2020版高考物理总复习第十三章第2节热力学定律能量守恒定律教学案新人教版.docx

第2节热力学定律能量守恒定律【p222】夯实基础1内能(1)定义：物体内所有分子的动能和势能的总和叫做物体的内能(2)物体内能的变化改变内能的两种方式a做功：当做功使物体的内能发生改变的时候，外界对物体做了多少功，物体内能就_增加_多少；物体对外界做了多少功，物体内能就_减少_多少b热传递：当热传递使物体的内能发生改变的时候，物体吸收了多少热量，物体内能就_增加_多少；物体放出了多少热量，物体内能就_减少_多少两种改变方式间的关系a两者在_改变物体的内能_上是等效的b两者的本质区别：做功是其他形式的能和物体内能的相互_转化_，热传递是物体间内能的_转移_2热力学第一定律(1)内容：一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和(2)公式：U_WQ_3能量守恒定律内容：能量既不会凭空_产生_，也不会凭空_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，在能的转化或转移过程中其_总量_ 不变考点突破例1如图容器A、B各有一个可以自由移动的轻活塞，活塞下面是水，上面是大气，大气压恒定A、B底部由带有阀门K的管道相连，整个装置与外界绝热，原先，A中水面比B中的高打开阀门，使A中的水逐渐向B中流，最后达到平衡在这个过程中()A大气压力对水做功，水的内能增加B重力对水做功，水的内能减少C大气压力对水不做功，水的内能不变D大气压力对水不做功，水的内能增加【解析】分析大气压力对水是否做功：打开阀门K后，根据连通器原理，最后A、B两管中的水面将相平，如下图所示，即A中水面下降，B中水面上升；设A管截面积为S1，水面下降距离为h1，B管截面积为S2，水面上升距离为h2，由于水的总体积保持不变，则有S1h1S2h2，A管中大气压力对水做的功：W1p0S1h1，B管中大气压力对水做的功：W2p0S2h2，大气压力对水做的总功：WW1W2p0S1h1p0S2h20；即大气压力对水不做功；分析水的内能是否改变：打开阀门K后，A中的水逐渐向B中流，即A中水的重力做正功，B中水的重力做负功，但从最后的效果看，是A管中高度为h1的水移至较低的B管中高度为h2的地方，如图所示，所以在这个过程中水的重力做正功；同时，整个装置是绝热的，根据热力学第一定律UQW，式中Q0，W为正值，所以U为正值，即水的内能增加，故D正确，A、B、C错误；故选D.【答案】D【小结】1.热力学第一定律中的符号规定及意义物理量意义符号WQU外界对物体做功物体吸收热量内能增加物体对外界做功物体放出热量内能减小2.温度、内能、热量、功之间的区别概念温度内能热量功含义表示物体的冷热程度，是物体分子平均动能大小的标志，它是大量分子热运动的集体表现，对个别分子来说没有意义物体内所有分子动能和势能的总和，它是由大量分子的热运动和分子的相对位置所决定的能是热传递过程中内能的改变量，热量用来度量热传递过程中内能转移的多少做功过程是机械能和其他形式的能(包括内能)之间的转化关系温度和内能是状态量，热量和功则是过程量热传递的前提条件是存在温差，传递的是热量而不是温度，实质上是内能的转移针对训练1在标准大气压p1.0105 Pa下，水在沸腾时，1 g 水由液态变成同温度的气态，其体积由1 cm3变为1 701 cm3.已知水的汽化热为L2 264 J/g.则体积膨胀时气体对外做的功为_170_J_；气体吸收的热量为_2_264_J_【解析】体积膨胀时气体对外做的功为WpV1.0105(1 7011)106 J170 J气体吸收的热量为QmL12 264 J2 264 J.2(多选)某汽车后备箱内安装有撑起箱盖的装置，它主要由汽缸和活塞组成开箱时，密闭于汽缸内的压缩气体膨胀，将箱盖顶起，如图所示在此过程中，若缸内气体与外界无热交换，忽略气体分子间相互作用，则缸内气体(AD)A对外做正功B对外做负功C分子平均动能增大D分子的平均动能减小【解析】密闭于气缸内的气体膨胀对外做正功，即外界对气体做负功，因而W0，缸内气体与外界无热交换说明Q0，根据热力学第一定律UWQ，可知内能增加量U0，故内能减小，分子平均动能减小，温度降低，故A、D正确，B、C错误；故选AD.3下列关于能量守恒定律的认识，不正确的是(D)A某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加B某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加C对物体做功，物体的内能可能减小D石子从空中落下，最后停止在地面上，说明机械能消失了【解析】根据能量守恒定律得知，某种形式的能减少，其他形式的能一定增加，故A正确；某个物体的总能量减少，根据能量守恒定律得知，必然有其他物体的能量增加，故B正确；对物体做功，但若物体同时向外界放热，物体的内能可能减小，故C正确；石子在运动和碰撞中机械能转化为了物体及周围物体的内能，能量并没有消失；故D错误【p223】夯实基础1热力学第二定律(1)热力学第二定律的两种表述表述一(按照热传导的方向性来表述)：热量不可能自发地从_低温_ 