2025版新教材高考物理全程一輪總復(fù)習(xí)第十四章熱學(xué)第3講熱力學(xué)定律與能量守恒學(xué)生用書

第3講熱力學(xué)定律與能量守恒課程標(biāo)準(zhǔn)1.知道熱力學(xué)第肯定律．通過有關(guān)史實，了解熱力學(xué)第肯定律和能量守恒定律的發(fā)覺過程，體會科學(xué)探究中的挫折和失敗對科學(xué)發(fā)覺的意義．2.理解能量守恒定律，能用能量守恒的觀點說明自然現(xiàn)象．體會能量守恒定律是最基本、最普遍的自然規(guī)律之一．3.通過自然界中宏觀過程的方向性，了解熱力學(xué)其次定律．素養(yǎng)目標(biāo)物理觀念：(1)知道熱力學(xué)第肯定律及其符號法則，了解能量守恒定律及永動機(jī)不行能制成．(2)知道傳熱、擴(kuò)散現(xiàn)象、機(jī)械能與內(nèi)能的轉(zhuǎn)化具有方向性，了解能量耗散和品質(zhì)降低的內(nèi)容，能說明相關(guān)現(xiàn)象．科學(xué)思維：(1)理解熱力學(xué)第肯定律的公式并能進(jìn)行相關(guān)的分析計算，能依據(jù)能量守恒定律說明永動機(jī)不行能制成的緣由．(2)理解熱力學(xué)其次定律的兩種表述，學(xué)會用熱力學(xué)其次定律說明自然界中的能量轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)移及方向性問題，提高分析推理實力．必備學(xué)問·自主落實一、變更物體內(nèi)能的兩種方式1．________．2．熱傳遞．二、熱力學(xué)第肯定律實質(zhì)是能量守恒定律1．內(nèi)容：一個熱力學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)能變更量等于外界向它傳遞的________與外界對它所做的功的和．2．表達(dá)式：ΔU＝________．3．表達(dá)式中的正、負(fù)號法則符號WQΔU＋外界對物體做功物體________熱量內(nèi)能________－物體對外界做功物體________熱量內(nèi)能________三、能量守恒定律1．內(nèi)容：能量既不會憑空________，也不會憑空消逝，它只能從一種形式________為其他形式，或者是從一個物體________到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總量________．2．第一類永動機(jī)是不行能制成的，它違反了________________．四、熱力學(xué)其次定律1．熱力學(xué)其次定律的兩種表述(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．不須要任何第三者介入，就能發(fā)生(2)開爾文表述：不行能從單一熱庫汲取熱量，使之完全變勝利，而不產(chǎn)生其他影響．或表述為“________永動機(jī)是不行能制成的”．2．熱力學(xué)其次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(jìn)行．3．其次類永動機(jī)不行能制成的緣由是違反了熱力學(xué)其次定律．走進(jìn)生活泉城濟(jì)南，以泉著名．小張同學(xué)在濟(jì)南七十二名泉之一的珍寶泉巡游時，發(fā)覺澄澈幽深的泉池底部，不斷有氣泡生成，上升至水面裂開．(1)氣泡在泉水里上升過程中，氣泡對泉水做正功還是做負(fù)功？(2)氣泡在泉水里上升過程中，氣泡汲取熱量還是放出熱量？關(guān)鍵實力·精準(zhǔn)突破考點一熱力學(xué)第肯定律的理解和應(yīng)用1．幾種特別狀況(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)能的增加量．(2)若過程中不做功，即W＝0，則Q＝ΔU，物體汲取的熱量等于物體內(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，外界對物體做的功等于物體放出的熱量．2．兩點留意(1)做功看體積：體積增大，氣體對外做功，W為負(fù)；體積縮小，外界對氣體做功，W為正．氣體向真空中自由膨脹，對外界不做功，W＝0.(2)對于志向氣體要抓住溫度T變更是內(nèi)能變更的標(biāo)記(T上升，內(nèi)能增加ΔU>0，反之，內(nèi)能削減ΔU<0)．針對訓(xùn)練1.如圖是密閉的汽缸，外力推動活塞P壓縮氣體，對缸內(nèi)氣體做功800J，同時氣體向外界放熱200J，缸內(nèi)氣體的()A．溫度上升，內(nèi)能增加600JB．