高溫物體，但必須借助外界的幫助，B錯誤；盡管技術不斷進步，熱機的效率仍不能達到100%，制冷機也不能使溫度降到－293℃，只能無限接近－273℃，卻永遠不能達到，C錯誤；第一類永動機違背能量守恒定律，第二類永動機不違背能量守恒定律，而是違背了熱力學第二定律，第二類永動機不可能制造出來，D錯誤．答案：A三、能量守恒定律、能源和環(huán)境[考點自清]1．能量守恒定律能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，它只能從一種形式

為另一種形式，或者從一個物體

到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中，能量的

保持不變．轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)移總量2．能源的利用(1)存在能量耗散和

．(2)重視利用能源時對

的影響．(3)要開發(fā)新能源(如

、生物質(zhì)能、風能、水流能等)．品質(zhì)下降環(huán)境太陽能3．對能量守恒定律的四點說明(1)能量守恒定律是自然界的普遍規(guī)律，一切違背能量守恒定律的過程都不可能實現(xiàn)．(2)不同形式的能量之間可以相互轉(zhuǎn)化，且這一轉(zhuǎn)化過程是通過做功來完成的．(3)某種形式的能減少，一定有其他形式的能增加，且減少量和增加量一定相等．(4)某個物體的能量減小，一定存在其他物體的能量增加，且減少量和增加量一定相等．4．能量守恒定律的應用方法(1)在利用能量守恒定律解題時，要注意先搞清過程中有幾種形式的能在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移．(2)分析初、末狀態(tài)，確定ΔE增、ΔE減各為多少，再由ΔE增＝ΔE減列方程計算．[基礎自測]3.如圖所示，直立容器內(nèi)部有被隔板隔開的A、B兩部分氣體，A的密度小，B的密度較大，拿去隔板，加熱氣體，使兩部分氣體均勻混合，設在此過程中氣體吸熱Q，氣體內(nèi)能增量為ΔU，則()A．ΔU＝Q B．ΔU＜QC．ΔU＞Q D．無法比較解析：A、B氣體開始的合重心在中線下，混合均勻后在中線上，所以系統(tǒng)的重力勢能增大，由能量守恒，吸收熱量一部分用來增加氣體的內(nèi)能，一部分用來增加重力勢能，所以B正確．答案：B考點深析拓展延伸詳講精練考點探究講練1．改變內(nèi)能的兩種方式的比較一對熱力學第一定律的理解方式名稱比較項目做功熱傳遞區(qū)別內(nèi)能變化情況外界對物體做功，物體的內(nèi)能增加；物體對外界做功，物體的內(nèi)能減少物體吸收熱量，內(nèi)能增加物體放出熱量，內(nèi)能減少方式名稱比較項目做功熱傳遞區(qū)別從運動形式上看做功是宏觀的機械運動向物體的微觀分子熱運動的轉(zhuǎn)化熱傳遞則是通過分子之間的相互作用，使同一物體的不同部分或不同物體間的分子熱運動發(fā)生變化，是內(nèi)能的轉(zhuǎn)移從能量的角度看做功是其他形式的能與內(nèi)能相互轉(zhuǎn)化的過程不同物體間或同一物體不同部分之間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移能的性質(zhì)變化情況能的性質(zhì)發(fā)生了變化能的性質(zhì)不變相互聯(lián)系做一定量的功或傳遞一定量的熱量在改變內(nèi)能的效果上是相同的2.對熱力學第一定律的理解(1)熱力學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系．此定律是標量式，應用時熱量的單位應統(tǒng)一為國際單位制中的焦耳．(2)對公式ΔU＝W＋Q中符號的規(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)幾種特殊情況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，外界對物體做的功等于物體放出的熱量． (2014年全國卷Ⅰ)一定量的理想氣體從狀態(tài)a開始，經(jīng)歷三個過程ab、bc、ca回到原狀態(tài)，其p-T圖象如圖所示．下列判斷正確的是________．A．過程ab中氣體一定吸熱B．過程bc中氣體既不吸熱也不放熱C．過程ca中外界對氣體所做的功等于氣體所放的熱例1題型一熱力學第一定律與氣體實驗定律的綜合應用D．a(chǎn)、b和c三個狀態(tài)中，狀態(tài)a分子的平均動能最小E．b和c兩個狀態(tài)中，容器壁單位面積單位時間內(nèi)受到氣體分子撞擊的次數(shù)不同【思路指導】首先要根據(jù)p-T圖象明確氣體經(jīng)歷ab，bc，ca三個變化過程遵循的變化規(guī)律．對理想氣體只要溫度升高其內(nèi)能就增加，氣體體積增大，氣體對外做功，氣體的體積減小，外界對氣體做功，判斷氣體是吸熱還是放熱要根據(jù)熱力學第一定律做出判斷．從氣體壓強的微觀解釋來分析氣體分子對器壁碰撞情況的變化．【解析】

