2022屆高考物理一輪復習12.3熱力學定律與能量守恒定律學案新人教版

第3講熱力學定律與能量守恒定律知識點一熱力學第一定律1．改變物體內(nèi)能的兩種方式(1)________．(2)________．2．熱力學第一定律(1)內(nèi)容：一個熱力學系統(tǒng)的內(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)表達式：ΔU＝________．知識點二能量守恒定律1．內(nèi)容能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，它只能從一種形式________為另一種形式，或者是從一個物體________到別的物體，在________或________的過程中，能量的總量保持不變．2．第一類永動機是不可能制成的，它違背了________．知識點三熱力學第二定律1．熱力學第二定律的三種表述(1)克勞修斯表述：熱量不能自發(fā)地從__________物體傳到__________物體．(2)開爾文表述：如圖甲所示，不可能從單一熱源________熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生________．或表述為“第二類永動機不可能制成〞．(3)用熵的概念表示熱力學第二定律如圖乙所示，用熵的概念表述：在任何自然過程中，一個孤立系統(tǒng)的總熵不會________(熱力學第二定律又叫做熵增加原理)．2．熱力學第二定律的微觀意義：一切自發(fā)過程總是沿著分子熱運動的無序性________的方向進行．,思考辨析(1)做功和熱傳遞的實質(zhì)是相同的．()(2)絕熱過程中，外界壓縮氣體做功20J，氣體的內(nèi)能一定減少．()(3)物體吸收熱量，同時對外做功，內(nèi)能可能不變．()(4)自由擺動的秋千擺動幅度越來越小，能量正在消失．()(5)盡管技術不斷進步，熱機的效率仍不能到達100%，制冷機卻可以使溫度降到－283℃.()(6)對能源的過度消耗將使自然界的能量不斷減少，形成能源危機．()(7)在給自行車打氣時，會發(fā)現(xiàn)打氣筒的溫度升高，這是因為外界對氣體做功．()(8)熱機中，燃氣的內(nèi)能可以全部變?yōu)闄C械能而不引起其他變化．()考點一熱力學第一定律的理解和應用自主演練1．對公式ΔU＝Q＋W符號的規(guī)定符號WQΔU＋外界對物體做功物體吸收熱量內(nèi)能增加－物體對外界做功物體放出熱量內(nèi)能減少2.幾種特殊情況(1)假設過程是絕熱的，那么Q＝0，W＝ΔU，外界對物體做的功等于物體內(nèi)能的增加量．(2)假設過程中不做功，即W＝0，那么Q＝ΔU，物體吸收的熱量等于物體內(nèi)能的增加量．(3)假設過程的始末狀態(tài)物體的內(nèi)能不變，即ΔU＝0，那么W＋Q＝0或W＝－Q，外界對物體做的功等于物體放出的熱量．[多維練透]1．[2021·銀川市一模](多項選擇)夏天，從湖底形成的一個氣泡，在緩慢上升到湖面的過程中沒有破裂．假設接近水面，湖內(nèi)水的溫度越高，大氣壓強沒有變化，將氣泡內(nèi)氣體看做理想氣體．那么上升過程中，以下說法正確的選項是()A．氣泡內(nèi)氣體對外界做功B．氣泡內(nèi)每個氣體分子的動能都變大C．氣泡內(nèi)氣體從外界吸收熱量D．氣泡內(nèi)氣體的壓強可能不變2．一定質(zhì)量的理想氣體在某一過程中，外界對氣體做功7.0×104J，氣體內(nèi)能減少1.3×105J，那么此過程()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6.0×104J3．[2021·天津卷]水槍是孩子們喜愛的玩具，常見的氣壓式水槍儲水罐示意如圖．從儲水罐充氣口充入氣體，到達一定壓強后，關閉充氣口．扣動扳機將閥門M翻開，水即從槍口噴出．假設在水不斷噴出的過程中，罐內(nèi)氣體溫度始終保持不變，那么氣體()A．壓強變大B．對外界做功C．對外界放熱D．分子平均動能變大考點二熱力學定律與氣體實驗定律的綜合應用師生共研氣態(tài)變化中的做功、內(nèi)能、熱量的判斷方法(1)做功情況看體積體積V減小→外界對氣體做功→W>0；體積V增大→氣體對外界做功→W<0；自由膨脹→W＝0；(2)內(nèi)能變化看溫度溫度T升高→內(nèi)能增加→ΔU>0；溫度T降低→內(nèi)能減少→ΔU<0；(3)吸(放)熱看定律先判斷做功和內(nèi)能變化，再根據(jù)熱力學第一定律ΔU＝Q＋W，確定吸(放)熱．