高中物理復(fù)習(xí)14-3第3講熱力學(xué)定律與能量守恒課件

第3講熱力學(xué)定律與能量守恒課

程

標(biāo)

準(zhǔn)素

養(yǎng)

目

標(biāo)1.知道熱力學(xué)第一定律．通過(guò)有關(guān)史實(shí)，了解熱力學(xué)第一定律和能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)過(guò)程，體會(huì)科學(xué)探索中的挫折和失敗對(duì)科學(xué)發(fā)現(xiàn)的意義．2.理解能量守恒定律，能用能量守恒的觀點(diǎn)解釋自然現(xiàn)象．體會(huì)能量守恒定律是最基本、最普遍的自然規(guī)律之一．3.通過(guò)自然界中宏觀過(guò)程的方向性，了解熱力學(xué)第二定律．物理觀念：(1)知道熱力學(xué)第一定律及其符號(hào)法則，了解能量守恒定律及永動(dòng)機(jī)不可能制成．(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，能解釋相關(guān)現(xiàn)象．科學(xué)思維：(1)理解熱力學(xué)第一定律的公式并能進(jìn)行相關(guān)的分析計(jì)算，能根據(jù)能量守恒定律解釋永動(dòng)機(jī)不可能制成的原因．(2)理解熱力學(xué)第二定律的兩種表述，學(xué)會(huì)用熱力學(xué)第二定律解釋自然界中的能量轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)移及方向性問(wèn)題，提高分析推理能力．考點(diǎn)一考點(diǎn)一熱力學(xué)第一定律的理解和應(yīng)用【必備知識(shí)·自主落實(shí)】一、改變物體內(nèi)能的兩種方式1．________．2．熱傳遞．二、熱力學(xué)第一定律

實(shí)質(zhì)是能量守恒定律1．內(nèi)容：一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)能變化量等于外界向它傳遞的________與外界對(duì)它所做的功的和．2．表達(dá)式：ΔU＝________．做功熱量Q＋W3．表達(dá)式中的正、負(fù)號(hào)法則符號(hào)WQΔU＋外界對(duì)物體做功物體________熱量?jī)?nèi)能________－物體對(duì)外界做功物體________熱量?jī)?nèi)能________吸收增加放出減少三、能量守恒定律1．內(nèi)容：能量既不會(huì)憑空________，也不會(huì)憑空消失，它只能從一種形式________為其他形式，或者是從一個(gè)物體________到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過(guò)程中，能量的總量________．2．第一類永動(dòng)機(jī)是不可能制成的，它違背了_____________．產(chǎn)生轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)移保持不變能量守恒定律【關(guān)鍵能力·思維進(jìn)階】1．[2023·天津卷]

如圖是爬山所帶氧氣瓶，氧氣瓶里的氣體容積質(zhì)量不變，爬高過(guò)程中，溫度減小，則氣體(

)A．對(duì)外做功B．內(nèi)能減小C.吸收熱量D．壓強(qiáng)不變答案：B

2．(多選)如圖，甲圖實(shí)驗(yàn)1密封的桶裝薯片從上海帶到拉薩后蓋子凸起．若兩地溫度相同，研究桶內(nèi)的氣體壓強(qiáng)p和分子平均動(dòng)能Ek的變化情況．乙圖實(shí)驗(yàn)2中中國(guó)制造的列車空氣彈簧實(shí)現(xiàn)了歐洲高端鐵路市場(chǎng)全覆蓋，空氣彈簧安裝在列車車廂底部，可以起到有效減震、提升列車運(yùn)行平穩(wěn)性的作用．空氣彈簧主要由活塞、氣缸及密封在氣缸內(nèi)的一定質(zhì)量氣體構(gòu)成．列車上下乘客及劇烈顛簸均會(huì)引起車廂震動(dòng)．上下乘客時(shí)氣缸內(nèi)氣體的體積變化較慢，氣體與外界有充分的熱交換；劇烈顛簸時(shí)氣缸內(nèi)氣體的體積變化較快，氣體與外界來(lái)不及熱交換，外界溫度恒定，氣缸內(nèi)氣體視為理想氣體．甲