ab線段過原點，所以ab過程理想氣體進行等容變化，溫度升高，理想氣體的內(nèi)能增大，由熱力學第一定律ΔU＝W＋Q，由于氣體進行等容變化W＝0，由于ΔU>0，可知Q>0，即氣體ab變化過程一定吸熱，選項A正確；過程bc理想氣體等溫變化，壓強減小，體積增大，單位體積氣體分子數(shù)減小，容器壁單位面積單位時間內(nèi)受到氣體分子撞擊的次數(shù)減小，選項E正確；而體積增大氣體對外做功，W<0，ΔU＝0，熱力學第一定律可知Q>0，故bc過程氣體一定吸熱，選項B錯誤；ca過程理想氣體進行等壓變化，溫度降低，內(nèi)能減小，體積減小，外界對氣體做功，即ΔU<0，W>0，故Q<0且放出的熱量大于外界對氣體做功，選項C錯誤；在a、b、c三個狀態(tài)中，狀態(tài)a的溫度最低，所以在狀態(tài)a時氣體分子的平均動能最小，選項D正確．【答案】ADE 一定質(zhì)量的理想氣體，狀態(tài)從A→B→C→D→A的變化過程可用如圖所示的p-V圖描述，圖中p1、p2、V1、V2和V3為已知量．變式訓練1(1)氣體狀態(tài)從A到B是________過程(填“等容”、“等壓”或“等溫”)．(2)狀態(tài)從B到C的變化過程中，氣體的溫度________(填“升高”、“不變”或“降低”)．(3)狀態(tài)從C到D的變化過程中，氣體________(填“吸熱”或“放熱”)．(4)狀態(tài)從A→B→C→D的變化過程中，氣體對外界所做的總功為________．(4)A→B，氣體對外界做功WAB＝p2(V3－V1)．B→C，V不變，氣體不做功．C→D，V減小，外界對氣體做功WCD＝－p1(V3－V2)．狀態(tài)從A→B→C→D的變化過程中，氣體對外界做的總功W＝WAB＋WBC＋WCD＝p2(V3－V1)－p1(V3－V2)．答案：(1)等壓(2)降低(3)放熱(4)p2(V3－V1)－p1(V3－V2)1．在熱力學第二定律的表述中，“自發(fā)地”、“不產(chǎn)生其他影響”的涵義(1)“自發(fā)地”指明了熱傳遞等熱力學宏觀現(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”的涵義是發(fā)生的熱力學宏觀過程只在本系統(tǒng)內(nèi)完成，對周圍環(huán)境不產(chǎn)生熱力學方面的影響．如吸熱、放熱、做功等．二對熱力學第二定律的理解2．熱力學第二定律的實質(zhì)熱力學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，進而使人們認識到自然界中進行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性．3．熱力學過程方向性實例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，違背熱力學第二定律，不可能實現(xiàn)5.熱力學第一、第二定律的比較

