高考物理復習第十三章熱學第3講熱力學定律與能量守恒定律材料市賽課公開課一等獎省名師獲獎課

第3講熱力學定律與能量守恒定律第十三章熱學1/55內容索引基礎知識梳理命題點一熱力學第一定律與能量守恒定律命題點二

熱力學第二定律命題點三熱力學定律與氣體試驗定律綜合課時作業(yè)2/55基礎知識梳理13/55一、熱力學第一定律1.改變物體內能兩種方式(1)

；(2)熱傳遞.2.熱力學第一定律(1)內容：一個熱力學系統(tǒng)內能增量等于外界向它傳遞

與外界對它所做功和.(2)表示式：ΔU＝

.做功熱量Q＋W4/55(3)ΔU＝

中正、負號法則：物理量

意義符號WQΔU＋外界對物體做功物體

熱量內能______－物體對外界做功物體

熱量內能______Q＋W吸收放出增加降低5/55二、能量守恒定律1.內容能量既不會憑空產生，也不會憑空消失，它只能從一個形式轉化為另一個形式，或者是從一個物體

到別物體，在轉化或

過程中，能量總量保持不變.2.條件性能量守恒定律是自然界普遍規(guī)律，某一個形式能是否守恒是有條件.3.第一類永動機是不可能制成，它違反了

.轉移轉移能量守恒定律6/55三、熱力學第二定律1.熱力學第二定律兩種表述(1)克勞修斯表述：熱量不能

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，而不產生其它影響.或表述為“

永動機是不可能制成.”2.用熵概念表示熱力學第二定律在任何自然過程中，一個孤立系統(tǒng)總熵不會.3.熱力學第二定律微觀意義一切自發(fā)過程總是沿著分子熱運動

增大方向進行.4.第二類永動機不可能制成原因是違反了

.自發(fā)地第二類減小無序性熱力學第二定律7/551.判斷以下說法是否正確.(1)為了增加物體內能，必須對物體做功或向它傳遞熱量，做功和熱傳遞實質是相同.(

)(2)絕熱過程中，外界壓縮氣體做功20J，氣體內能可能不變.(

)(3)在給自行車打氣時，會發(fā)覺打氣筒溫度升高，這是因為打氣筒從外界吸熱.(

)(4)能夠從單一熱源吸收熱量，使之完全變成功.(

)×√××基礎題組自測8/552.一定質量理想氣體在某一過程中，外界對氣體做功7.0×104J，氣體內能降低1.3×105J，則此過程A.氣體從外界吸收熱量2.0×105JB.氣體向外界放出熱量2.0×105JC.氣體從外界吸收熱量6.0×104JD.氣體向外界放出熱量6.0×104J答案√9/553.木箱靜止于水平地面上，現(xiàn)在用一個80N水平推力推進木箱前進10m，木箱受到摩擦力為60N，則轉化為木箱與地面系統(tǒng)內能U和轉化為木箱動能Ek分別是A.U＝200J，Ek＝600JB.U＝600J，Ek＝200JC.U＝600J，Ek＝800JD.U＝800J，Ek＝200J答案解析U＝Ffx＝60×10J＝600JEk＝F·x－U＝80×10J－600J＝200J√10/554.(人教版選修3－3P61第2題改編)以下現(xiàn)象中能夠發(fā)生是A.一杯熱茶在打開杯蓋后，茶會自動變得更熱B.蒸汽機把蒸汽內能全部轉化成機械能C.桶中混濁泥水在靜置一段時間后，泥沙下沉，上面水變清，泥、

水自動分離D.電冰箱通電后把箱內低溫物體熱量傳到箱外高溫物體答案√√11/555.(粵教版選修3－3P73第3題)在一個密閉隔熱房間里，有一電冰箱正在工作，假如打開電冰箱門，過一段時間后房間溫度會A.降低 B.不變C.升高 D.無法判斷答案√12/552命題點一

