2021高考物理一轮复习第十二章热学第三节热力学定律与能量守恒定律学案新人教版

1、第三节热力学定律与能量守恒定律1改变物体内能的两种方式做功和热传递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功的和(2)表达式uqw(3)uqw的几种特殊情况若过程是绝热的，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若过程的初、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1一定质量的理想气体在某一过程中，外界对气体做功7.0104 j，气体内能减少1.3105 j，则此过程()a气体从外界吸收热量2.0105 jb气体向外界放出热量2.0105

2、jc气体从外界吸收热量6.0104 jd气体向外界放出热量6.0104 j答案：b1两种表述(1)克劳修斯表述(按热传导的方向性表述)：热量不能自发地从低温物体传到高温物体 .(2)开尔文表述(按机械能和内能转化过程的方向性表述)：不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不引起其他影响2热力学过程实例(1)高温物体低温物体(2)功热(3)气体体积v1气体体积v2(较大)(4)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减少4热力学第二定律的微观意义一切自发的过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行5第二类永动机不可能制成的原因违背了热力学第二定律2(

3、多选)下列现象中能够发生的是()a一杯热茶在打开杯盖后，茶会自动变得更热b蒸汽机把蒸汽的内能全部转化成机械能c桶中混浊的泥水在静置一段时间后，泥沙下沉，上面的水变清，泥、水自动分离d电冰箱通电后把箱内低温物体的热量传到箱外高温物体答案：cd1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，在转化或转移的过程中其总量保持不变2条件性能量守恒定律是自然界的普遍规律，某一种形式的能是否守恒是有条件的3第一类永动机是不可能制成的，它违背了能量守恒定律4能源的利用(1)存在能量耗散和品质下降(2)重视利用能源时对环境的影响(3)要开发新能源(如太

4、阳能、生物质能、风能、水能)3木箱静止于水平地面上，现在用一个80 n的水平推力推动木箱前进10 m，木箱受到地面的摩擦力为60 n，则转化为木箱与地面系统的内能u和转化为木箱的动能ek分别是(空气阻力不计)()au200 j，ek600 jbu600 j，ek200 jcu600 j，ek800 j du800 j，ek200 j解析：uffx6010 j600 j，ekfxu8010 j600 j200 j.答案：b考点一 热力学第一定律的理解和应用1.改变内能的两种方式的比较方式名称比较项目做功热传递区别内能变化情况外界对物体做功，物体的内能增加；物体对外界做功，物体的内能减少物体吸收热

5、量，内能增加；物体放出热量，内能减少从运动形式上看做功是宏观的机械运动向物体的微观分子热运动的转化热传递则是通过分子之间的相互作用，使同一物体的不同部分或不同物体间的分子热运动发生变化，是内能的转移区别从能量的角度看做功是其他形式的能与内能相互转化的过程不同物体间或同一物体不同部分之间内能的转移能的性质变化情况能的性质发生了变化能的性质不变相互联系做一定量的功或传递一定量的热量在改变内能的效果上是相同的2.温度、内能、热量、功的比较项目含义特点温度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，温度没有意义状态量内能(热能)物体内所有分子动能和势能

6、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热量热传递过程中内能的改变量热量用来量度热传递过程中内能转移的多少过程量功做功过程是机械能或其他形式的能和内能之间的转化过程(多选)(2017全国卷)如图，用隔板将一绝热汽缸分成两部分，隔板左侧充有理想气体，隔板右侧与绝热活塞之间是真空现将隔板抽开，气体会自发扩散至整个汽缸待气体达到稳定后，缓慢推压活塞，将气体压回到原来的体积假设整个系统不漏气下列说法正确的是()a气体自发扩散前后内能相同b气体在被压缩的过程中内能增大c在自发扩散过程中，气体对外界做功d气体在被压缩的过程中，外界对气体做功e气体在被压缩的过程中，气体分子的平均动能不变思维点

