高考物理复习第十三章热学第3讲热力学定律与能量守恒定律市赛课公开课一等奖省名师获奖课件

第十三章热学第3讲热力学定律与能量守恒定律1/68过好双基关2/68一、热力学第一定律1.改变物体内能两种方式(1)

；(2)热传递.2.热力学第一定律(1)内容：一个热力学系统内能增量等于外界向它传递

与外界对它所做功和.(2)表示式：ΔU＝

.做功热量Q＋W3/68(3)ΔU＝

中正、负号法则：Q＋W物理量意义符号WQΔU＋外界对物体做功物体

热量内能____－物体对外界做功物体

热量内能____吸收放出增加降低4/68答案自测1一定质量理想气体在某一过程中，外界对气体做功7.0×104J，气体内能降低1.3×105J，则此过程A.气体从外界吸收热量2.0×105JB.气体向外界放出热量2.0×105JC.气体从外界吸收热量6.0×104JD.气体向外界放出热量6.0×104J√5/68二、热力学第二定律1.热力学第二定律两种表述(1)克劳修斯表述：热量不能

从低温物体传到高温物体.(2)开尔文表述：不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其它影响.或表述为“

永动机是不可能制成.”2.用熵概念表示热力学第二定律在任何自然过程中，一个孤立系统总熵不会

.自发地第二类减小6/683.热力学第二定律微观意义一切自发过程总是沿着分子热运动

增大方向进行.4.第二类永动机不可能制成原因是违反了

.无序性热力学第二定律7/68答案自测2教材P61第2题改编(多项选择)以下现象中能够发生是A.一杯热茶在打开杯盖后，茶会自动变得更热B.蒸汽机把蒸汽内能全部转化成机械能C.桶中混浊泥水在静置一段时间后，泥沙下沉，上面水变清，泥、

水自动分离D.电冰箱通电后把箱内低温物体热量传到箱外高温物体√√8/68三、能量守恒定律1.内容能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一个形式转化为另一个形式，或者是从一个物体

到别物体，在转化或

过程中，能量总量保持不变.2.条件性能量守恒定律是自然界普遍规律，某一个形式能是否守恒是有条件.3.第一类永动机是不可能制成，它违反了

.转移转移能量守恒定律9/68答案自测3木箱静止于水平地面上，现在用一个80N水平推力推进木箱前进10m，木箱受到地面摩擦力为60N，则转化为木箱与地面系统内能U和转化为木箱动能Ek分别是(空气阻力不计)A.U＝200J，Ek＝600J B.U＝600J，Ek＝200JC.U＝600J，Ek＝800J D.U＝800J，Ek＝200J√解析U＝Ffx＝60×10J＝600JEk＝F·x－U＝80×10J－600J＝200J解析10/68研透命题点11/68

命题点一热力学第一定律了解和应用基础考点自主悟透1.热力学第一定律了解(1)内能改变都要用热力学第一定律进行综合分析.(2)做功情况看气体体积：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Q＝0.(4)假如研究对象是理想气体，则因为理想气体没有分子势能，所以当它内能改变时，主要表达在分子动能改变上，从宏观上看就是温度发生了改变.12/682.三种特殊情况(1)若过程是绝热，则Q＝0，W＝ΔU，外界对物体做功等于物体内能增加；(2)若过程中不做功，即W＝0，则Q＝ΔU，物体吸收热量等于物体内能增加；(3)若过程初、末状态物体内能不变，即ΔU＝0，则W＋Q＝0或W＝－Q，外界对物体做功等于物体放出热量.13/68例1

(多项选择)(·全国卷Ⅱ·33(1))如图1，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.待气体到达稳定后，迟缓推压活塞，将气体压回到原来体积.假设整个系统不漏气.以下说法正确是A.气体自发扩散前后内能相同B.气体在被压缩过程中内能增大C.在自发扩散过程中，气体对外界做功D.气体在被压缩过程中，外界对气体做功E.气体在被压缩过程中，气体分子平均动能不变答案解析图1√√√14/68解析因为汽缸、活塞都是绝热，隔板右侧是真空，所以理想气体在自发扩散过程中，既不吸热也不放热，也不对外界做功.依据热力学第一定律可知，气体自发扩散前后，内能不变，选项A正确，选项C错误；气体在被压缩过程中，外界对气体做功，气体内能增大，又因为一定质量理想气体内能只与温度相关，所以气体温度升高，分子平均动能增大，选项B、D正确，选项E错误.15/68变式1