乙下列說(shuō)法正確的是(

)A．甲圖實(shí)驗(yàn)1中桶內(nèi)的氣體壓強(qiáng)p減小和分子平均動(dòng)能Ek減小B．甲圖實(shí)驗(yàn)1中桶內(nèi)的氣體壓強(qiáng)p減小和分子平均動(dòng)能Ek不變C．乙圖實(shí)驗(yàn)2中劇烈顛簸造成氣體壓縮的過(guò)程中，空氣彈簧內(nèi)氣體的內(nèi)能增加D．乙圖實(shí)驗(yàn)2中劇烈顛簸造成氣體壓縮的過(guò)程中，空氣彈簧內(nèi)氣體分子的平均動(dòng)能減小答案：BC解析：根據(jù)一定質(zhì)量的理想氣體狀態(tài)方程pV＝nRT可知，當(dāng)溫度相同時(shí)，體積變大則桶內(nèi)的氣體壓強(qiáng)p減小，而溫度是影響分子平均動(dòng)能的唯一因素，則分子平均動(dòng)能Ek不變，A錯(cuò)誤，B正確；劇烈顛簸造成氣體壓縮的過(guò)程中，因?yàn)闀r(shí)間很短，所以氣體與外界來(lái)不及熱交換，Q＝0，外界對(duì)氣體做功，根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W可得，空氣彈簧內(nèi)氣體內(nèi)能增加，氣體分子的平均動(dòng)能增大，C正確，D錯(cuò)誤．故選BC.3．如圖a，一臺(tái)四沖程內(nèi)燃機(jī)，活塞在壓縮沖程某段時(shí)間內(nèi)移動(dòng)的距離為0.1m，這段過(guò)程活塞對(duì)氣體的壓力逐漸增大，其做的功相當(dāng)于2×103N的恒力使活塞移動(dòng)相同距離所做的功(圖b甲)．內(nèi)燃機(jī)工作時(shí)汽缸溫度高于環(huán)境溫度，該過(guò)程中壓縮氣體傳遞給汽缸的熱量為25J.(1)求上述壓縮過(guò)程中氣體內(nèi)能的變化量；(2)燃燒后的高壓氣體對(duì)活塞做功，氣體推動(dòng)活塞移動(dòng)0.1m，其做的功相當(dāng)于9×103N的恒力使活塞移動(dòng)相同距離所做的功(圖b乙)，該做功過(guò)程氣體傳遞給汽缸的熱量為30J，求此做功過(guò)程氣體內(nèi)能的變化量．解析：(1)壓縮過(guò)程活塞對(duì)氣體做的功W1＝F1l1＝2×103×0.1J＝200J氣體內(nèi)能的變化量ΔU1＝W1＋Q1＝200J－25J＝175J.(2)氣體膨脹過(guò)程中氣體對(duì)外界所做的功W2＝F2l2＝－9×103×0.1J＝－900J氣體內(nèi)能的變化量ΔU2＝W2＋Q2＝－900J－30J＝－930J汽缸內(nèi)氣體在壓縮過(guò)程中內(nèi)能增加了175J，在膨脹做功過(guò)程中氣體內(nèi)能減少了930J.答案：(1)增加了175J

(2)減少了930J考點(diǎn)二考點(diǎn)二熱力學(xué)第一定律與圖像的綜合應(yīng)用例1一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A經(jīng)過(guò)狀態(tài)B變化到狀態(tài)C再回到狀態(tài)A，其V-T圖像如圖所示．O、C、B三點(diǎn)在同一直線上，AB與縱軸平行，則下列說(shuō)法不正確的是(

)A．A→B過(guò)程中，單位時(shí)間內(nèi)打到容器壁上單位面積的分子數(shù)增多B．A→B過(guò)程中，氣體吸收熱量C．B→C過(guò)程中，氣體放出的熱量比外界對(duì)氣體做的功多D．C→A過(guò)程中，速率大的分子數(shù)增多答案：B解析：A→B過(guò)程中，氣體體積減小，溫度不變，壓強(qiáng)增大，單位時(shí)間內(nèi)打到容器壁上單位面積的分子數(shù)增多，A項(xiàng)正確，不符合題意；A→B過(guò)程中，溫度不變，內(nèi)能不變，外界對(duì)氣體做功，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知，氣體放出熱量，B項(xiàng)錯(cuò)誤，符合題意；B→C過(guò)程中，氣體壓強(qiáng)不變，體積減小，溫度降低，內(nèi)能減小，外界對(duì)氣體做功，根據(jù)熱力學(xué)第一定律，氣體放出熱量，且放出熱量比外界對(duì)氣體做的功多，C項(xiàng)正確，不符合題意；C→A過(guò)程中，溫度升高，速率大的分子數(shù)增多，D項(xiàng)正確，不符合題意．故選B.例2[2023·廣東卷]在駐波聲場(chǎng)的作用下，水中小氣泡周圍液體的壓強(qiáng)會(huì)發(fā)生周期性變化，使小氣泡周期性膨脹和收縮，氣泡內(nèi)的氣體可視為質(zhì)量不變的理想氣體，其膨脹和收縮過(guò)程可簡(jiǎn)化為如圖所示的p-V圖像，氣泡內(nèi)氣體先從壓強(qiáng)為p0、體積為V0、溫度為T0的狀態(tài)A等溫膨脹到體積為5V0、壓強(qiáng)為pB的狀態(tài)B，然后從狀態(tài)B絕熱收縮到體積為V0、壓強(qiáng)為1.9p0、溫度為TC的狀態(tài)C，B到C的過(guò)程外界對(duì)氣體做功為W.已知p0、V0、T0和W.求：(1)pB的表達(dá)式；(2)TC的表達(dá)式；(3)B到C的過(guò)程，氣泡內(nèi)氣體的內(nèi)能變化了多少？

