【志鸿优化设计】（重庆专用）高考物理第一轮复习 （梳理自测+理解深化+巩固提升）第十三章热学第三节热力学定律与能量守恒教学案.doc

第三节热力学定律与能量守恒一、改变物体的内能有两种方式和_。二、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_与外界对它所做功的和。2表达式u_3uqw的几种特殊情况(1)若过程是绝热的，则q0，wu，_等于物体内能的增加。(2)若过程中不做功，即w0，则qu，_等于物体内能的增加。(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_。三、热力学第二定律1两种表述(1)克劳修斯表述(按热传导的方向性表述)：不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起_。(2)开尔文表述(按机械能和内能转化过程的方向性表述)：不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不_。2热力学过程方向性实例高温物体低温物体；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。3熵增加原理在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会_。四、能量守恒定律1内容能量既不会凭空_，也不会凭空_，它只能从一种形式_为另一种形式，或者从一个物体_到另一个物体，在转化或转移的过程中其总量_。2两类永动机的比较第一类永动机第二类永动机不消耗能量，却可以源源不断地对外做功从单一热源吸热，全部用来对外做功而不引起其他变化违背能量守恒定律不违背能量守恒定律，但违背热力学第二定律3.能源的利用(1)存在能量耗散和_。(2)重视利用能源时对_的影响。(3)要开发新能源(如_、生物质能、风能、水流能等)。1对于一定质量的气体( )a吸热时其内能一定升高b吸热时其内能一定不变c不吸热也不放热时其内能可以减小d不吸热也不放热时其内能一定不变2下列说法中正确的是( )a一切涉及热现象的微观过程都具有方向性b一切不违反能量转化和守恒定律的物理过程都是可能实现的c由热力学第二定律可以判断物理过程能否自发进行d一切物理过程都不可能自发地进行3易错辨析：(1)绝热过程就是等温过程。(2)热量不能从低温物体传递到高温物体。一、对热力学第一定律的理解自主探究1一定质量的气体，在从一个状态变化到另一个状态的过程中，吸收热量280 j，并对外做功120 j。试问：(1)这些气体的内能发生了怎样的变化？(2)如果这些气体又返回原来的状态，并放出了240 j热量，那么在返回的过程中是气体对外界做功，还是外界对气体做功？做功多少？思考1：uqw中的正、负号法则？思考2：温度、内能、热量、功的比较？二、对热力学第二定律的理解自主探究2下列说法不正确的是( )a热量不可以自发地从冰箱内传到冰箱外b电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，是因为其消耗了电能c电冰箱的工作原理不违反热力学第一定律d电冰箱的工作原理违反热力学第一定律思考1：电冰箱的制冷系统从冰箱内吸收的热量与释放到外界的热量相比，有怎样的关系？思考2：“自发地”“不产生其他影响”的含义是什么？命题研究一、热力学定律的应用【题例1】 如图为某种椅子与其升降部分的结构示意图，m、n两筒间密闭了一定质量的气体，m可沿n的内壁上下滑动，设筒内气体不与外界发生热交换，在m向下滑动的过程中( )a外界对气体做功，气体内能增大b外界对气体做功，气体内能减小c气体对外界做功，气体内能增大d气体对外界做功，气体内能减小解题要点：规律总结判定物体内能变化的方法(1)当做功和热传递两种过程同时发生时，内能的变化就要用热力学第一定律进行综合分析。(2)做功情况看气体的体积：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。(3)与外界绝热，则不发生热传递，此时q0。(4)如果研究对象是理想气体，则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。命题研究二、气体实验定律与热力学第一定律【题例2】 (2012浙江自选模块)一定质量的理想气体，状态从abcda的变化过程可用如图所示的pv图描述，图中p1、p2、v1、v2和v3为已知量。(1)气体状态从a到b是_过程(填“等容”“等压”或“等温”)；(2)状态从b到c的变化过程中，气体的温度_(填“升高”“不变”或“降低”)；(3)状态从c到d的变化过程中，气体_(填“吸热”或“放热”)；(4)状态从abcd的变化过程中，气体对外界所做的总功为_。解题要点：规律总结气体实验定律与热力学定律的综合问题的处理方法(1)气体实验定律研究对象是一定质量的理想气体。(2)解决具体问题时，分清气体的变化过程是求解问题的关键，根据不同的变化，找出与之相关的气体状态参量，利用相关规律解决。(3)对理想气体，只要体积变化外界对气体(或气体对外界)要做功wpv；只要温度发生变化，其内能要发生变化。(4)结合热力学第一定律uwq求解问题。