高考物理总复习热学第3讲热力学定律能量守恒选修市赛课公开课一等奖省名师获奖课件

第3讲热力学定律、能量守恒【考纲解读】1.知道改变内能两种方式，了解热力学第一定律；2.知道与热现象相关宏观物理过程方向性，了解热力学第二定律；3.掌握能量守恒定律及其应用．1/37一、热力学第一定律和能量守恒定律1．改变物体内能两种方式(1)________；(2)________．考点O讲堂梳理自查做功

热传递

2/372．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热量与外界对它所做功和．(2)表示式：ΔU＝Q＋W3．能转化和守恒定律(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，或者从一个物体转移到别物体，在转化或转移过程中，能量总量保持不变．(2)第一类永动机：违反能量守恒定律机器被称为第一类永动机．它是不可能制成．3/37二、热力学第二定律1．常见两种表述(1)克劳修斯表述：热量不能自发地从________物体传到________物体．(2)开尔文表述：不可能从__________吸收热量，使之完全变成功，而不产生其它影响．2．第二类永动机：违反宏观热现象方向性机器被称为第二类永动机．这类永动机不违反_______________________，但它违反了________________，也是不可能制成．低温

高温

单一热库

能量守恒定律

热力学第二定律

4/371．[对做功与内能改变考查]金属筒内装有与外界温度相同压缩空气，打开筒开关，筒内高压空气快速向外逸出，待筒内外压强相等时，马上关闭开关．在外界保持恒温条件下，经过一段较长时间后，再次打开开关，这时出现现象是()A．筒外空气流向筒内B．筒内空气流向筒外C．筒内外有空气交换，处于动态平衡，筒内空气质量不变D．筒内外无空气交换【答案】B5/37【解析】因高压空气急剧外逸时，气体没有时间充分与外界发生热交换，可看成绝热膨胀过程．气体对外做功，内能降低，所以关闭开关时，筒内气体温度较外界低，再经过较长时间后，筒内外气体温度相同．筒内剩下气体属于等容升温过程，其压强要变大，大于外界气压，所以再打开开关时，筒内气体要流向筒外．6/372．[对热和内能改变考查]假如铁丝温度升高了，则()A．铁丝一定吸收了热量 B．铁丝一定放出了热量C．外界可能对铁丝做功 D．外界一定对铁丝做功【答案】C【解析】做功和热传递对改变物体内能是等效，温度升高可能是做功引发，也可能是热传递引发．7/373．[对热力学第一定律考查](多项选择)某物体温度升高了，这说明()A．该物体一定吸收了热量 B．该物体可能放出了热量C．外界对物体可能做了功 D．物体可能吸收了热量【答案】BCD【解析】由ΔU＝Q＋W来分析，物体温度升高了，一定有物体内能增加，ΔU＞0，要满足ΔU＞0可能有各种情况：①W＞0，Q＝0；②W＝0，Q＞0；③W＞0，Q＞0；④W＞0，Q＜0，W＞|Q|；⑤W＜0，Q＞0，Q＞|W|.由①否定选项A；④与选项B一致；①③④与选项C一致；②③⑤与选项D一致，故选项B、C、D正确．8/371．热力学第一定律不但反应了做功和热传递这两种方式改变内能过程是等效，而且给出了内能改变量和做功与热传递之间定量关系．此定律是标量式，应用时热量单位应统一为国际单位制中焦耳．2．对公式ΔU＝Q＋W符号要求考点1热力学第一定律了解应用符号WQΔU＋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降低9/373．三种特殊情况(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)若过程始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．10/37例1