考點(diǎn)三

答案：AD

例4[2023·浙江1月]某探究小組設(shè)計(jì)了一個(gè)報(bào)警裝置，其原理如圖所示．在豎直放置的圓柱形容器內(nèi)用面積S＝100cm2、質(zhì)量m＝1kg的活塞密封一定質(zhì)量的理想氣體，活塞能無(wú)摩擦滑動(dòng)．開始時(shí)氣體處于溫度TA＝300K、活塞與容器底的距離h0＝30cm的狀態(tài)A.環(huán)境溫度升高時(shí)容器內(nèi)氣體被加熱，活塞緩慢上升d＝3cm恰好到達(dá)容器內(nèi)的卡口處，此時(shí)氣體達(dá)到狀態(tài)B.活塞保持不動(dòng)，氣體被繼續(xù)加熱至溫度TC＝363K的狀態(tài)C時(shí)觸動(dòng)報(bào)警器．從狀態(tài)A到狀態(tài)C的過(guò)程中氣體內(nèi)能增加了ΔU＝158J．取大氣壓p0＝0.99×105Pa，求氣體(1)在狀態(tài)B的溫度；(2)在狀態(tài)C的壓強(qiáng)；(3)由狀態(tài)A到狀態(tài)C過(guò)程中從外界吸收的熱量Q.

例5[2024·浙江紹興高三統(tǒng)考階段練習(xí)]如圖1所示，豎直玻璃管上端封閉、下端開口，總長(zhǎng)L＝68.8cm，橫截面積S＝0.1cm2，管內(nèi)液柱的長(zhǎng)度L0＝7.6cm，質(zhì)量m＝10g，液柱密封一定質(zhì)量的理想氣體，氣體的長(zhǎng)度L1＝50cm，氣體溫度T1＝300K．現(xiàn)將玻璃管緩慢轉(zhuǎn)到水平位置，氣體溫度仍為T1，氣體長(zhǎng)度變?yōu)長(zhǎng)2，如圖2所示．然后對(duì)氣體進(jìn)行緩慢加熱，使氣體溫度上升至T2＝360K，加熱過(guò)程氣體吸收熱量Q，內(nèi)能增加ΔU＝0.23J，氣體長(zhǎng)度變?yōu)長(zhǎng)3，如圖3所示．已知大氣壓強(qiáng)p0＝1.0×105Pa，玻璃管內(nèi)壁光滑，重力加速度g＝10m/s2.(1)求氣體長(zhǎng)度L2；(2)求氣體長(zhǎng)度L3；(3)求加熱過(guò)程氣體吸收熱量Q.

思維提升氣體實(shí)驗(yàn)定律與熱力學(xué)定律的綜合問(wèn)題的求解思路考點(diǎn)四考點(diǎn)四熱力學(xué)第二定律的理解和應(yīng)用【必備知識(shí)·自主落實(shí)】1．熱力學(xué)第二定律的兩種表述(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．不需要任何第三者介入，就能發(fā)生(2)開爾文表述：不可能從單一熱庫(kù)吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響．或表述為“________永動(dòng)機(jī)是不可能制成的”．2．熱力學(xué)第二定律的微觀意義一切自發(fā)過(guò)程總是沿著分子熱運(yùn)動(dòng)的________增大的方向進(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)第二定律．第二類無(wú)序性【關(guān)鍵能力·思維進(jìn)階】4.[2024·廣東廣州模擬預(yù)測(cè)]火熱的6月即將到來(lái)，高三的同學(xué)們也進(jìn)入高考最后的沖刺，教室里的空調(diào)為同學(xué)們提供了舒爽的環(huán)境，空調(diào)的工作原理如圖所示，以下表述正確的是(

)A．空調(diào)的工作原理對(duì)應(yīng)的是熱力學(xué)第一定律的開爾文表述制冷機(jī)B．空調(diào)的工作原理反映了熱傳導(dǎo)的方向性C．此原理圖中的Q1＝Q2D．此原理圖說(shuō)明熱量不能從低溫物體傳到高溫物體答案：B解析：空調(diào)的工作原理對(duì)應(yīng)的是熱力學(xué)第二定律的開爾文表述制冷機(jī)，A錯(cuò)誤；空調(diào)的工作原理反映了熱傳導(dǎo)的方向性，熱量不能自發(fā)的從低溫物體傳導(dǎo)給高溫物體，但在其他能力干預(yù)下，可以從低溫物體傳導(dǎo)給高溫物體，B正確；此原理圖中的Q1＝Q2＋W，C錯(cuò)誤；此原理圖說(shuō)明在外界干預(yù)下，熱量能從低溫物體傳到高溫物體，D錯(cuò)誤．故選B.5．(多選)下列說(shuō)法正確的是(

)A．冰箱能使熱量從低溫物體傳遞到高