1一定质量的气体在某一过程中，外界对气体做了8104 j的功，气体的内能减少了1.2105 j，则下列各式中正确的是( )aw6104 j，u1.2105 j，q4104 jbw8104 j，u1.2105 j，q2105 jcw8104 j，u1.2105 j，q2104 jdw8104 j，u1.2105 j，q4104 j2一个气泡从恒温水槽的底部缓慢向上浮起，(若不计气泡内空气分子势能的变化)则( )a气泡对外做功，内能不变，同时放热b气泡对外做功，内能不变，同时吸热c气泡内能减少，同时放热d气泡内能不变，不吸热也不放热3如图所示，一向右开口的气缸放置在水平地面上，活塞可无摩擦移动且不漏气，气缸中间位置有小挡板。初始时，外界大气压为p0，活塞紧压小挡板处，现缓慢升高缸内气体温度，则如下图所示的pt图象能正确反映缸内气体压强变化情况的是( )4(1)气体膨胀对外做100 j的功，同时从外界吸收120 j的热量，则这个过程气体的内能_(选填“增加”或“减少”)_j。在任何自然过程中，一个孤立系统的熵是_(选填“增加”“减小”或“不变”)的。(2)如图所示，一定质量的理想气体，由状态a沿直线ab变化到状态b。在此过程中，气体分子平均速率的变化情况是_。(3)密闭容器内充满100 的水的饱和汽。此时容器内压强为1标准大气压，若保持温度不变，使其体积变为原来的一半，此时容器内水蒸气的压强等于_标准大气压。参考答案基础梳理自测知识梳理一、做功热传递二、1.热量2qw3(1)外界对物体做的功(2)物体吸收的热量(3)物体放出的热量三、1.(1)其他变化(2)引起其他变化3减少四、1.产生消失转化转移保持不变3(1)品质下降(2)环境(3)太阳能基础自测1c解析：内能的改变既可以通过做功来实现，又可以通过热传递来完成，还可以做功和热传递同时进行，由此分析知a、c是可能的，b、d是不绝对的，故选项a、c正确。2c解析：热力学第二定律指出了热现象的方向性，这也就说明了这些过程中的一些逆过程在某些条件下也是可以发生的，但也有的是不可能发生的，选项a、c正确。3答案：(1)错误。绝热过程是系统与外界无热量交换，但不排除做功使系统温度改变。(2)错误。热量不能“自发地”由低温物体传递到高温物体。核心理解深化【自主探究1】 答案：(1)增加了160 j(2)外界对气体做功80 j解析：(1)由热力学第一定律知：uwq120 j280 j160 j，内能增加了160 j。(2)由于气体的内能仅与状态有关，所以气体从状态回到状态的过程中内能的变化应等于从状态到状态过程中内能的变化，则从状态到状态的内能应减少160 j，即u160 j，又q240 j根据热力学第一定律得uwq所以wuq160 j(240 j)80 j即外界对气体做功80 j提示：1.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少2.(1)温度、内能、热量和功是热学中相互关联的四个物理量。当物体的内能改变时，温度不一定改变。只有当通过热传递改变物体内能时才会有热量传递，但能的形式没有发生变化。(2)热量是热传递过程中的特征物理量，离开过程谈热量毫无意义。就某一状态而言，只有“内能”，根本不存在“热量”和“功”，因此不能说一个系统中含有“多少热量”或“多少功”。(3)物体的内能大并不意味着物体一定会对外做功或向外传递热量，或者做的功多，传递的热量多。只有物体内能的变化大时，过程中做的功或传递的热量才会多。【自主探究2】 d提示：1.由热力学第一定律可知，电冰箱制冷系统从冰箱内吸收了热量，同时消耗了电能，释放到外界的热量比从冰箱内吸收的热量多。2(1)“自发地”指明了热传递等热力学宏观过程的方向性，不需要借助外界提供能量的帮助。(2)“不产生其他影响”的含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。考向探究突破【题例1】 a解析：m筒向下滑动的过程中压缩气体，对气体做功，又由于气体不与外界发生热交换，根据热力学第一定律可知气体的内能增加，选项a正确。【题例2】 答案：(1)等压(2)降低(3)放热(4)p2(v3v1)p1(v3v2)解析：(1)由pv图象可以看出，从a到b是等压变化。(2)从b到c状态，气体体积不变，压强减小，由定值可知，气体温度降低。(3)从c到d状态，气体压强不变，体积减小，由定值可知，气体温度降低，内能减少，u0，由热力学第一定律uwq可知，q0，放热。(4)从ab，气体体积增大，气体对外界做功w1p2(v3v1)；从bc，气体体积不变，w20；从cd，气体体积减小，外界对气体做功或气体对外界做负功，即w3p1(v3v2)；故从abcd的变化过程中，气体对外界做总功ww1w2w3p2(v3v1)p1(v3v2)。演练巩固提升1b解析：因为外界对气体做功，w取正值，即w8104 j；内能减少，u取负值，即u1.2105 j；根据热力学第一定律uwq，可知quw1.2105 j8104 j2105 j，即选项b正确。2b解析：在气泡缓慢上升的过程中，气泡外部的压强逐渐减小，气泡膨胀，对外做功，故气泡中空气分子的内能减小，温度降低。但由于外部恒温，且气泡缓慢上升，故可以认为上升过程中气泡内空气的温度始终等于外界温度，内能不变，故需从外界吸收热量，且吸收的热量等于气泡内空气对外界所做的功，选项b正确。3b解析：初始时刻，活塞紧压小挡板，说明气缸中的气体压强小于外界大气压强；在缓慢升高气缸内气体温度时，气体先做等容变化，温度升高，压强增大