2020年高考物理一轮复习课件：专题十三 第3讲 热力学定律 能量守恒

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1、第3讲 热力学定律 能量守恒,考点 1,热力学第一定律,能量守恒定律,1.改变物体内能的两种方式(1)_是其他形式的能与内能的相互转化过程，内能的改变量可用_的数值来量度.(2)_是物体间内能的转移过程，内能转移量用_来量度.,做功,做功,热传递,热量,2.热力学第一定律,传递的热量,做的功,(1)内容：一个热力学系统的内能增量等于外界向它_与外界对它所_的和.(2)表达式：_.,3.能量守恒定律,UWQ,(1)内容：能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体.在转化或转移的过程中其总量_.这就是能量的,转化和守恒定律.,保持不变,不消

2、耗,(2)任何违背能量守恒定律的过程都是不可能的，_而对外做功的第一类永动机是不可能制成的.,能量,考点 2,热力学第二定律,1.两种表述(1)克劳修斯表述：热量不能_地从低温物体传到高温物体(表述了热传递的方向性).(2)开尔文表述：不可能从单一热源吸收热量，使之完全变成有用功而_(表述了机械能与内能转化过程,的方向性).,自发,不产生其他影响,2.第二类永动机是指设想只从单一热源吸收热量，使之完全变为有用的功而不引起其他变化的热机.这类永动机不可能制成的原因是违反了_.3.热力学第二定律的意义：揭示了有大量分子参与的宏观过程的方向性，是独立于热力学第一定律的一个重要的自然,规律.,热力学第

3、二定律,4.热力学第二定律的微观解释(1)一切自发过程总是沿着分子热运动的_ 性增大的方向进行.这是热力学第二定律的微观意义.(2)从微观的角度看，热力学第二定律是一个统计规律：一个孤立系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展，而熵值较大代表着较为无序，所以自发的宏观过程总是向无序度_,的方向发展.,无序,更大,【基础自测】,(,)A.一个铁块的温度升高，其内能增大B.物体吸收热量，其温度一定升高C.热量是热传递过程中物体内能变化的量度D.温度高的物体比温度低的物体含有的热量多E.温度总是从物体热的部分传递至冷的部分,解析：物体吸收热量，温度不一定就升高，例如晶体熔化、液体沸腾这些过程，B 错误；

4、热量是在热传递过程中传递能量的多少，是过程量，因此不能说物体含有热量，D 错误；在热传递的过程中，传递的是能量，不是温度，温度变化是能量变化的表象，E 错误.故选 B、D、E.,答案：BDE,(,)A.物体吸收热量，内能定增大B.物体对外做功，内能一定减少C.物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变D.物体放出热量，同时对外做功，内能可能不变E.物体放出热量，外界对物体做功，内能可能不变,解析：根据热力学第一定律UWQ，物体内能的变化与外界对物体做功(或物体对外界做功)，物体从外界吸热(或向外界放热)两种因素有关.物体吸收热量，但有可能同时对外做功，故内能有可能不变甚至减小，A 错误；同理，物

5、体对外做功的同时有可能吸热，故内能不一定减少，B 错误；若物体吸收的热量与对外做的功相等，则内能可能不变，C 正确；同理，E 正确.若物体放热同时对外做功，物体内能一定减少，D 错误.故选 A、B、D.,答案：ABD,3.(多选)如图 13-3-1 所示，某同学将空的薄金属筒开口向下压入水中.设水温均匀且恒定，筒内空气无泄漏，不计气体分子间相互作用，则被淹没的金属筒在缓慢下降过程中，筒内空气,)图 13-3-1,体积减小，下列说法中正确的是(A.从外界吸热B.向外界放热C.分子势能不变D.内能减小E.内能不变,解析：水温恒定，即空气分子平均动能不变；不计分子间相互作用，即分子势能不变，由此可知

6、空气内能不变.筒内空气体积减小，说明外界对空气做功，根据热力学第一定律知空气放出热量.故 B、C、E 正确.,答案：BCE,A.这违背了能量守恒定律B.在任何条件下内能都不可能转化为机械能，只有机械能才会转化为内能C.机械能和内能的转化过程具有方向性，内能转化成机械能是有条件的,D.机械能可全部转化为内能，而内能不能全部转化为机械,能，同时不引起其他变化,E.以上说法均不正确,解析：机械能和内能可以相互转化，但必须通过做功来实现；由热力学第二定律可知，内能不可能全部转化成机械能，同时不引起其他变化；无论采用任何设备和手段进行能量转化总是遵循能量守恒定律.故选 A、B、E.,答案：ABE,热点

7、1,热力学第一定律,热点归纳1.对公式UQW 符号的确定,2.做功和热传递的区别,做功与热传递在改变内能的效果上是相同的，但是从运动形式、能量转化的角度上看是不同的.做功是其他形式的运动和热运动的转化，是其他形式的能与内能之间的转化；而热传递则是热运动的转移，是内能的转移.,3.三种特殊情况,(1)若过程是绝热的，则 Q0，WU，外界对物体做的,功等于物体内能的增加量.,(2)若过程中不做功，即 W0，则 QU，物体吸收的热,量等于物体内能的增加量.,(3)若过程的始末状态物体的内能不变，即U0，则 WQ0 或 WQ.外界对物体做的功等于物体放出的热量.,4.应用热力学第一定律的三点注意,(1