熱力學第一定律與能量守恒定律13/551.熱力學第一定律不但反應了做功和熱傳遞這兩種改變內能過程是等效，而且給出了內能改變量和做功與熱傳遞之間定量關系.此定律是標量式，應用時功、內能、熱量單位應統(tǒng)一為國際單位焦耳.2.三種特殊情況(1)若過程是絕熱，則Q＝0，W＝ΔU，外界對物體做功等于物體內能增加；(2)若過程中不做功，即W＝0，則Q＝ΔU，物體吸收熱量等于物體內能增加；(3)若過程初、末狀態(tài)物體內能不變，即ΔU＝0，則W＋Q＝0或W＝－Q，外界對物體做功等于物體放出熱量.14/55

(·全國Ⅲ卷·33(1))關于氣體內能，以下說法正確是A.質量和溫度都相同氣體，內能一定相同B.氣體溫度不變，整體運動速度越大，其內能越大C.氣體被壓縮時，內能可能不變D.一定量某種理想氣體內能只與溫度相關E.一定量某種理想氣體在等壓膨脹過程中，內能一定增加【例1】答案解析√√√分子可能個數(shù)不一樣宏觀運動和微觀運動沒相關系依據(jù)

＝C可知，假如等溫壓縮，則內能不變；等壓膨脹，溫度增大，內能一定增大.15/55題組階梯突破1.對于一定質量理想氣體，以下說法正確是A.保持氣體壓強不變，改變其體積，能夠實現(xiàn)其內能不變B.保持氣體壓強不變，改變其溫度，能夠實現(xiàn)其內能不變C.若氣體溫度逐步升高，則其壓強能夠保持不變D.氣體溫度每升高1K所吸收熱量與氣體經(jīng)歷過程相關E.當氣體體積逐步增大時，氣體內能一定減小答案解析√√16/55一定質量某種理想氣體內能只與溫度相關系，溫度改變則其內能一定改變，B項錯；保持氣體壓強不變，改變其體積，則其溫度一定改變，故內能改變，A項錯誤；氣體溫度升高同時，若其體積也逐步變大，由理想氣體狀態(tài)方程

＝C可知，則其壓強能夠不變，C項正確；由熱力學第一定律ΔU＝Q＋W知，氣體溫度每升高1K所吸收熱量Q與做功W相關，即與氣體經(jīng)歷過程相關，D選項正確；當氣體做等溫膨脹時，其內能不變，E項錯.故C、D正確.17/552.(·北京理綜·13)以下說法正確是A.物體放出熱量，其內能一定減小B.物體對外做功，其內能一定減小C.物體吸收熱量，同時對外做功，其內能可能增加D.物體放出熱量，同時對外做功，其內能可能不變答案解析√由ΔU＝W＋Q可知，A、B選項：內能改變有兩種方式，所以內能不一定減小；C選項：吸熱Q＞0，同時對外做功W＜0，W＋Q可正、可負、還可為0，所以內能可能增加；D選項：放熱Q＜0，同時對外做功W＜0，所以ΔU＜0，即內能一定減小。18/553命題點二

熱力學第二定律19/551.熱力學第二定律涵義(1)“自發(fā)地”指明了熱傳遞等熱力學宏觀現(xiàn)象方向性，不需要借助外界提供能量幫助.(2)“不產生其它影響”涵義是發(fā)生熱力學宏觀過程只在本系統(tǒng)內完成，對周圍環(huán)境不產生熱力學方面影響，如吸熱、放熱、做功等.在產生其它影響條件下內能能夠全部轉化為機械能，如氣體等溫膨脹過程.2.熱力學第二定律實質熱力學第二定律每一個表述，都揭示了大量分子參加宏觀過程方向性，進而使人們認識到自然界中進行包括熱現(xiàn)象宏觀過程都含有方向性.20/553.熱力學過程方向性實例高溫物體低溫物體低溫物體.功熱.能自發(fā)地完全轉化為不能自發(fā)地轉化為氣體體積V1氣體體積V2(較大).能自發(fā)膨脹到不能自發(fā)收縮到不一樣氣體A和B混合氣體AB.能自發(fā)混合成不能自發(fā)分離成熱量Q能自發(fā)傳給熱量Q不能自發(fā)傳給21/554.熱力學第一、第二定律比較