7、拨要知道气体在向真空膨胀时不对外做功；绝热状态时q0；理想气体的内能只与温度有关解析：由于隔板右侧是真空，隔板抽开后，气体自发扩散至整个汽缸，并不做功也没有热量交换，所以自发扩散前后内能相同，故选项a正确，选项c错误；气体被压缩过程中，外界对气体做功，没有热量交换，根据uwq，气体的内能增大，故选项b、d正确；气体被压缩过程中，温度升高，分子平均动能增大，故选项e错误答案：abd应用热力学第一定律的三点注意1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为正气体向真空中自由膨胀，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

8、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点二 热力学第二定律1.热力学第二定律的涵义(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、做功等在产生其他影响的条件下内能可以全部转化为机械能，如气体的等温膨胀过程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的宏观过程的方向性，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3热力学第一、第二定律的比较定律名称比较项目热力学第

9、一定律热力学第二定律定律揭示的问题它从能量守恒的角度揭示了功、热量和内能改变量三者的定量关系它指出自然界中出现的过程是有方向性的机械能和内能的转化当摩擦力做功时，机械能可以全部转化为内能内能不可能在不引起其他变化的情况下完全变成机械能热量的传递热量可以从高温物体自发传向低温物体说明热量不能自发地从低温物体传向高温物体表述形式只有一种表述形式 有多种表述形式两定律的关系在热力学中，两者既相互独立，又互为补充，共同构成了热力学知识的理论基础4.两类永动机的比较分类第一类永动机第二类永动机设计要求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，使之完全变成功，而不产生其他影响的机器

10、不可能制成的原因违背能量守恒定律不违背能量守恒，违背热力学第二定律(多选)(2019青海西宁一模)关于热力学定律，下列说法正确的是()a量子技术可以使物体的最低温度达到绝对零度b系统的内能增量可能小于系统从外界吸收的热量c热量不可能自发地从低温物体传到高温物体d可以从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响e一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大方向进行思维点拨根据热力学零定律可知：绝对零度无法达到，做功和热传递都能改变内能；物体内能的增量等于外界对物体做的功和物体吸收热量的和，即uqw.解析：绝对零度无法达到，故a错误；做功和热传递都能改变内能；物体内能的增量等于外界对物体做的

11、功和物体吸收热量的和，故b正确；根据热力学第二定律，热量不可能自发地从低温物体传到高温物体，故c正确；热力学第二定律可表述为不可能从单一热源吸取热量，使之完全变为有用功而不产生其他影响，故d错误；热力学第二定律可表述为一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大方向进行，故e正确答案：bce考点三 气体实验定律与热力学定律的综合应气体实验定律与热力学定律综合应用的分析思路如图所示，一圆柱形绝热容器竖直放置，通过绝热活塞封闭着摄氏温度为t1的理想气体，活塞的质量为m，横截面积为s，与容器底部相距h1，现通过电热丝给气体加热一段时间，使气体摄氏温度上升到t2，若这段时间内气体吸收的热量为q，已知大气

12、压强为p0，重力加速度为g.(1)求气体的压强；(2)这段时间内活塞上升的距离是多少？(3)这段时间内气体的内能如何变化，变化了多少？思维点拨(1)封闭气体发生什么变化？可利用什么定律求解？(2)利用公式wfl求功，对f要求是什么？解析：(1)分析活塞的受力情况如图所示，根据平衡条件有mgp0sps，解得pp0.(2)设温度为t2时活塞与容器底部相距h2，因为气体做等压变化，由盖吕萨克定律，得，解得h2，故活塞上升了hh2h1.(3)气体对外做功为wpshs(p0smg)，由热力学第一定律可知减少的内能为e内qwq(p0smg).答案：(1)p0(2)(3)内能减少，减少了q(p0smg)气体