(多项选择)(·全国卷Ⅲ·33(1))关于气体内能，以下说法正确是A.质量和温度都相同气体，内能一定相同B.气体温度不变，整体运动速度越大，其内能越大C.气体被压缩时，内能可能不变D.一定量某种理想气体内能只与温度相关E.一定量某种理想气体在等压膨胀过程中，内能一定增加答案解析√√√16/68解析质量和温度都相同气体，即使分子平均动能相同，不过不一样气体，其摩尔质量不一样，即分子个数不一样，所以分子总动能不一定相同，A错误；宏观运动和微观运动没相关系，所以宏观运动速度大，内能不一定大，B错误；依据

＝C可知，假如等温压缩，则内能不变；等压膨胀，温度增大，内能一定增大，C、E正确；理想气体分子势能为零，所以一定量某种理想气体内能只与分子平均动能相关，而分子平均动能和温度相关，D正确.17/68例2

(多项选择)(·全国卷Ⅲ·33(1))如图2，一定质量理想气体从状态a出发，经过等容过程ab抵达状态b，再经过等温过程bc抵达状态c，最终经等压过程ca回到状态a.以下说法正确是A.在过程ab中气体内能增加B.在过程ca中外界对气体做功C.在过程ab中气体对外界做功D.在过程bc中气体从外界吸收热量E.在过程ca中气体从外界吸收热量

命题点二热力学第一定律与图象综合应用基础考点自主悟透图2√√√答案解析18/68解析在过程ab中，体积不变，气体对外界不做功，压强增大，温度升高，内能增加，故选项A正确，C错误；在过程ca中，气体体积缩小，外界对气体做功，压强不变，温度降低，内能变小，气体向外界放出热量，故选项B正确，E错误；在过程bc中，温度不变，内能不变，体积增大，气体对外界做功，由热力学第一定律可知，气体要从外界吸收热量，故选项D正确.19/68变式2

(多项选择)(·全国卷Ⅱ·33(1))一定量理想气体从状态a开始，经历等温或等压过程ab、bc、cd、da回到原状态，其p-T图象如图3所表示，其中对角线ac延长线过原点O.以下判断正确是A.气体在a、c两状态体积相等B.气体在状态a时内能大于它在状态c时内能C.在过程cd中气体向外界放出热量大于外界对气体

做功D.在过程da中气体从外界吸收热量小于气体对外界做功E.在过程bc中外界对气体做功等于在过程da中气体对外界做功答案解析图3√√√20/68理想气体内能只由温度决定，而Ta>Tc，故气体在状态a时内能大于在状态c时内能，选项B正确；由热力学第一定律ΔU＝Q＋W知，cd过程温度不变，内能不变，则Q＝－W，选项C错误；da过程温度升高，即内能增大，则吸收热量大于对外界做功，选项D错误；21/6822/68基本思绪

命题点三热力学第一定律与气体试验定律综合应用能力考点师生共研23/68例3

(·河北冀州2月模拟)如图4甲所表示，横截面积为S，质量为M活塞在汽缸内封闭着一定质量理想气体，现对缸内气体迟缓加热，使其温度从T1升高了ΔT，气柱高度增加了ΔL，吸收热量为Q.不计汽缸与活塞摩擦，外界大气压强为p0，重力加速度为g.求：(1)此加热过程中气体内能增加了多少？图4答案Q－(p0S＋Mg)ΔL答案解析24/68解析设缸内气体温度为T1时压强为p1，活塞受重力、大气压力和缸内气体压力作用而平衡，则有Mg＋p0S＝p1S气体膨胀对外界做功为W＝p1SΔL依据热力学第一定律有Q－W＝ΔU联立可得ΔU＝Q－(p0S＋Mg)ΔL25/68(2)若保持缸内气体温度不变，再在活塞上放一砝码，如图乙所表示，使缸内气体体积又恢复到初始状态，则所放砝码质量为多少？答案解析解析设所放砝码质量为m，缸内气体温度为T2时压强为p2，活塞和砝码整体受重力、大气压力和缸内气体压力作用而平衡，则有(M＋m)g＋p0S＝p2S26/68变式3