物体传到_高温_ 物体表述二(按照机械能与内能转化过程的方向性来表述)：不可能从单一热源吸收热量，全部对外做功，而不产生_其他影响_它也可以表述为：第二类永动机是_不可能_制成的这两种表述是等效的，即可以从一种表述导出另一种表述(2)热力学第一定律和热力学第二定律的关系热力学第一定律是和热现象有关的物理过程中能量守恒的特殊表达形式，而第二定律指出了能量转化与守恒能否实现的条件和过程的方向，指出了一切变化过程的自然发展是不可逆的，除非靠外界影响，所以二者既相互联系又相互补充(3)两类永动机的比较第一类永动机第二类永动机不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功的机器从单一热源吸收热量，全部对外做功，而不产生其他影响的机器违背能量守恒，不可能制成不违背能量守恒，违背热力学第二定律，不可能制成2.热力学第三定律不可能把一个物体冷却到_绝对零度_ (_绝对零度_ 不可能达到)考点突破例2关于热力学第二定律，下列说法正确的是()A空调既能制热又能制冷，说明热传递不存在方向性B“第二类永动机”不可能制成是因为它违反了能量守恒定律C自然发生的热传递过程是向着分子热运动无序性增大的方向进行的D自然界进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，是不可逆的【解析】空调既能制热又能制冷，是消耗了电能，不是自发进行的，故A错误“第二类永动机”不可能制成是因为它违反了热力学第二定律，不违反能量守恒定律，选项B错误；根据熵原理，自然发生的热传递过程是向着分子热运动无序性增大的方向进行的，选项C正确；根据热力学第二定律，自然界进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，是不可逆的，选项D正确；故选CD.【答案】CD【小结】对热力学第二定律的理解(1)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：“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；“不产生其他影响”的涵义是发生的热力学宏观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：热力学第二定律的每一种表述，都揭示了大量分子参与宏观过程的方向性，进而使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性高温物体低温物体功热气体体积V1气体体积V2(较大)不同气体A和B混合气体AB.针对训练4(多选)下列有关热学的说法中正确的是(BDE)A气体放出热量，其分子的平均动能一定减小B气体温度升高，分子的平均动能一定增大C随着科技的进步，物体的温度可以降低到300 D热量可以从低温物体传递到高温物体E不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器永动机不可能制成【解析】气体放出热量的同时若外界对物体做功，物体的内能可能增大，则其分子的平均动能可能增大，A错误；温度是分子的平均动能的标志，物体温度升高，分子的平均动能一定增大，B正确；273.15 是一切低温的极限，故C错误；不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器永动机，违反了能量的转化和守恒定律，不可能制成，E正确考 点 集 训【p351】A组1(多选)关于内能，下列说法正确的是(AB)A气体被压缩时，内能可能不变B一定量的某种理想气体的内能只与温度有关C内能是物体的动能和势能的总和D质量和温度都相同的气体，内能一定相同【解析】气体被压缩，外界对气体做功，如果气体对外界放热，内能可能不变，A正确；理想气体的分子势能为零，所以一定量的某种理想气体的内能只与温度有关，B正确；内能是分子的动能与分子势能之和，C错误；气体的内能由物质的量、温度决定，质量和温度都相同的气体，内能可能不同，D错误2如图所示，有两个完全相同的铜球A和B，其中A球放在不导热的水平面上，B球用不导热细线挂起来，现供给两球相同的热量，它们的温度分别升高了(B)AtAtB BtAtBCtAtB DtA、tB无法比较【解析】两球受热后体积都要增大，A球因为放在不导热的水平面上，受热膨胀后，重心升高，重力做负功，根据能量守恒定律可得，A球吸收的热量一部分转化为自身的内能，使温度升高，另一部分需克服重力做功，使重力势能增加；对B球，同样要受热膨胀，膨胀时重心下降，重力做正功，同样由能量守恒定律可得，B球吸收的热量和重力做的功都要转化成自身的内能，从而使温度升高由以上分析可知，B球增加的内能比A球增加的多，B球的温度升高得多，所以tAtB.