熱力學第一定律熱力學第二定律定律揭示問題它從能量守恒角度揭示了功、熱量和內能改變量三者定量關系它指出自然界中出現(xiàn)過程是有方向性機械能和內能轉化當摩擦力做功時，機械能能夠全部轉化為內能內能不可能在不引發(fā)其它改變情況下完全變成機械能表述形式只有一個表述形式有各種表述形式兩定律關系在熱力學中，二者既相互獨立，又互為補充，共同組成了熱力學知識理論基礎22/555.兩類永動機比較

第一類永動機第二類永動機設計要求不需要任何動力或燃料，卻能不停地對外做功機器從單一熱源吸收熱量，使之完全變成功，而不產生其它影響機器不可能制成原因違反能量守恒定律不違反能量守恒定律，違反熱力學第二定律23/55

(·全國Ⅰ卷·33(1))關于熱力學定律，以下說法正確是A.氣體吸熱后溫度一定升高B.對氣體做功能夠改變其內能C.理想氣體等壓膨脹過程一定放熱D.熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體E.假如兩個系統(tǒng)分別與狀態(tài)確定第三個系統(tǒng)到達熱平衡，那么這兩個

系統(tǒng)彼此之間也必定到達熱平衡【例2】答案√√√24/55題組階梯突破3.依據(jù)熱力學定律，以下說法正確是A.電冰箱工作表明，熱量能夠從低溫物體向高溫物體傳遞B.空調機在制冷過程中，從室內吸收熱量少于向室外放出熱量C.科技不停進步使得人類有可能生產出從單一熱源吸熱全部用來對外

做功而不引發(fā)其它改變熱機D.即使沒有漏氣、摩擦、無須要散熱等損失，熱機也不能夠把燃料產

生內能全部轉化為機械能E.對能源過分消耗使自然界能量不停降低，形成“能源危機”答案解析√√√違反熱力學第二定律總能量守恒25/554.關于熱力學定律，以下說法正確是A.熱量能夠自發(fā)地從高溫物體傳到低溫物體B.不可能使熱量從低溫物體傳向高溫物體C.第二類永動機違反了熱力學第二定律D.氣體向真空膨脹過程是不可逆過程E.功轉變?yōu)闊釋嶋H宏觀過程是可逆過程答案√√√26/554命題點三

熱力學定律與氣體試驗定律綜合27/55處理熱力學定律與氣體試驗定律綜合問題基本思緒28/55

(·全國Ⅱ卷·33(1))一定量理想氣體從狀態(tài)a開始，經(jīng)歷等溫或等壓過程ab、bc、cd、da回到原狀態(tài)，其pT圖象如圖所表示，其中對角線ac延長線過原點O.以下判斷正確是A.氣體在a、c兩狀態(tài)體積相等B.氣體在狀態(tài)a時內能大于它在狀態(tài)c時內能C.在過程cd中氣體向外界放出熱量大于外界對氣體做功D.在過程da中氣體從外界吸收熱量小于氣體對外界做功E.在過程bc中外界對氣體做功等于在過程da中氣體對外界做功【例3】答案解析分析√√√題眼T不變相等T升高大于29/55