定律名稱比較項目

熱力學第一定律熱力學第二定律兩定律揭示的問題熱力學第一定律說明，在任何過程中能量一定守恒，它從能量守恒的角度揭示了功、熱量和內(nèi)能改變量三者的定量關系，是普遍意義下的能量守恒定律的一種特殊形式熱力學第二定律則反映了自然過程進行的方向性和條件．它指出自然界中出現(xiàn)的過程是有方向性的，某方向的過程可以實現(xiàn)，而另一方向的過程則不一定能實現(xiàn)．指明并非所有遵守能量守恒的過程都能實現(xiàn)定律名稱比較項目熱力學第一定律熱力學第二定律機械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化情況當摩擦力做功時，機械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能內(nèi)能不可能在不引起其他變化的情況下完全變成機械能熱量的傳遞情況熱量可以從高溫物體自發(fā)傳向低溫物體熱力學第二定律說明熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳向高溫物體定律名稱比較項目熱力學第一定律熱力學第二定律兩定律的表述形式種類熱力學第一定律只有一種表述形式，即ΔU＝W＋Q熱力學第二定律有多種表述形式定律告誡情況告誡人們：第一類永動機不可能制成告誡人們：第二類永動機不可能制成兩定律的關系在熱力學中，兩者既相互獨立，又互為補充，共同構成了熱力學知識的理論基礎 如圖所示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(nèi)外的管道中不斷循環(huán)，在蒸發(fā)器中的制冷劑汽化吸收箱體內(nèi)的熱量，經(jīng)過冷凝器時制冷劑液化，放出熱量到箱體外．例2題型二熱力學第二定律的理解和應用(1)下列說法正確的是()A．熱量可以自發(fā)地從冰箱內(nèi)傳到冰箱外B．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，是因為其消耗了電能C．電冰箱的工作原理不違反熱力學第一定律D．電冰箱的工作原理違反熱力學第一定律(2)電冰箱的制冷系統(tǒng)從冰箱內(nèi)吸收的熱量與釋放的熱量相比，有怎樣的關系？【思路指導】

(1)熱傳遞的自發(fā)過程具有方向性．(2)壓縮機將熱量從低溫物體傳到高溫物體要消耗電能，并同時產(chǎn)生熱量．(3)在能量的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化過程中總和不變．【解析】

(1)熱力學第一定律是熱現(xiàn)象中內(nèi)能與其他形式能的轉(zhuǎn)化規(guī)律，是能的轉(zhuǎn)化和守恒定律的具體表現(xiàn)，適用于所有的熱學過程，故C正確，D錯誤；由熱力學第二定律可知，熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，除非有外界的影響或幫助．電冰箱把熱量從低溫的內(nèi)部傳到高溫的外部，需要壓縮機的幫助并消耗電能，故應選B、C.(2)由能量守恒定律可知，制冷系統(tǒng)從冰箱內(nèi)吸收了熱量，同時消耗了電能，釋放到外界的熱量比從冰箱內(nèi)吸收的熱量多．【答案】

(1)BC(2)釋放到外界的熱量多． 根據(jù)熱力學第二定律，下列說法中正確的是()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．機械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，但內(nèi)能不可能全部轉(zhuǎn)化為機械能D．機械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能也可能全部轉(zhuǎn)化為機械能變式訓練2解析：根據(jù)熱傳遞的規(guī)律可知熱量能夠從高溫物體傳到低溫物體；當外界對系統(tǒng)做功時，可以使系統(tǒng)從低溫物體吸取熱量傳到高溫物體上去，制冷機(如冰箱和空調(diào))就是這樣的裝置．但是熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體．選項A錯誤，B正確．一個運動的物體，克服摩擦阻力做功，最終停止，在這個過程中機械能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能．外界條件發(fā)生變化時，內(nèi)能也可以全部轉(zhuǎn)化為機械能，如在等溫膨脹過程中，系統(tǒng)吸收的熱量全部轉(zhuǎn)化為對外界做的功，選項C錯誤，D正確．綜上所述，該題的正確答案是B、D.答案：BD思想方法技巧運用提升素養(yǎng)學科素養(yǎng)提升能量守恒與轉(zhuǎn)化定律的應用1．能量轉(zhuǎn)化與守恒定律是自然界的普遍規(guī)律，熱力學第一定律就是能量轉(zhuǎn)化與守恒定律在改變物體內(nèi)能這一特定過程中的具體表現(xiàn)．2．一切違背能量轉(zhuǎn)化與守恒定律的過程是不可能實現(xiàn)的，能量轉(zhuǎn)化和守恒定律證明永動機不可能制成．3．能量轉(zhuǎn)化與守恒定律是認識自然，改造自然的有力武器，這個定律將廣泛的自然科學技術領域聯(lián)系起來，使不同領域的科學工作者有一個共同語言． 在如圖所示容器中，A、B各有一個可自由移動的輕活塞，活塞下是水，上為空氣，大氣壓恒定，A、B底部由帶有閥門K的管道相連，整個裝置與外界絕熱．原先A中水面比B中高，打開閥門，使A中