故B项正确，A、C、D三项错误3关于能源的利用中，下列说法不正确的是(A)A自然界的能量守恒，所以不需要节约能源B煤炭和石油产品燃烧会造成空气污染和温室效应C能量耗散表明能源的利用是有条件的，也是有代价的D一座城市的能量耗散使其环境温度略高于周围农村的温度【解析】能源不是能量，自然界的能量是守恒的，但是能源是有限的，故需要节约能源，A错误；根据能源消耗后是否造成环境污染可分为污染型能源和清洁型能源，污染型能源包括煤炭、石油等，燃烧后产生的大量含硫化合物和二氧化碳，会造成空气污染和温室效应，B正确；能量耗散表明能源的利用是有条件的，也是有代价的，C正确；能量耗散使除内能外的其他能转化为内能，故一座城市的能量耗散使其环境温度略高于周围农村的环境温度，D正确4关于两类永动机和热力学的两个定律，下列说法正确的是(D)A第二类永动机不可能制成是因为违反了热力学第一定律B第一类永动机不可能制成是因为违反了热力学第二定律C由热力学第一定律可知做功不一定改变内能，热传递也不一定改变内能，但同时做功和热传递一定会改变内能D由热力学第二定律可知热量从低温物体传向高温物体是可能的，从单一热源吸收热量，完全变成功也是可能的【解析】第二类永动机不违反能量守恒定律，违反了热力学第二定律，A错误；第一类永动机不可能制成是因为违反了热力学第一定律，B错误；改变内能的方式有做功和热传递，二者在内能的改变上是一样的，若对外做功的同时吸收热量，内能可能不变，C错误；由热力学第二定律可知热量从低温物体传向高温物体是可能的，从单一热源吸收热量，完全变成功也是可能的，但要产生其他影响，D正确5下列关于熵的有关说法错误的是(C)A熵是系统内分子运动无序性的量度B在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小C热力学第二定律也叫做熵减小原理D熵值越大，代表系统内分子运动越无序【解析】熵是系统内分子运动无序性的量度，在一个孤立的系统中，熵越大，系统的无序度越大，故A正确；根据热力学第二定律，在自然过程中熵是不会减小的，故B正确；热力学第二定律也叫熵增原理，故C错误；在一个孤立的系统中，熵越大，系统的无序度越大，故D正确；此题选择错误的选项，故选C.6如图所示，在上端有活塞的厚玻璃管底部，放一小块硝化棉，用手很快地向下压缩，管内的硝化棉会燃烧在下压过程中，厚玻璃管中气体的体积减小，压强_变大_，温度_升高_【解析】压缩玻璃筒内的空气，气体的压强变大，机械能转化为筒内空气的内能，空气的内能增加，温度升高，当达到棉花的燃点后，棉花会燃烧7有下列四个物理过程：(1)铁丝在酒精灯火焰上灼烧变热；(2)铁丝来回弯曲会变热；(3)陨石进入大气层后会逐渐变成火红球体；(4)陨石落到地球上后逐渐变冷其中属于通过做功来改变物体内能的有_(2)和(3)_，通过热传递来改变物体内能的有_(1)和(4)_【解析】做功用来描述一个过程能量从一种形式转化成另一种形式，热传递是描述一个过程能量转移了多少，没有发生能量类型的变化；所以(2)和(3)是做功改变内能，(1)和(4)是高温物体向低温物体转移内能的过程8如图所示，气缸内封闭一定质量的某种理想气体，活塞通过滑轮和一重物连接并保持平衡，已知活塞距缸口0.2 m，活塞面积10 cm2，大气压强1.0105 Pa，物重50 N，活塞质量及一切摩擦不计，缓慢升高环境温度，使活塞刚好升到缸口，封闭气体吸收了60 J的热量，则封闭气体的压强将_不变_(填“增加”“减小”或“不变”)，气体内能变化量为_50_ J.【解析】气缸内气体压强等于大气压与活塞对气体产生的压强之差，大气压不变，活塞产生的压强不变，则气体压强不变；活塞向上移动时，气体对外做功W(p0Smg)h50 N0.2 m10 J；气体吸收的热量Q60 J，由热力学第一定律可知，气体内能的变化量UQW60 J10 J50 J.B组9温室效应严重威胁着人类生态环境的安全，为了减少温室效应造成的负面影响，有的科学家受到了啤酒在较高压强下能够溶解大量的二氧化碳的启发，设想了一个办法：可以用压缩机将二氧化碳送入深海海底，永久储存起来在海底深处，压强很大，温度很低，海底深水肯定能够溶解大量的二氧化碳，这样就为温室气