(年新课标Ⅰ卷)一定量理想气体从状态a开始，经历三个过程ab，bc，ca回到原状态，其p－T图象如图所表示．以下判断正确是()A．过程ab中气体一定吸热B．过程bc中气体既不吸热也不放热C．过程ca中外界对气体所做功等于气体所放热D．a，b和c三个状态中，状态a分子平均动能最小E．b和c两个状态中，容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击次数不一样11/37思绪剖析：(1)依据图象可知ab，bc过程气体状态是怎样改变？(2)怎样在本题中利用热力学第一定律判断气体吸热还是放热？【答案】ADE【解析】由p－T图象可知过程ab是等容改变，温度升高，内能增加，体积不变，由热力学第一定律可知过程ab一定吸热，选项A正确；过程bc温度不变，即内能不变，因为过程bc体积增大，所以气体对外做功，由热力学第一定律可知，气体一定吸收热量，选项B错误；过程ca压强不变，温度降低，内能降低，体积减小，外界对气体做功，由热力学第一定律可知，放出热量一定大于外界对气体做功，选项C错误；温度是分子平均动能标志，由p－T图象可知，a状态气体温度最低，则平均动能最小，选项D正确；b，c两状态温度相等，分子平均动能相等，因为压强不相等，所以单位面积单位时间内受到气体分子撞击次数不一样，选项E正确．12/37对于理想气体，能够直接依据温度改变来确定内能改变．吸、放热不能直接确定时，则要放在最终，依据热力学第一定律来确定．必须指出是，普通来说系统对外界做功，系统体积膨胀；外界对系统做功，系统体积则被压缩．但在一些特定条件下，比如气体自由膨胀(外界为真空)时，气体就没有克服外力做功．另外，在判断内能改变时，还必须结合物态改变以及能转化与守恒来进行．13/371．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．温馨提醒：热量不可能自发地从低温物体传到高温物体，但在有外界影响条件下，热量能够从低温物体传到高温物体，如电冰箱；在引发其它改变条件下，内能能够全部转化为机械能，如气体等温膨胀过程．考点2热力学第二定律14/3715/3716/37B．气体是从单一热库吸热，但并未全用来对外做功，所以此过程不违反热力学第二定律C．气体是从单一热库吸热，全部用来对外做功，但此过程不违反热力学第二定律D．以上三种说法都不正确思绪剖析：熟记热力学第二定律两种表述并准确了解其含义是正确处理这类问题关键．【答案】C17/37【解析】因为气体一直经过气缸壁与外界接触，外界温度不变，活塞杆与外界连接并使其迟缓地向右移动过程中，有足够时间进行热交换，所以气缸内气体温度也不变．要保持其内能不变，该过程气体是从单一热源即外部环境吸收热量，即全部用来对外做功才能确保内能不变，但此过程不违反热力学第二定律．此过程由外力对活塞做功来维持，假如没有外力F对活塞做功，此过程不可能发生．18/37练1(多项选择)以下说法中正确有()A．热量能够从高温物体传到低温物体但不能从低温物体传到高温物体B．热量能够从高温物体传到低温物体，也可能从低温物体传到高温物体C．机械功能够全部转化为热量，但热量不可能全部用来功D．机械功能够全部转化为热量，热量也可能全部用来功【答案】BD19/37【解析】依据热传递规律可知热量能够自发地从高温物体传到低温物体；当外界对系统做功时，能够使系统从低温物体吸收热量传到高温物体上去，制冷机(比如冰箱和空调)就是这么装置．不过热量不能自发地从低温物体传到高温物体，选项A错误，B正确．一个运动物体，克服摩擦阻力做功，最终停顿；在这过程中机械功全部转化为热量．外界条件发生改变时，热量也能够全部用来做；比如在等温膨胀过程中，系统吸收热量全部转化为对外界做功，选项C错误，D正确．20/37热力学第二定律三性1．“条件性”：这两种表述中“不引发其它改变”是热力学第二定律条件．假如没有这一条件，则热量能够由低温物体传到高温物体；也能够从单一热源吸收热量并把它全部用来做功．2．“方向性”：所谓热现象方向性，就是指自然发生热现象有明确进行方向，通常称为正向过程．正向过程含有“自发性”，又叫不可逆性，两种表述是等效性．