(·广东华南三校联考)如图5所表示，汽缸内封闭一定质量某种理想气体，活塞经过滑轮和一重物连接并保持平衡，已知活塞距缸口h＝50cm，活塞面积S＝10cm2，封闭气体体积为V1＝1500cm3，温度为0℃，大气压强p0＝1.0×105Pa，重物重力G＝50N，活塞重力及一切摩擦不计.迟缓升高环境温度，封闭气体吸收了Q＝60J热量，使活塞刚好升到缸口.整个过程重物未触地，求：(1)活塞刚好升到缸口时，气体温度是多少？答案解析图5答案364K27/68解析封闭气体初态：V1＝1500cm3，T1＝273K末态：V2＝1500cm3＋50×10cm3＝2000cm3迟缓升高环境温度，封闭气体做等压改变解得T2＝364K28/68(2)汽缸内气体对外界做多少功？答案解析答案25J解析设封闭气体做等压改变时压强为p对活塞：p0S＝pS＋G汽缸内气体对外界做功W＝pSh解得W＝25J29/68(3)气体内能改变量为多少？答案解析答案35J解析由热力学第一定律得，汽缸内气体内能改变量ΔU＝Q－W得ΔU＝35J故汽缸内气体内能增加了35J30/681.热力学第二定律涵义(1)“自发地”指明了热传递等热力学宏观现象方向性，不需要借助外界提供能量帮助.(2)“不产生其它影响”涵义是发生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影响，如吸热、放热、做功等.在产生其它影响条件下内能能够全部转化为机械能，如气体等温膨胀过程.命题点四热力学第二定律基础考点自主悟透31/682.热力学第二定律实质热力学第二定律每一个表述，都揭示了大量分子参加宏观过程方向性，进而使人们认识到自然界中进行包括热现象宏观过程都含有方向性.32/683.热力学过程方向性实例33/684.两类永动机比较

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，却能不停地对外做功机器从单一热源吸收热量，使之完全变成功，而不产生其它影响机器不可能制成原因违反能量守恒定律不违反能量守恒定律，违反热力学第二定律34/68例4如图6所表示为电冰箱工作原理示意图.压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外管道中不停循环.在蒸发器中制冷剂汽化吸收箱体内热量，经过冷凝器时制冷剂液化，放出热量到箱体外.图6答案解析(1)(多项选择)以下说法正确是A.热量能够自发地从冰箱内传到冰箱外B.电冰箱制冷系统能够不停地把冰箱内热

量传到外界，是因为其消耗了电能C.电冰箱工作原理不违反热力学第一定律D.电冰箱工作原理违反热力学第一定律√√35/68解析热力学第一定律是热现象中内能与其它形式能转化规律，是能量守恒定律详细表现，适合用于全部热学过程，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，除非有外界影响或帮助，电冰箱把热量从低温内部传到高温外部，需要压缩机帮助并消耗电能，故B项正确，A项错误.36/68(2)电冰箱制冷系统从冰箱内吸收热量与释放到外界热量相比，有怎样关系？答案解析解析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，释放到外界热量比从冰箱内吸收热量多.答案看法析37/68变式4

(多项选择)(·全国卷Ⅰ·33(1))关于热力学定律，以下说法正确是A.气体吸热后温度一定升高B.对气体做功能够改变其内能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.假如两个系统分别与状态确定第三个系统到达热平衡，那么这两个系

