《备考指南一轮 物理 》课件-第13章 第3讲

热学第十三章第3讲热力学定律与能量守恒【备考指南】1.知道改变内能的两种方式，理解热力学第一定律.2.知道与热现象有关的宏观物理过程的方向性，了解热力学第二定律.3.掌握能量守恒定律及其应用．栏目导航01知识梳理回顾03核心素养提升02要点各个击破04配套训练知识梳理回顾11．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________与外界对它所做的功的和．(2)表达式：ΔU＝__________.(3)ΔU＝Q＋W中正、负号法则.一热力学第一定律与能量守恒定律热量符号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______Q＋W

吸收增加放出减少2．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，它只能从一种形式_______为另一种形式，或者从一个物体________到别的物体，在________或________的过程中，能量的总量保持不变．(2)能量守恒定律是一切自然现象都遵守的基本规律．转化转移转化转移【对点小练】1．(2020届北京海淀名校)下列说法正确的是(

)A．物体温度升高，每个分子的动能都增加B．物体温度升高，分子的平均动能增加C．物体从外界吸收热量，物体的内能一定增加D．外界对物体做功，物体的内能一定增加【答案】B【解析】物体温度升高时平均分子动能增加，但并非每个分子动能都增加，故A错误，B正确；热传递和做功是改变内能的两种方式，两者等效，只确定一种方式不可确定内能如何变化，故C、D错误．1．两种表述(1)第一种表述：热量不能自发地从________物体传递到________物体(克劳修斯表述)．(2)第二种表述：不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功而不引起其他变化(开尔文表述)．2．第二类永动机是指设想只从单一热源吸收热量，使之完全变为有用的功而不引起其他变化的热机．这类永动机不可能制成的原因是其违反了_______________．二热力学第二定律低温高温

热力学第二定律

【对点小练】1．(多选)(2019届益阳名校月考)下列有关热力学第二定律的说法不正确的有(

)A．气体自发地扩散运动总是向着更为无序的方向进行，是可逆过程B．第二类永动机虽然不违反能量守恒定律，但它是制造不出来的C．空调既能制冷又能制热，说明热传递不具有方向性D．一定质量的理想气体向真空自由膨胀时，体积增大，熵减小【答案】ACD【解析】气体自发地扩散是不可逆的，A错误．第二类永动机虽然不违反能量守恒定律，但它违反了热力学第二定律，是制造不出来的，B正确．热力学第二定律的内容可以表述为：热量不能自发地由低温物体传到高温物体而不产生其他影响．即只要产生其他影响，热量才能从低温物体传到高温物体．C错误．一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行，D错误．要点各个击破2要点1热力学第一定律的理解与应用1．热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种方式改变内能的过程是等效的，而且给出了内能的变化量和做功与热传递之间的定量关系．2．对公式ΔU＝Q＋W符号的规定符号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减少3．几种特殊情况(1)若过程是绝热的，则Q＝0，W＝ΔU，外界对物体做的功等于物体内能的增加量．(2)若过程中不做功，即W＝0，则Q＝ΔU，物体吸收的热量等于物体内能的增加量．(3)若过程的始、末状态物体的内能不变，即ΔU＝0，则W＋Q＝0或W＝－Q，外界对物体做的功等于物体放出的热量．例1

2020新春之际出现了罕见的新型冠状病毒疫情．根据以往对冠状病毒的研究，大多数病毒耐冷不耐热，于50～60℃环境下30分钟即可被灭活．如图所示，在绝热汽缸内，有一绝热活塞封闭一定质量的有毒A气体，开始时缸内气体温度为27℃，封闭气柱长为9cm，活塞横截面积S＝50cm2.现通过汽缸底部电阻丝给气体加热一段时间，此过程中体吸热22J，稳定后气体温度变为127℃.已知大压强为105Pa，活塞与汽缸间无摩擦，不计活塞重力．求：(1)加热后活塞到汽缸底部的距离；(2)此过程中气体内能改变了多少？【答案】(1)12cm