3．两种表述是等价，能够从一个表述导出另一个表述，所以它们都称为热力学第二定律．21/371．处理方法(1)气体试验定律研究对象是一定质量理想气体．(2)对理想气体，只要体积改变，外界对气体(或气体对外界)要做功，假如是等压改变，W＝pΔV；只要温度发生改变，其内能就发生改变．(3)结合热力学第一定律ΔU＝W＋Q求解问题．考点3气体试验定律与热力学第一定律综合22/3723/37例3一个海浪发电机气室如图所表示．工作时，活塞随海浪上升或下降，改变气室中空气压强，从而驱动进气阀门和出气阀门打开或关闭．气室先后经历吸入、压缩和排出空气过程，推进出气口处装置发电．气室中空气可视为理想气体．24/37(1)以下对理想气体了解，正确有______________________________．A．理想气体实际上并不存在，只是一个理想模型B．只要气体压强不是很高就可视为理想气体C．一定质量某种理想气体内能与温度、体积都相关D．在任何温度、任何压强下，理想气体都遵照气体试验定律(2)压缩过程中，两个阀门均关闭．若此过程中，气室中气体与外界无热量交换，内能增加了3.4×104J，则该气体分子平均动能________(填“增大”“减小”或“不变”)，活塞对该气体所做功________(填“大于”“小于”或“等于”)3.4×104J.【答案】(1)AD(2)增大等于25/37【解析】(1)理想气体是一个理想化模型，实际并不存在，选项A正确；在温度不低于零下几十摄氏度、压强不超出标准大气压几倍时，可把实际气体当成理想气体来处理，选项B错误；一定质量理想气体内能只与温度相关，选项C错误；在任何温度、任何压强下都遵从气体试验定律，这么气体是理想气体，选项D正确．(2)气室中气体与外界无热交换，内能增加，是因为外界对气体做功，故密闭气体温度升高，气体分子平均动能增大．依据热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知，Q＝0，W＝ΔU，所以活塞对该气体所做功等于3.4×104J.26/37练2如图所表示，水平放置密封汽缸内气体被一竖直隔板分隔为左右两部分，隔板可在汽缸内无摩擦滑动，右侧气体内有一电热丝，汽缸壁和隔板均绝热．初始时隔板静止，左右两边气体温度相等．现给电热丝提供一微弱电流，通电一段时间后切断电源．当缸内气体再次到达平衡时，与初始状态相比()A．右边气体温度升高，左边气体温度不变B．左右两边气体温度都升高C．左边气体压强减小D．右边气体内能增加量等于电热丝放出热量【答案】B27/37【解析】当电热丝通电后，右边气体温度迟缓升高气体膨胀，将隔板向左推进对左边气体做功，依据热力学第一定律可知左边气体内能增加、温度升高、压强增大，选项B正确，A、C错误；右边气体内能增加值应为电热丝发出热量减去左边气体内能增量，选项D错误．28/3729/37热点题组一热力学第一定律1．(多项选择)(年肇庆模拟)用密封性好、充满气体塑料袋包裹易碎品，如图所表示．充气袋四面被挤压时，假设袋内气体与外界无热交换，则袋内气体()A．体积减小，内能增大B．体积减小，压强减小C．对外界做负功，内能增大D．对外界做正功，压强减小【答案】AC模拟精选·组合专练30/37【解析】挤压充气袋，气体体积减小，充气袋中气体压强增大，外界对气体做正功，气体对外界做负功，因为袋内气体与外界没有热交换，依据热力学第一定律可知，气体内能增大，A、C两项正确，B、D两项错误．31/372．(年永春模拟)重庆出租车常以天然气作为燃料．加气站储气罐中天然气温度随气温升高过程中，若储气罐内气体体积及质量均不变，则罐内气体(可视为理想气体)()A．压强增大，内能减小B．吸收热量，内能增大C．压强减小，分子平均动能增大D．对外做功，分子平均动能减小【答案】B32/37热点题组二热力学第二定律3．(年宁德模拟)以下哪个现象不违反热力学第二定律()A．一杯热茶在打开盖后，茶会自动变得更热B．没有漏气、没有摩擦理想热机，其效率可能是100%C．桶中浑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．热量自发地从低温物体传到高温物体