统彼此之间也必定到达热平衡答案解析√√√38/68解析气体内能改变ΔU＝Q＋W，故对气体做功可改变气体内能，B选项正确；气体吸热为Q，但不确定外界做功W情况，故不能确定气体温度改变，A选项错误；由热力学第二定律，D选项正确；依据热平衡性质，E选项正确.39/68课时作业40/681.(多项选择)关于热力学定律，以下说法正确是A.热量能够自发地从高温物体传到低温物体B.不可能使热量从低温物体传向高温物体C.第二类永动机违反了热力学第二定律D.气体向真空膨胀过程是不可逆过程E.功转变为热实际宏观过程是可逆过程答案双基巩固练√√1234567891011√1241/682.(多项选择)在装有食品包装袋中充入氮气，然后密封进行加压测试，测试时，对包装袋迟缓施加压力，将袋内氮气视为理想气体，在加压测试过程中，以下说法中正确是A.包装袋内氮气压强增大B.包装袋内氮气内能不变C.包装袋内氮气对外做功D.包装袋内氮气放出热量E.包装袋内氮气全部分子运动速率都保持不变答案√1234567891011√√1242/683.(多项选择)以下说法中正确是A.物体速度增大，则分子动能增大，内能也增大B.一定质量气体体积增大，但既不吸热也不放热，内能减小C.相同质量两种物体，提升相同温度，内能增量一定相同D.物体内能与物体温度和体积都相关系E.凡是与热现象相关宏观过程都含有方向性√答案解析1234567891011√√1243/68解析速度增大，不会改变物体分子动能，故A错误；体积增大时，气体对外做功，不吸热也不放热时，内能减小，故B正确；质量相同，但物体物质量不一样，故温度提升相同温度时，内能增量不一定相同，故C错误；物体内能取决于物体温度和体积，故D正确；由热力学第二定律可知，凡是与热现象相关宏观过程都含有方向性，故E正确.12345678910111244/684.(·青海格尔木调研)依据你学过热学中相关知识，判断以下说法中正确是A.机械能能够全部转化为内能，内能也能够全部用来做功转化成机械能B.凡与热现象相关宏观过程都含有方向性，在热传递中，热量只能从

高温物体传递给低温物体，而不能从低温物体传递给高温物体C.尽管科技不停进步，热机效率仍不能到达100%，制冷机却能够使温

度降到－293℃D.第一类永动机违反能量守恒定律，第二类永动机不违反能量守恒定律，

伴随科技进步和发展，第二类永动机能够制造出来答案√1234567891011解析1245/68解析机械能能够全部转化为内能，而内能在引发其它改变时也能够全部转化为机械能，A正确；凡与热现象相关宏观过程都含有方向性，在热传递中，热量能够自发地从高温物体传递给低温物体，也能从低温物体传递给高温物体，但必须借助外界帮助，B错误；尽管科技不停进步，热机效率仍不能到达100%，制冷机也不能使温度降到－293℃，只能无限靠近－273.15℃，C错误；第一类永动机违反能量守恒定律，第二类永动机不违反能量守恒定律，而是违反了热力学第二定律，第二类永动机不可能制造出来，D错误.12345678910111246/685.关于两类永动机和热力学两个定律，以下说法正确是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，从单

一热源吸收热量，完全变成功也是可能答案解析1234567891011√1247/68解析第一类永动机违反能量守恒定律，第二类永动机违反热力学第二定律，A、B错；由热力学第一定律可知W≠0，Q≠0，但ΔU＝W＋Q能够等于0，C错；由热力学第二定律可知D中现象是可能，但会引发其它改变，D对.12345678910111248/686.景颇族祖先创造点火器如图1所表示，用牛角做套筒，木制推杆前端粘着艾绒.猛推推杆，艾绒即可点燃.对筒内封闭气体，在此压缩过程中A.气体温度升高，压强不变B.气体温度升高，压强变大C.气体对外界做正功，气体内能增加D.外界对气体做正功，气体内能降低√答案1234567891011图11249/687.(·福建理综·29(2))如图2，一定质量理想气体，由状态a经过ab过程抵达状态b或者经过ac过程抵达状态c.设气体在状态b和状态c温度分别为Tb和Tc，在过程ab和ac中吸收热量分别为Qab和Qac，则A.Tb＞Tc，Qab＞QacB.Tb＞Tc，Qab＜QacC.Tb＝Tc，Qab＞QacD.Tb＝Tc，Qab＜Qac答案1234567891011图2√解析1250/681234567891011由热力学第一定律，a→b：Wab＋Qab＝ΔUaba→c：Wac＋Qac＝ΔUac又Wab＜0，Wac＝0，ΔUab＝ΔUac>0，则有Qab＞Qac，故C项正确.1251/688.如图3所表示，一定质量理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后再回到状态A.其中，A→B和C→D为等温过程，B→C和D→A为绝热过程(气体与外界无热量交换)，这就是著名“卡诺循环”.(1)该循环过程中，以下说法正确是________.A.A→B过程中，外界对气体做功B.B→C过程中，气体分子平均动能增大C.C→D过程中，单位时间内碰撞单位面积器壁分子

