高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第十一章 熱力學(xué)定律與能量守恒

高考物理大一輪復(fù)習(xí)第十一章熱力學(xué)定律與能量守恒課件第一頁，共二十九頁，2022年，8月28日一、熱力學(xué)第一定律1.改變內(nèi)能的兩種方式的比較知識(shí)梳理

做功熱傳遞內(nèi)能變化在絕熱過程中,外界對物體做功,物體的內(nèi)能①

增加

;物體對外界做功,物體的內(nèi)能②減少

在單純的熱傳遞過程中,物體③吸收

熱量,內(nèi)能增加;物體④放出

熱量,內(nèi)能減少物理實(shí)質(zhì)其他形式的能與內(nèi)能之間的⑤轉(zhuǎn)化

不同物體間或同一物體的不同部分之間內(nèi)能的⑥

轉(zhuǎn)移

相互聯(lián)系做一定量的功或傳遞一定量的熱量在改變內(nèi)能的效果上是⑦等效的

第二頁，共二十九頁，2022年，8月28日2.熱力學(xué)第一定律(1)內(nèi)容:一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)的⑧內(nèi)能增量

等于外界向它傳遞的熱量與

外界對它所做的功的和。(2)表達(dá)式:ΔU=⑨

W+Q

。(3)符號法則符號WQΔU+外界對物體做功物體⑩吸收

熱量內(nèi)能

增加

-物體對外界做功物體

放出

熱量內(nèi)能

減小

第三頁，共二十九頁，2022年，8月28日二、熱力學(xué)第二定律能量守恒定律1.熱力學(xué)第二定律的兩種表述(1)克勞修斯表述:熱量不能①自發(fā)地

從低溫物體傳到高溫物體。(2)開爾文表述:不可能從單一熱庫吸收熱量,使之完全變成功,而②不

產(chǎn)生其他影響

。或表述為:③第二類

永動(dòng)機(jī)是不可能制成的。2.能量守恒定律能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生,也不會(huì)憑空消失,它只能從一種形式④轉(zhuǎn)化

為

另一種形式,或者從一個(gè)物體⑤轉(zhuǎn)移

到別的物體,在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過

程中,能量的⑥總和

保持不變。第四頁，共二十九頁，2022年，8月28日3.能源的利用(1)存在能量耗散和⑦品質(zhì)降低

。(2)重視利用能源時(shí)對⑧環(huán)境

的影響。(3)要開發(fā)新能源(如⑨太陽能

、生物質(zhì)能、風(fēng)能、水能等)第五頁，共二十九頁，2022年，8月28日1.下列說法中正確的有

(

)A.第二類永動(dòng)機(jī)和第一類永動(dòng)機(jī)一樣,都違背了能量守恒定律B.熱機(jī)的效率從原理上講可達(dá)100%C.因?yàn)槟芰渴睾?所以“能源危機(jī)”是不可能的D.自然界中的能量盡管是守恒的,但有的能量便于利用,有的不便于利用,

故要節(jié)約能源

答案

D第二類永動(dòng)機(jī)是指從單一熱源吸熱,全部用來對外做功而不引起其他變化的機(jī)器,它并不違背能量守恒定律,卻違背了熱力學(xué)第二定律;第六頁，共二十九頁，2022年，8月28日第一類永動(dòng)機(jī)是不消耗能量卻可以源源不斷地對外做功的機(jī)器,它違背能

量守恒定律,所以選項(xiàng)A錯(cuò)誤。從熱力學(xué)第二定律的表述可知,任何熱機(jī)的

效率都達(dá)不到100%,因此B錯(cuò)誤。關(guān)于“能源危機(jī)”必須明確以下幾點(diǎn):

(1)能源是提供能量的資源,如煤、石油等。(2)人們在消耗能源時(shí),放出熱

量,部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,但最終基本上都轉(zhuǎn)化成了內(nèi)能,人

們無法把這些內(nèi)能全部收集起來重新利用(能量耗散),而可供利用的能源

是有限的。因此,“能源危機(jī)”并非說明能量不守恒,故C選項(xiàng)錯(cuò)誤,D選項(xiàng)

正確。第七頁，共二十九頁，2022年，8月28日2.如圖所示,絕熱容器中間用隔板隔開,左側(cè)裝有氣體,右側(cè)為真空?，F(xiàn)將隔

板抽掉,讓左側(cè)氣體自由膨脹到右側(cè)直至平衡,在此過程中

(

)A.氣體對外界做功,溫度降低,內(nèi)能減少B.氣體對外界做功,溫度不變,內(nèi)能不變C.氣體不做功,溫度不變,內(nèi)能不變D.氣體不做功,溫度不變,內(nèi)能減少第八頁，共二十九頁，2022年，8月28日