溫度上升，內(nèi)能削減200JC．溫度降低，內(nèi)能增加600JD．溫度降低，內(nèi)能削減200J2．如圖a，一臺四沖程內(nèi)燃機(jī)，活塞在壓縮沖程某段時間內(nèi)移動的距離為0.1m，這段過程活塞對氣體的壓力漸漸增大，其做的功相當(dāng)于2×103N的恒力使活塞移動相同距離所做的功(圖b甲)．內(nèi)燃機(jī)工作時汽缸溫度高于環(huán)境溫度，該過程中壓縮氣體傳遞給汽缸的熱量為25J.(1)求上述壓縮過程中氣體內(nèi)能的變更量；(2)燃燒后的高壓氣體對活塞做功，氣體推動活塞移動0.1m，其做的功相當(dāng)于9×103N的恒力使活塞移動相同距離所做的功(圖b乙)，該做功過程氣體傳遞給汽缸的熱量為30J，求此做功過程氣體內(nèi)能的變更量．考點二熱力學(xué)其次定律的理解和應(yīng)用1．熱力學(xué)其次定律的含義(1)“自發(fā)地”指明白熱傳遞等熱力學(xué)宏觀現(xiàn)象的方向性，不須要借助外界供應(yīng)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)宏觀過程只在本系統(tǒng)內(nèi)完成，對四周環(huán)境不產(chǎn)生熱力學(xué)方面的影響，如吸熱、放熱、做功等．在產(chǎn)生其他影響的條件下內(nèi)能可以全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能．2．熱力學(xué)其次定律的實質(zhì)熱力學(xué)其次定律的每一種表述，都揭示了大量分子參加的宏觀過程的方向性，進(jìn)而使人們相識到自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性．3．熱力學(xué)過程的方向性實例針對訓(xùn)練3.(多選)依據(jù)熱力學(xué)其次定律，下列說法中正確的是()A．不行能從單一熱庫汲取熱量并把它全部用來做功，而不引起其他變更B．沒有冷凝器，只有單一的熱庫，能從單一熱庫汲取熱量全部用來做功，而不引起其他變更的熱機(jī)是可以實現(xiàn)的C．制冷系統(tǒng)將冰箱里的熱量傳到外界較高溫度的空氣中而不引起其他變更D．不行能使熱量由低溫物體傳到高溫物體，而不引起其他變更4．(多選)對于熱力學(xué)定律，下列說法正確的是()A．第一類永動機(jī)不行能制成，因為違反了能量守恒定律B．熱力學(xué)第肯定律指出，可能達(dá)到肯定零度C．熱力學(xué)第肯定律指出，一個熱力學(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它所做功的和D．熱力學(xué)其次定律指出，不能從單一熱源吸熱全部用來對外做功而不產(chǎn)生其他影響考點三氣體試驗定律與熱力學(xué)第肯定律的綜合應(yīng)用考向1熱力學(xué)第肯定律與圖像的綜合應(yīng)用例1[2024·遼寧卷]肯定質(zhì)量的志向氣體從狀態(tài)a變更到狀態(tài)b，其體積V和熱力學(xué)溫度T變更圖像如圖所示，此過程中該系統(tǒng)()A．對外界做正功 B．壓強(qiáng)保持不變C．向外界放熱 D．內(nèi)能削減[解題心得]例2[2024·江蘇卷]如圖所示，肯定質(zhì)量的志向氣體分別經(jīng)驗a→b和a→c兩個過程，其中a→b為等溫過程，狀態(tài)b、c的體積相同，則()A．狀態(tài)a的內(nèi)能大于狀態(tài)bB．狀態(tài)a的溫度高于狀態(tài)cC．a(chǎn)→c過程中氣體汲取熱量D．a(chǎn)→c過程中外界對氣體做正功[解題心得]考向2熱力學(xué)第肯定律與氣體試驗定律的綜合應(yīng)用氣體試驗定律與熱力學(xué)定律的綜合問題的求解思路例3[2024·陜西西安檢測]如圖所示，圓柱形灑水壺密封時容積為V，打氣筒氣室容積ΔV＝V50，某次澆花時，倒入壺中的水的體積為4V5并密封，然后起先打氣，每一次打入壓強(qiáng)為p0、體積為V50的空氣，已知大氣壓強(qiáng)為p0，不計噴水細(xì)管的體積及噴水后細(xì)管內(nèi)剩余液體的壓強(qiáng)，已知氣體質(zhì)量m∝pVT(p為氣體壓強(qiáng)，(1)至少打幾次氣后，灑水壺里的水可以全部噴完？(2)若在噴灑過程中灑水壺中空氣從外界汲取的熱量為12J，求壺中空氣對外做的功．[試答]例4[2024·安徽名校二聯(lián)]如圖所示，一個圓筒形導(dǎo)熱汽缸開口向上豎直放置，內(nèi)有活塞，其橫截面積為S＝1×10－4m2，質(zhì)量為m＝1kg，活塞與汽缸之間無摩擦且不漏氣，其內(nèi)密封有肯定質(zhì)量的志向氣體，氣柱高度h＝0.2m．