数增多D.D→A过程中，气体分子速率分布曲线不发生改变√答案解析1234567891011图31252/68解析由理想气体状态方程和热力学第一定律分析，A→B为等温过程，内能不变，气体体积增大，气体对外做功，A错；B→C过程为绝热过程，气体体积增大，气体对外做功，所以内能减小，气体分子平均动能减小，B错；C→D为等温过程，气体体积减小，单位体积内分子数增多，单位时间内碰撞单位面积器壁分子数增多，C正确；D→A为绝热过程，气体体积减小，外界对气体做功，内能增大，温度升高，所以气体分子速率分布曲线改变，D错.12345678910111253/68(2)该循环过程中，内能减小过程是________(选填“A→B”“B→C”“C→D”或“D→A”).若气体在A→B过程中吸收63kJ热量，在C→D过程中放出38kJ热量，则气体完成一次循环对外做功为____kJ.答案解析1234567891011B→C25解析在以上循环过程中，内能减小过程是B→C.由热力学第一定律ΔU＝Q＋W得W＝25kJ.1254/689.如图4所表示，用轻质活塞在汽缸内封闭一定质量理想气体，活塞与汽缸壁间摩擦忽略不计，开始时活塞距离汽缸底部高度H1＝0.60m，气体温度T1＝300K；现给汽缸迟缓加热至T2＝480K，活塞缓慢上升到距离汽缸底部某一高度H2处，此过程中缸内气体增加内能ΔU＝300J.已知大气压强p0＝1.0×105Pa，活塞横截面积S＝5.0×10－3m2.求：(1)活塞距离汽缸底部高度H2；答案解析1234567891011综合提升练图4答案0.96m1255/681234567891011解得H2＝0.96m1256/68(2)此过程中缸内气体吸收热量Q.答案解析1234567891011答案480J解析在气体膨胀过程中，

气体对外做功为：W0＝p0ΔV＝[1.0×105×(0.96－0.60)×5.0×10－3]J＝180J依据热力学第一定律可得气体内能改变量为ΔU＝－W0＋Q，得Q＝ΔU＋W0＝480J.1257/6810.如图5所表示，竖直放置汽缸内壁光滑，横截面积为S＝10－3m2，活塞质量为m＝2kg，厚度不计.在A、B两处设有限制装置，使活塞只能在A、B之间运动，B下方汽缸容积为1.0×10－3m3，A、B之间容积为2.0×10－4m3，外界大气压强p0＝1.0×105Pa，开始时活塞停在B处，缸内气体压强为0.9p0，温度为27℃，现迟缓加热缸内气体，直至327℃.g＝10m/s2，求：(1)活塞刚离开B处时气体温度t2；答案解析1234567891011图5答案127℃1258/681234567891011解得p2＝1.2×105Pa1259/68(2)缸内气体最终压强.答案解析1234567891011答案1.5×105Pa因为p3>p2，故活塞最终移动到A处假设成立.1260/6811.一定质量理想气体被活塞封闭在导热汽缸内，如图6所表示水平放置.活塞质量m＝20kg，横截面积S＝100cm2，活塞可沿汽缸壁无摩擦滑动但不漏气，开始时汽缸水平放置，活塞与汽缸底距离L1＝12cm，离汽缸口距离L2＝3cm.外界气温为27℃，大气压强为1.0×105Pa，将汽缸迟缓地转到开口向上竖直位置，待稳定后对缸内气体逐步加热，使活塞上表面刚好与汽缸口相平，已知g＝10m/s2，求：(1)此时气体温度为多少？答案解析答案450K1234567891011图