(2)7J【答案】(1)0

9J

(2)9J

3J【解析】(1)由题意知从状态A到状态C的过程，气体发生等容变化．该气体对外界做的功W1＝0.根据热力学第一定律ΔU1＝W1＋Q1.内能的增量ΔU1＝Q1＝9J.(2)从状态A到状态B的过程，体积减小，温度升高．该气体内能的增量ΔU2＝ΔU1＝9J．根据热力学第一定律有ΔU2＝W2＋Q2.从外界吸收的热量Q2＝ΔU2－W2＝3J.要点2能量转化与能量守恒定律的应用1．能量守恒定律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别的形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化和转移的过程中其总量保持不变．这就是能量守恒定律．2．注意(1)能的转化和守恒定律是自然界的普遍规律，违背该定律的第一类永动机是永远无法实现的．(2)物质不同的运动形式对应着不同形式的能，各种形式的能可以相互转化或转移．例2

(多选)下面设想符合能量守恒定律的是(

)A．利用永久磁铁间的作用力，造一台永远转动的机械B．做一条船，利用流水的能量逆水行舟C．通过太阳照射飞机，即使飞机不带燃料也能飞行D．利用核动力驾驶地球离开太阳系【答案】BCD【解析】利用磁场能可以使磁铁所具有的磁场能转化为动能，但由于摩擦力的不可避免性，动能最终转化为内能使机械转动停止，故A不符合．让船先静止在水中，设计一台水力发电机使船获得足够电能，然后把电能转化为船的动能使船逆水航行；同理可利用光能的可转化性和电能的可收集性，使光能转化为飞机的动能，实现飞机不带燃料也能飞行，故B、C符合．设计一种利用反冲理论，以核动力为能源，使地球获得足够大的能量，挣脱太阳引力的束缚而离开太阳系，故符合．练2

(多选)(2019年佛山名校模拟)如图所示的哈勃瓶，在瓶内塞有一气球，气球的吹气口反扣在瓶口上，瓶底的圆孔上配有一个橡皮塞，玻璃瓶导热性能良好．在一次实验中，瓶内有气球和橡皮塞封闭的一定质量的气体(可视为理想气体)，在对气球缓慢吹气过程中，则瓶内气体(

)A．密度减少B．平均动能增大C．对外界放出热量D．若打开橡皮塞后瞬间，温度将降低【答案】CD【解析】在对气球缓慢吹气过程中，气球内的气体的量增大．根据克拉伯龙方程可知，气体的体积若不变，则气体压强变大．瓶内气体的压强增大，而温度不变，所以瓶内的气体的体积减小，密度增大，故A错误．因系统导热可知瓶内气体的温度不变，分子的平均动能不变，故B错误．温度不变时，体积减小，理想气体内能不变，由热力学第一定律知外界对气体做功与气体放出热量相等，故C正确．若打开橡皮塞后瞬间，气体将快速从瓶内跑出，气体对外做功，由于来不及吸收热量，所以气体的温度将降低，故D正确．要点3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”的含义(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．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．特别提醒：热量不可能自发地从低温物体传到高温物体，但在有外界影响的条件下，热量可以从低温物体传到高温物体，如电冰箱．在引起其他变化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．4．两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，使之完全变成功，而不产生其他影响的机器违背能量守恒定律，不可能制成不违背能量守恒定律，违背热力学第二定律，不可能制成例3

(多选)以下现象不违背热力学第二定律的是(

)A．一杯热茶在打开盖后，茶会自动变凉B．没有漏气、没有摩擦的理想热机，其效率可能是100%C．桶中浑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．热量自发地从低温物体传到高温物体【答案】AC【解析】热茶自动变凉是热从高温物体传递到低温物体，A正确；任何热机效率都不可能达到100%，B错误；泥水分离是机械能(重力势能)向内能的转化，C正确；热量不能自发地从低温物体传到高温物体，D错误．练3

(多选)关于两类永动机和热力学的两个定律，下列说法不正确的是(

)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可以改变内能，热传递也可以改变内能，但同时做功和热传递不一定会改变内能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【答案】AB【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，两类永动机不可能制造出来，故A、B错；由热力学第一定律可知W≠0，Q≠0，但ΔU＝W＋Q可以等于0，C对；由热力学第二定律可知D中现象是可能的，但会引起其他变化，D对．本题选错误的，选AB．核心素养提升3热力学定律与气体实验定律的综合应用解决热力学定律与气体实验定律等综合问题的思路【答案】AC【解析】A→B为等温过程，气体的内能不变，选项A正确；B→C