一定質量理想氣體被活塞封閉在汽缸內，如圖所表示水平放置.活塞質量m＝20kg，橫截面積S＝100cm2，活塞可沿汽缸壁無摩擦滑動但不漏氣，開始使汽缸水平放置，活塞與汽缸底距離L1＝12cm，離汽缸口距離L2＝3cm.外界氣溫為27℃，大氣壓強為1.0×105Pa，將汽缸遲緩地轉到開口向上豎直位置，待穩(wěn)定后對缸內氣體逐步加熱，使活塞上表面剛好與汽缸口相平，已知g＝10m/s2，求：(1)此時氣體溫度為多少？(2)在對缸內氣體加熱過程中，氣體膨脹對外做功，同時吸收Q＝370J熱量，則氣體增加內能ΔU多大？【例4】答案解析分析答案450K310J題眼①題眼②30/55(1)當汽缸水平放置時，p0＝1.0×105Pa，V0＝L1S，T0＝(273＋27)K＝300K當汽缸口朝上，活塞抵達汽缸口時，活塞受力分析如圖所表示，有p1S＝p0S＋mgV1＝(L1＋L2)S31/55(2)當汽缸口向上，未加熱穩(wěn)定時：由玻意耳定律得p0L1S＝p1LS加熱后，氣體做等壓改變，外界對氣體做功為W＝－p0(L1＋L2－L)S－mg(L1＋L2－L)＝－60J依據(jù)熱力學第一定律ΔU＝W＋Q得ΔU＝310J.32/55題組階梯突破5.一定質量理想氣體經(jīng)歷了如圖所表示A→B→C→D→A循環(huán)，該過程每個狀態(tài)視為平衡態(tài)，各狀態(tài)參數(shù)如圖所表示.A狀態(tài)壓強為1×105Pa，求：(1)B狀態(tài)溫度；答案解析A到B過程中，壓強保持不變，代入數(shù)據(jù)解得TB＝

＝600K600K33/55(2)完成一次循環(huán)，氣體與外界熱交換熱量.答案解析放熱150JA到B過程中，W1＝－pA(VB－VA)解得W1＝－100JB到C過程中，體積保持不變，

解得pC＝2.5×105PaC到D過程中，W2＝pC(VB－VA)解得W2＝250JW＝W1＋W2＝150J理想氣體從A狀態(tài)完成一次循環(huán)，回到A狀態(tài)，始末溫度不變，所以內能不變.ΔU＝W＋Q解得Q＝－150J故完成一次循環(huán)，氣體向外界放熱150J.34/556.如圖所表示，用輕質活塞在汽缸內封閉一定質量理想氣體，活塞與汽缸壁間摩擦忽略不計，開始時活塞距離汽缸底部高度H1＝0.60m，氣體溫度T1＝300K；現(xiàn)給汽缸遲緩加熱至T2＝480K，活塞遲緩上升到距離汽缸底部某一高度H2處，此過程中缸內氣體增加內能ΔU＝300J.已知大氣壓強p0＝1.0×105Pa，活塞橫截面積S＝5.0×10－3m2.求：(1)活塞距離汽缸底部高度H2；答案解析0.96m氣體做等壓改變：解得H2＝0.96m35/55(2)此過程中缸內氣體吸收熱量Q.答案解析在氣體膨脹過程中，

氣體對外做功為：W0＝p0ΔV＝[1.0×105×(0.96－0.60)×5.0×10－3]J＝180J依據(jù)熱力學第一定律可得氣體內能改變量為ΔU＝－W0＋Q得Q＝ΔU＋W0＝480J.480J36/55課時作業(yè)537/551.在裝有食品包裝袋中充入氮氣，然后密封進行加壓測試，測試時，對包裝袋遲緩施加壓力，將袋內氮氣視為理想氣體，在加壓測試過程中，以下說法中正確是A.包裝袋內氮氣壓強增大B.包裝袋內氮氣內能不變C.包裝袋內氮氣對外做功D.包裝袋內氮氣放出熱量E.包裝袋內氮氣全部分子運動速率都保持不變答案√√√1234567838/552.以下說法中正確是A.物體速度增大，則分子動能增大，內能也增大B.一定質量氣體體積增大，但既不吸熱也不放熱，內能減小C.相同質量兩種物體，提升相同溫度，內能增量一定相同D.物體內能與物體溫度和體積都相關系E.凡是與熱現(xiàn)象相關宏觀過程都含有方向性答案解析√√√1234567839/55速度增大，不會改變物體分子動能，故A錯誤；體積增大時，氣體對外做功，不吸熱也不放熱時，內能減小，故B正確；質量相同，但物體物質量不一樣，故溫度提升相同溫度時，內能增量不一定相同，故C錯誤；物體內能取決于物體溫度和體積，故D正確；由熱力學第二定律可知，凡是與熱現(xiàn)象相關宏觀過程都含有方向性，故E正確.1234567840/553.依據(jù)你學過熱學中相關知識，判斷以下說法中正確是A.機械能能夠全部轉化為內能，內能也能夠全部用來做功轉化成機械能B.凡與熱現(xiàn)象相關宏觀過程都含有方向性，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.盡管科技不停進步，熱機效率仍不能到達100%，制冷機卻能夠使溫