答案

C抽去隔板,氣體膨脹,體積變大,但并沒有對外做功,力和在力的方向上發(fā)生的位移是功的兩個(gè)不可缺少的條件,氣體體積變大時(shí),若反抗外

力且發(fā)生位移才能對外做功。本題中氣體自由膨脹時(shí),無外力可反抗,即氣

體不做功,在系統(tǒng)絕熱的情況下,內(nèi)能不變,溫度不變,故C正確。第九頁，共二十九頁，2022年，8月28日3.(多選)夏天,如果將自行車內(nèi)胎充氣過足,又放在陽光下暴曬,車胎極易爆

裂。關(guān)于這一現(xiàn)象的描述(暴曬過程中內(nèi)胎容積幾乎不變),正確的是(

)A.車胎爆裂,是車胎內(nèi)氣體溫度升高,氣體分子間斥力急劇增大的結(jié)果B.在爆裂前的過程中,氣體溫度升高,分子無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)加劇,氣體壓強(qiáng)增大C.在車胎突然爆裂前的瞬間,氣體內(nèi)能增加D.在車胎突然爆裂后的瞬間,氣體內(nèi)能減少

答案

BCD分析題意得:車胎在陽光下暴曬,爆裂前內(nèi)能增加,氣體的溫度升高,分子無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)加劇,氣體壓強(qiáng)變大,所以選項(xiàng)B和C是正確的,易

知選項(xiàng)A是錯(cuò)誤的。當(dāng)車胎突然爆裂的瞬間,氣體膨脹對外做功,溫度也會(huì)有所下降,所以氣體內(nèi)能減少,選項(xiàng)D正確。第十頁，共二十九頁，2022年，8月28日4.如圖所示,某同學(xué)將空的薄金屬筒開口向下壓入水中。設(shè)水溫均勻且恒

定,筒內(nèi)空氣無泄漏,不計(jì)氣體分子間相互作用,則被淹沒的金屬筒在緩慢

下降過程中,筒內(nèi)空氣體積減小

(

)

A.從外界吸熱

B.內(nèi)能增大C.向外界放熱

D.內(nèi)能減小

答案

C筒內(nèi)空氣體積減小,外界對氣體做正功,而溫度不變,內(nèi)能不變,由熱力學(xué)第一定律ΔU=W+Q,可知?dú)怏w向外放熱,故C正確。第十一頁，共二十九頁，2022年，8月28日1.溫度、內(nèi)能、熱量、功的比較重難一對熱力學(xué)第一定律的理解重難突破

溫度內(nèi)能(熱能)熱量功含義表示物體的冷熱程度,是物體分子平均動(dòng)能大小的標(biāo)志,它是大量分子熱

運(yùn)動(dòng)的集體表現(xiàn),對個(gè)別分子來說,溫度沒有意義物體內(nèi)所有分子動(dòng)能和勢能的總和,它是由大量分子的熱運(yùn)動(dòng)和分子的相對位置所決定的能是熱傳遞過程中內(nèi)能的改變量,熱量用來量度熱傳遞過程

中內(nèi)能轉(zhuǎn)移的多少做功過程是機(jī)械能或其他形式的能和內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)化過

程關(guān)系溫度和內(nèi)能是狀態(tài)量,熱量和功則是過程量。熱傳遞的前提條件是存在溫差,傳遞的是熱量而不是溫度,實(shí)質(zhì)上是內(nèi)能的轉(zhuǎn)移第十二頁，共二十九頁，2022年，8月28日2.對熱力學(xué)第一定律的理解(1)熱力學(xué)第一定律不僅反映了做功和熱傳遞這兩種方式改變內(nèi)能的過

程是等效的,而且給出了內(nèi)能的變化量和做功與熱傳遞之間的定量關(guān)

系。此定律關(guān)系式是標(biāo)量式,應(yīng)用時(shí)功、內(nèi)能、熱量的單位應(yīng)統(tǒng)一為國

際單位焦耳。(2)幾種特殊情況①若過程是絕熱的,則Q=0,W=ΔU,外界對物體做的功等于物體內(nèi)能的增加;②若過程中不做功,即W=0,則Q=ΔU,物體吸收的熱量等于物體內(nèi)能的增加;③若過程的始、末狀態(tài)物體的內(nèi)能不變,即ΔU=0,則W+Q=0或W=-Q,外界

對物體做的功等于物體放出的熱量。

第十三頁，共二十九頁，2022年，8月28日典例1在如圖所示的坐標(biāo)系中,一定質(zhì)量的某種理想氣體先后發(fā)生以下

兩種狀態(tài)變化過程:第一種變化是從狀態(tài)A到狀態(tài)B,外界對該氣體做功為6J;第二種變化是從狀態(tài)A到狀態(tài)C,該氣體從外界吸收的熱量為9J。圖線