8、)做功看体积：体积增大，气体对外做功，W 为负；体积缩小，外界对气体做功，W 为正.气体在真空中自由膨胀，对外界不做功，W0.,(2)与外界绝热，则不发生热传递，此时 Q0.,(3)由于理想气体没有分子势能，所以当它的内能变化时，主要体现在分子动能的变化上，从宏观上看就是温度发生了变化.,考向 1,利用热力学第一定律进行定性分析,【典题 1】(多选，2018 年新课标卷)如图13-3-2，一定质量的理想气体从状态 a 开始，经历过程、到达状,),态 e，对此气体，下列说法正确的是(A.过程中气体的压强逐渐减小B.过程中气体对外界做正功C.过程中气体从外界吸收了热量D.状态 c、d 的内能相等E

9、.状态 d 的压强比状态 b 的压强小,图 13-3-2,解析：由理想气体状态方程,可知，pbpa，即过,程中气体的压强逐渐增大，A 错误；由于过程中气体体积增大，所以过程中气体对外做功，B 正确；过程中气体体积不变，对外做功为零，温度降低，内能减小，根据热力学第一定律，过程中气体放出热量，C 错误；由于状态 c、d 的温度相等，根据理想气体的内能只与温度有关，可知状态 c、d 的,d 的压强比状态 b 的压强小，E 正确.答案：BDE,考向 2,利用热力学第一定律进行定量计算,【典题 2】(2018 年江苏卷)如图 13-3-3 所示，一定质量的理想气体在状态 A 时压强为 2.0105 P

10、a，经历 ABCA 的过程，整个过程中对外界放出 61.4 J 热量.求该气体在 AB 过程中对外界所做的功.图 13-3-3,解：整个过程中，外界对气体做功WWABWCA，且,WCApA(VCVA),由热力学第一定律UQW，得WAB(QWCA)已知 Q61.4 J,代入数据得WAB138.6 J，即气体对外界做的功为,138.6 J.,热点 2,热力学第二定律,热点归纳1.对热力学第二定律关键词的理解在热力学第二定律的表述中，“自发地”“不产生其他影响”的涵义：(1)“自发地”指明了热传递等热力学宏观现象的方向性，不需要借助外界提供能量的帮助.(2)“不产生其他影响”的涵义是发生的热力学宏观

11、过程只在本系统内完成，对周围环境不产生热力学方面的影响.如吸热、放热、做功等.,2.热力学第二定律的实质,自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性.如：,),【典题 3】(多选)关于热力学定律，下列说法正确的是(A.不可以从单一热源吸收热量，并把它全部用来做功B.可以从单一热源吸收热量，并把它全部用来做功C.不可能使热量从低温物体传向高温物体D.机械能转变为内能的实际宏观过程是不可逆过程E.与热现象有关的变化过程都具有方向性,解析：根据热力学第二定律，不可能从单一热源吸收热量，并把它全部用来做功而不引起其他变化，如果可以引起其他变化，那么完全用来做功是有可能的，故选项 A 错误，B 正确

12、；根据热力学第二定律，可以使热量自发地从低温物体传向高温物体，但要引起其他变化，比如电冰箱要耗电，故选项 C 错误；根据热力学第二定律，机械能转变为内能的实际宏观过程是不可逆过程，故选项 D 正确； 与热学有关的变化过程都具有方向性，选项 E 正确.,答案：BDE,【迁移拓展】(多选)关于第二类永动机，下列说法正确的,是(,),A.能将从单一热源吸收的热量全部用来做功，而不引起其他变化的热机叫做第二类永动机B.第二类永动机违反了能量守恒定律，所以不可能制成C.第二类永动机不可能制成，说明机械能可以全部转化为内能，内能却不可能全部转化为机械能D.第二类永动机不可能制成，说明机械能可以全部转化为内

13、能，内能却不可能在不引起其他变化的同时全部转化为机械能E.第二类永动机不违反能量守恒定律，但违反热力学第二定律答案：ADE,方法技巧：两类永动机的比较：,热点 3,热力学定律与气体实验定律综合问题,热点归纳,【典题 4】(2018 年新课标卷)如图13-3-4，一竖直放置的气缸上端开口，气缸壁内有卡口 a 和 b，a、b 间距为 h，a 距缸底的高度为 H；活塞只能在 a、b 间移动，其下方密封有一定质量的理想气体.已知活塞质量为 m，面积为 S，厚度可忽略；活塞和气缸壁均绝热，不计他们之间的摩擦.开始时活塞处于静止状态，上、下方气体压强均为 p0 ，温度均为 T0.现用电热丝缓慢加热气缸中的气体，直至活塞刚好到达 b 处.求此时气缸内气体的温度以及在此过,程中气体对外所做的功.重力加速度大小为 g.,图 13-3-4,解：开始时活塞位于 a 处，加热后，气缸中的气体先经历等容过程，直至活塞开始运动.设此时气缸中气体的温度为 T1，压强为 p1，根据查理定律有,此后，气缸中的气体经历等压过程，直至活塞刚好到达 b处，设此时气缸中气体的温度为 T2；活塞位于 a 处和 b 处时气体的体积分别为 V1 和 V2.根据盖吕萨克定律有,式中V1SHV2S(Hh),联立式解得,从开始加热到活塞到达 b 处的过程中，气缸中的气体对外做的功为W(p0Smg)h.,