度降到－293℃D.第一類永動機違反能量守恒定律，第二類永動機不違反能量守恒定律，

伴隨科技進步和發(fā)展，第二類永動機能夠制造出來答案解析12345678√41/55機械能能夠全部轉化為內能，而內能在引發(fā)其它改變時也能夠全部轉化為機械能，A正確；凡與熱現(xiàn)象相關宏觀過程都含有方向性，在熱傳遞中，熱量能夠自發(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，但必須借助外界幫助，B錯誤；盡管科技不停進步，熱機效率仍不能到達100%，制冷機也不能使溫度降到－293℃，只能無限靠近－273.15℃，C錯誤；第一類永動機違反能量守恒定律，第二類永動機不違反能量守恒定律，而是違反了熱力學第二定律，第二類永動機不可能制造出來，D錯誤.1234567842/554.關于兩類永動機和熱力學兩個定律，以下說法正確是A.第二類永動機不可能制成是因為違反了熱力學第一定律B.第一類永動機不可能制成是因為違反了熱力學第二定律C.由熱力學第一定律可知做功不一定改變內能，熱傳遞也不一定改變內

能，但同時做功和熱傳遞一定會改變內能D.由熱力學第二定律可知熱量從低溫物體傳向高溫物體是可能，從單

一熱源吸收熱量，完全變成功也是可能答案解析√1234567843/55第一類永動機違反能量守恒定律，第二類永動機違反熱力學第二定律，A、B錯；由熱力學第一定律可知W≠0，Q≠0，但ΔU＝W＋Q能夠等于0，C錯；由熱力學第二定律可知D中現(xiàn)象是可能，但會引發(fā)其它改變，D對.1234567844/555.(·福建·29(2))如圖，一定質量理想氣體，由狀態(tài)a經(jīng)過ab過程抵達狀態(tài)b或者經(jīng)過ac過程抵達狀態(tài)c.設氣體在狀態(tài)b和狀態(tài)c溫度分別為Tb和Tc，在過程ab和ac中吸收熱量分別為Qab和Qac，則A.Tb＞Tc，Qab＞QacB.Tb＞Tc，Qab＜QacC.Tb＝Tc，Qab＞QacD.Tb＝Tc，Qab＜Qac答案解析√1234567845/55a→b過程為等壓改變，由蓋－呂薩克定律得：

，得Tb＝2Ta，a→c過程為等容改變，由查理定律得：

，得Tc＝2Ta，所以Tb＝Tc.由熱力學第一定律，a→b：Wab＋Qab＝Δuaba→c：Wac＋Qac＝ΔUac又Wab＜0，Wac＝0，ΔUab＝ΔUac>0，則有Qab＞Qac，故C項正確.1234567846/556.如圖所表示，一定質量理想氣體從狀態(tài)A改變到狀態(tài)B，再由狀態(tài)B改變到狀態(tài)C.已知狀態(tài)A溫度為300K.(1)求氣體在狀態(tài)B溫度；答案解析由理想氣體狀態(tài)方程解得氣體在狀態(tài)B溫度TB＝1200K1200K1234567847/55(2)由狀態(tài)B改變到狀態(tài)C過程中，氣體是吸熱還是放熱？簡明說明理由.答案解析由B→C，氣體做等容改變，由查理定律得：TC＝600K氣體由B到C為等容改變，不做功，但溫度降低，內能減小，依據(jù)熱力學第一定律，ΔU＝W＋Q，可知氣體要放熱.放熱，理由看法析1234567848/557.如圖所表示，體積為V、內壁光滑圓柱形導熱汽缸頂部有一質量和厚度均可忽略活塞；汽缸內密封有溫度為2.4T0、壓強為1.2p0理想氣體，p0與T0分別為大氣壓強和溫度.已知：氣體內能U與溫度T關系為U＝αT，α為正常量；容器內氣體全部改變過程都是遲緩.求：(1)汽