AC的反向延長線通過坐標(biāo)原點(diǎn)O,B、C兩狀態(tài)的溫度相同,理想氣體的分

子勢能為零。求:(1)從狀態(tài)A到狀態(tài)C的過程,該氣體對外界做的功W1和其內(nèi)能的增量ΔU1;(2)從狀態(tài)A到狀態(tài)B的過程,該氣體內(nèi)能的增量ΔU2及其從外界吸收的熱量Q2。第十四頁，共二十九頁，2022年，8月28日

解析

(1)從狀態(tài)A到狀態(tài)C的過程,氣體發(fā)生等容變化,該氣體對外界做的功W1=0根據(jù)熱力學(xué)第一定律有ΔU1=W1+Q1內(nèi)能的增量ΔU1=Q1=9J(2)從狀態(tài)A到狀態(tài)B的過程,體積減小,溫度升高該氣體內(nèi)能的增量ΔU2=ΔU1=9J根據(jù)熱力學(xué)第一定律有ΔU2=W2+Q2從外界吸收的熱量Q2=ΔU2-W2=3J

答案

(1)0

9J

(2)9J

3J第十五頁，共二十九頁，2022年，8月28日1-1一定質(zhì)量的理想氣體壓強(qiáng)p與熱力學(xué)溫度T的關(guān)系圖象如圖所示,

AB、BC分別與p軸和T軸平行,氣體在狀態(tài)A時(shí)的壓強(qiáng)為p0、體積為V0,在狀

態(tài)B時(shí)的壓強(qiáng)為2p0,則氣體在狀態(tài)B時(shí)的體積為

;氣體從狀態(tài)A經(jīng)

狀態(tài)B變化到狀態(tài)C的過程中,對外做的功為W,內(nèi)能增加了ΔU,則此過程氣

體

(選填“吸收”或“放出”)的熱量為

。

第十六頁，共二十九頁，2022年，8月28日

答案

吸收

ΔU+W

解析對AB過程,溫度不變,由玻意耳定律可知,氣體在狀態(tài)B時(shí)的體積為V=

;氣體從狀態(tài)A經(jīng)狀態(tài)B變化到狀態(tài)C的過程中,對外做的功為W,內(nèi)能增加了ΔU,由熱力學(xué)第一定律,知此過程氣體吸收的熱量為ΔU+W。第十七頁，共二十九頁，2022年，8月28日1.兩類永動(dòng)機(jī)的比較

第一類永動(dòng)機(jī)第二類永動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)要求不需要任何動(dòng)力或燃料,卻能不斷地對外做功的機(jī)器從單一熱源吸收熱量,使之完全變成功,而不產(chǎn)生其他影響的機(jī)器不可能制成的原因違背能量守恒不違背能量守恒定律,但違背熱力學(xué)第二定律重難二對熱力學(xué)第二定律的理解第十八頁，共二十九頁，2022年，8月28日2.熱力學(xué)第二定律的涵義(1)“自發(fā)地”指明了熱傳遞等熱力學(xué)宏觀現(xiàn)象的方向性,不需要借助外

界提供能量的幫助。(2)“不產(chǎn)生其他影響”的含義是發(fā)生的熱力學(xué)宏觀過程只在本系統(tǒng)內(nèi)

完成,對周圍環(huán)境不產(chǎn)生熱力學(xué)方面的影響,如吸熱、放熱、做功等。3.熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)熱力學(xué)第二定律的每一種表述,都揭示了大量分子參與宏觀過程的方向

性,進(jìn)而使人們認(rèn)識(shí)到自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方

向性。第十九頁，共二十九頁，2022年，8月28日(1)高溫物體

低溫物體(2)功

熱(3)氣體體積V1

氣體體積V2(較大)(4)不同氣體A和B

混合氣體AB4.熱力學(xué)過程方向性實(shí)例第二十頁，共二十九頁，2022年，8月28日(1)下列說法正確的是

(

)A.熱量可以自發(fā)地從冰箱內(nèi)傳到冰箱外B.電冰箱的制冷系統(tǒng)能夠不斷地把冰箱內(nèi)的熱量傳到外界,是因?yàn)槠湎牧穗娔蹸.電冰箱的工作原理不違反熱力學(xué)第一定律

典例2如圖所示為電冰箱的工作原理示意圖,壓縮機(jī)工作時(shí),強(qiáng)迫制冷劑

在冰箱內(nèi)外的管道中不斷循環(huán),在蒸發(fā)器中的制冷劑汽化吸收箱體內(nèi)的熱

量,經(jīng)過冷凝器時(shí)制冷劑液化,放出熱量到箱體外。D.電冰箱的工作原理違反熱力學(xué)第一定律(2)電冰箱的制冷系統(tǒng)從冰箱內(nèi)吸收的熱量與釋放的熱量相比,有怎樣的關(guān)系?第二十一頁，共二十九頁，2022年，8月28日