已知大氣壓強(qiáng)p0＝1.0×105Pa，重力加速度g＝10m/s2.(1)假如在活塞上緩慢堆放肯定質(zhì)量的細(xì)砂，氣柱高度變?yōu)樵瓉淼?3，求砂子的質(zhì)量m砂(2)假如在(1)基礎(chǔ)上給汽缸底緩慢加熱，使活塞復(fù)原到原高度，此過程中氣體汲取熱量5J，求氣體內(nèi)能的增量ΔU.[試答]第3講熱力學(xué)定律與能量守恒必備學(xué)問·自主落實一、1．做功二、1．熱量2．Q＋W3．汲取增加放出削減三、1．產(chǎn)生轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)移保持不變2．能量守恒定律四、1．(2)其次類2．無序性走進(jìn)生活答案：(1)氣泡對泉水做正功．(2)氣泡汲取熱量．關(guān)鍵實力·精準(zhǔn)突破1．解析：外界對氣體做功W＝800J，氣體向外散熱，則Q＝－200J，依據(jù)熱力學(xué)第肯定律得，氣體內(nèi)能的增量ΔU＝W＋Q＝800J－200J＝600J，即內(nèi)能增加600J；對于肯定質(zhì)量的志向氣體，內(nèi)能增加，溫度必定上升．A項正確．答案：A2．解析：(1)壓縮過程活塞對氣體做的功W1＝F1l1＝2×103×0.1J＝200J氣體內(nèi)能的變更量ΔU1＝W1＋Q1＝200J－25J＝175J.(2)氣體膨脹過程中氣體對外界所做的功W2＝F2l2＝－9×103×0.1J＝－900J氣體內(nèi)能的變更量ΔU2＝W2＋Q2＝－900J－30J＝－930J汽缸內(nèi)氣體在壓縮過程中內(nèi)能增加了175J，在膨脹做功過程中氣體內(nèi)能削減了930J.答案：(1)175J(2)削減了930J3．解析：熱力學(xué)其次定律揭示了與熱現(xiàn)象有關(guān)的物理過程的方向性．機(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過程具有方向性，機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而內(nèi)能要全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能必需借助外界的幫助，因而會引起其他變更，選項A正確，選項B錯誤；傳熱過程也具有方向性，熱量能自發(fā)地從高溫物體傳到低溫物體，但要從低溫物體傳到高溫物體，必定會引起其他變更(外界對系統(tǒng)做功)，選項C錯誤，選項D正確．答案：AD4．解析：第一類永動機(jī)既不消耗能量又能源源不斷對外做功，違反了能量守恒定律，所以不行能制成，A正確；肯定零度是無法達(dá)到的，故B錯誤；依據(jù)熱力學(xué)第肯定律ΔU＝Q＋W可知，一個熱力學(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它所做的功的和，故C正確；熱力學(xué)其次定律指出，不能從單一熱源吸熱全部用來對外做功而不產(chǎn)生其他影響，故D正確．答案：ACD例1解析：志向氣體從狀態(tài)a變更到狀態(tài)b，體積增大，志向氣體對外界做正功，A正確；由題圖V-T圖像可知V＝V0＋kT，依據(jù)志向氣體的狀態(tài)方程有pVT＝C，聯(lián)立有p＝Ck+V0T，可看出T增大，p答案：A例2解析：由于a→b的過程為等溫過程，即狀態(tài)a和狀態(tài)b溫度相同，依據(jù)溫度是氣體分子平均動能的標(biāo)記，可知狀態(tài)a和狀態(tài)b的分子平均動能相同，而志向氣體內(nèi)能只與溫度有關(guān)，所以志向氣體狀態(tài)a的內(nèi)能等于狀態(tài)b的內(nèi)能，選項A錯誤；由于狀態(tài)b和狀態(tài)c體積相同，且pb<pc，依據(jù)志向氣體狀態(tài)方程pbVbTb＝pcVcTc，可知Tb<Tc，又因為Tb＝Ta，故Ta<Tc，選項B錯誤；因為a→答案：C例3解析：(1)對灑水壺中的氣體，狀態(tài)1：p1＝p0，V1＝V設(shè)至少打n次氣后灑水壺中氣體為狀態(tài)2：p2，V2＝V當(dāng)水剛好全部噴灑完畢時氣體為狀態(tài)3：p3＝p0，V3＝V氣體由狀態(tài)1到狀態(tài)2，依據(jù)質(zhì)量關(guān)系有p1V1＋np0ΔV＝p2V2氣體由狀態(tài)2到狀態(tài)3做等溫變更，由玻意耳定律有p2V2＝p3V3聯(lián)立解得n＝40次．(2)噴灑過程中由于環(huán)境溫度不變，氣體內(nèi)能不變，依據(jù)熱力學(xué)第肯定律有ΔU＝W