13、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(1)粗细均匀的u形管一侧的液面下降h，两侧液面的高度差为2h.(2)注意挖掘题目的隐含条件，如“缓慢移(转)动”，隐含着该过程是等温变化2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3结合热力学第一定律uwq求解问题1.(多选)关于热力学定律，下列说法正确的是()a气体吸热后温度一定升高b对气体做功可以改变其内能c理想气体等压膨胀过程一定放热d热量不可能自发地从低温物体传到高温物体e如果两个系统分别与状态确定的第三个系统达到热平衡，那么这两个系统彼此之间也

14、必定达到热平衡解析：气体内能的改变uqw，故对气体做功可改变气体的内能，选项b正确；气体吸热为q，但不确定外界做功w的情况，故不能确定气体温度的变化，选项a错误；理想气体等压膨胀，w0，由uqw，知q0，气体一定吸热，选项c错误；由热力学第二定律，选项d正确；根据热平衡性质，选项e正确答案：bde2.如图所示，在ab和da的过程中，气体放出的热量分别为4 j和20 j在bc和cd的过程中，气体吸收的热量分别为20 j和12 j求气体完成一次循环对外界所做的功解析：完成一次循环气体内能不变，u0，吸收的热量q(2012420)j8 j，由热力学第一定律uqw，得w8 j，气体对外做功为8 j.答

15、案：8 j3(2019江苏崇川区期中)如图所示，一定质量的理想气体从状态a经等温过程到状态b.此过程中，气体温度t20 ，吸收的热量q3.6102 j，已知a状态的体积是1升(1)求此过程中气体内能的增量；(2)此过程中气体是对外做功还是外界对气体做功，做的功是多少？(3)若气体先从状态a经等压变化到状态c，再经等容变化到状态b，则这个过程气体吸收的热量是多少？解析：(1)由题，a、b两个状态温度相等，理想气体的内能相同所以此过程中气体内能的增量为0.(2)根据热力学第一定律：uwq，所以wuq03.6102 j3.6102 j，负号表示气体对外界做功(3)由题图可知，a到c过程是等压变化，体

16、积增大，气体对外界做功；cb气体发生等容变化，气体不做功由题图可知：pa3105 pa，va1 l；pb1105 pa，根据玻意耳定律pavapbvb，代入数据可得：vb3 l.c状态的体积与b状态的体积是相等的，所以c状态的体积也等于3升；从a到c气体体积增大：v3 l1 l2 l2103 m3.从a到c的过程中，气体对外做功：wacpav31052103600 j，所以从a经过c到b的过程中气体对外做的功wab也等于600 j，根据热力学第一定律：uwq，所以qwab600 j.答案：(1)0(2)360 j(3)600 j 4.如图所示为电冰箱的工作原理示意图压缩机工作时，强迫制冷剂在冰

17、箱内外的管道中不断循环在蒸发器中制冷剂汽化吸收箱体内的热量，经过冷凝器时制冷剂液化，放出热量到箱体外(1)(多选)下列说法正确的是 ()a热量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(2)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？解析：(1)热力学第一定律是热现象中内能与其他形式能的转化规律，是能量守恒定律的具体表现，适用于所有的热学过程，故c项正确，d项错误；由热力学第二定律可知，热量不能自发地从低温物体传到高温物体，除非有外界的影

18、响或帮助，电冰箱把热量从低温的内部传到高温的外部，需要压缩机的帮助并消耗电能，故a项错误，b项正确(2)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答案：(1)bc(2)见解析5.如图甲所示，横截面积为s，质量为m的活塞在汽缸内封闭着一定质量的理想气体，现对缸内气体缓慢加热，使其温度从t1升高了t，气柱的高度增加了l，吸收的热量为q.不计汽缸与活塞的摩擦，外界大气压强为p0，重力加速度为g.(1)此加热过程中气体内能增加了多少？(2)若保持缸内气体温度不变，再在活塞上放一砝码，如图乙所示，使缸内气体的体积又恢复到初始状态，则所放砝码的质量为多少？解析：(1)设缸内气体的温度为t1时压强为p1，活塞受重力、大气压力和缸内气体的压力作用而平衡，则有mgp0sp1s，气体膨胀对外界做功为wp1sl