解析

(1)熱力學(xué)第一定律是熱現(xiàn)象中內(nèi)能與其他形式能的轉(zhuǎn)化現(xiàn)象,是能的轉(zhuǎn)化和守恒定律的具體表現(xiàn),適用于所有的熱學(xué)過程,故C正確,D錯(cuò)誤;

由熱力學(xué)第二定律可知,熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體,除非有

外界的影響或幫助,電冰箱把熱量從低溫的內(nèi)部傳到高溫的外部,需要壓縮

機(jī)的幫助并消耗電能,A錯(cuò)誤,B正確。(2)由能量守恒定律可知,制冷系統(tǒng)從冰箱內(nèi)吸收了熱量,同時(shí)消耗了電能,

釋放到外界的熱量比從冰箱內(nèi)吸收的熱量多。

答案

(1)BC

(2)釋放到外界的熱量比從冰箱內(nèi)吸收的熱量多第二十二頁，共二十九頁，2022年，8月28日2-1根據(jù)你學(xué)的熱學(xué)中的有關(guān)知識(shí),判斷下列說法中正確的是

(

)A.機(jī)械能可能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,內(nèi)能也可以全部用來做功以轉(zhuǎn)化成機(jī)械能B.凡與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程都具有方向性,在熱傳遞中,熱量只能從高溫

物體傳遞給低溫物體,而不能從低溫物體傳遞給高溫物體C.盡管技術(shù)不斷進(jìn)步,熱機(jī)的效率仍不能達(dá)到100%,制冷機(jī)卻可以使溫度

降到-273.15℃D.第一類永動(dòng)機(jī)違背能量守恒定律,第二類永動(dòng)機(jī)不違背能量守恒定律,隨

著科技的進(jìn)步和發(fā)展,第二類永動(dòng)機(jī)可以制造出來第二十三頁，共二十九頁，2022年，8月28日部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,A正確;凡與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程都具有方向性,在熱傳

遞中,熱量可以自發(fā)地從高溫物體傳遞給低溫物體,也能從低溫物體傳遞給

高溫物體,但必須借助外界的幫助,B錯(cuò)誤;盡管技術(shù)不斷進(jìn)步,熱機(jī)的效率

仍不能達(dá)到100%,制冷機(jī)也不能使溫度降到-273.15℃,只能無限地接近-27

3.15℃,永遠(yuǎn)不能達(dá)到,C錯(cuò)誤;第一類永動(dòng)機(jī)違背能量守恒定律,第二類永

動(dòng)機(jī)不違背能量守恒定律,而是違背了熱力學(xué)第二定律,第二類永動(dòng)機(jī)不可

以制造出來,D錯(cuò)誤。

答案

A

解析機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,而內(nèi)能在引起其他變化時(shí)也可以全第二十四頁，共二十九頁，2022年，8月28日氣體實(shí)驗(yàn)定律與熱力學(xué)第一定律的綜合應(yīng)用氣體實(shí)驗(yàn)定律與熱力學(xué)第一定律的結(jié)合量是氣體的體積和溫度,當(dāng)溫度變

化時(shí),氣體的內(nèi)能變化,當(dāng)體積變化時(shí),氣體將伴隨著做功,解題時(shí)要掌握氣

體變化過程的特點(diǎn):(1)等溫過程:內(nèi)能不變,即ΔU=0。(2)等容過程:W=0。(3)絕熱過程:Q=0。思想方法第二十五頁，共二十九頁，2022年，8月28日典例如圖,體積為V、內(nèi)壁光滑的圓柱形導(dǎo)熱汽缸頂部有一質(zhì)量和厚度

均可忽略的活塞;汽缸內(nèi)密封有溫度為2.4T0、壓強(qiáng)為1.2p0的理想氣體。p0

和T0分別為大氣的壓強(qiáng)和溫度。已知:氣體內(nèi)能U與溫度T的關(guān)系為U=αT,α

為正的常數(shù);汽缸內(nèi)氣體的所有變化過程都是緩慢的。求:(ⅰ)汽缸內(nèi)氣體與大氣達(dá)到平衡時(shí)的體積V1;(ⅱ)在活塞下降過程中,汽缸內(nèi)氣體放出的熱量Q。第二十六頁，共二十九頁，2022年，8月28日呂薩克定律得

=

解得V1=

V(ⅱ)在活塞下降過程中,活塞對氣體做的功為W=p0(V-V1)在這一過程中,氣體內(nèi)能的減少量為ΔU=α(T1-T0)由熱力學(xué)第一定律得,汽缸內(nèi)氣體放出的熱量為Q=W+ΔU解得Q=

p0V