特別注意：吸(放)熱不能直接根據(jù)溫度變化判斷．題型1|熱力學第一定律與圖像的綜合應用例1[2021·新高考山東卷]一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a開始，經(jīng)a→b、b→c、c→a三個過程后回到初始狀態(tài)a，其p-V圖像如下圖．三個狀態(tài)的坐標分別為a(V0，2p0)、b(2V0，p0)、c(3V0，2p0).以下判斷正確的選項是()A.氣體在a→b過程中對外界做的功小于在b→c過程中對外界做的功B．氣體在a→b過程中從外界吸收的熱量大于在b→c過程中從外界吸收的熱量C．在c→a過程中，外界對氣體做的功小于氣體向外界放出的熱量D．氣體在c→a過程中內(nèi)能的減少量大于b→c過程中內(nèi)能的增加量例2[2021·四川成都一診]如下圖，密封有一定質(zhì)量理想氣體的圓柱形汽缸豎直放置，汽缸的高度H＝30cm，缸體內(nèi)底面積S＝200cm2，缸體質(zhì)量M＝10kg.彈簧下端固定在水平桌面上，上端連接活塞，當缸內(nèi)氣體溫度T0＝280K時，缸內(nèi)氣體高h＝20cm.現(xiàn)緩慢加熱氣體，使活塞最終恰好靜止在缸口(未漏氣)，此過程中缸內(nèi)氣體吸收的熱量為Q＝450J．大氣壓強恒為p0＝1×105Pa，重力加速度g＝10m/s2，不計活塞質(zhì)量、厚度及活塞與缸壁的摩擦，且汽缸底部及活塞外表始終保持水平．求：(1)活塞最終靜止在缸口時，缸內(nèi)氣體的溫度；(2)加熱過程中，缸內(nèi)氣體內(nèi)能的增加量．練1[2021·四川綿陽一診](多項選擇)一定質(zhì)量的理想氣體的狀態(tài)變化圖像如下圖，它由狀態(tài)a經(jīng)過狀態(tài)b到狀態(tài)c.關于這一過程，以下說法正確的有()A．理想氣體的體積先增大后保持不變B．理想氣體的體積一直增大C．理想氣體的內(nèi)能先增大后保持不變D．外界對理想氣體做功，理想氣體放出熱量練2[2021·湖南長郡中學月考](多項選擇)一定質(zhì)量的理想氣體由狀態(tài)A經(jīng)狀態(tài)B變化到狀態(tài)C的p-V圖像如下圖．假設在狀態(tài)A時，理想氣體的溫度為320K，那么以下說法正確的選項是(1atm＝1×105Pa)()A．氣體在B狀態(tài)時的溫度為720KB．氣體分子在狀態(tài)A的平均動能大于在狀態(tài)C的平均動能C．從狀態(tài)A到狀態(tài)C的過程中氣體對外做功D．從狀態(tài)A到狀態(tài)C的過程中氣體吸收的熱量為900J練3[2021·陜西西安中學一模]如下圖，上端封閉、下端開口的玻璃管豎直放置，管長55cm，其中有一段長為6cm的水銀柱，將長為20cm的氣體A封閉在管的上部，氣體B和大氣連通．現(xiàn)用一小活塞將管口封住，并將活塞緩慢往上壓，當水銀柱上升4cm時停止上壓．外界大氣壓恒為76cmHg，上壓過程氣體溫度保持不變，A、B均為理想氣體．(1)求氣體A、B末狀態(tài)的壓強；(2)試分析此過程中氣體B是吸熱還是放熱？題后反思熱力學第一定律在玻璃管、汽缸類問題中的應用(1)首先要會處理玻璃管、汽缸類的熱學計算問題，能求出氣體狀態(tài)參量；(2)明確做功與氣體體積變化的關系；(3)理清內(nèi)能變化與氣體溫度變化的關系，然后根據(jù)pVT(4)最后根據(jù)ΔU＝W＋Q討論氣體吸熱還是放熱．考點三熱力學第二定律的理解應用自主演練1．對熱力學第二定律的理解(1)在熱力學第二定律的表述中，“自發(fā)地〞“不產(chǎn)生其他影響〞的含義：①“自發(fā)地〞指明了熱傳遞等熱力學宏觀現(xiàn)象的方向性，不需要借助外界提供能量；②“不產(chǎn)生其他影響〞的含義是指發(fā)生的熱力學宏觀過程只在本系統(tǒng)內(nèi)完成，對周圍環(huán)境不產(chǎn)生熱力學方面的影響，如吸熱、放熱、做功等．(2)熱力學第二定律的實質(zhì)：熱力學第二定律的每一種表述，都揭示了一切與熱現(xiàn)象有關的宏觀過程都具有方向性，即一切與熱現(xiàn)象有關的宏觀自然過程都是不可逆的．2．熱力學過程方向性實例(1)高溫物體熱量能自發(fā)傳給,熱量不能自發(fā)傳給低溫物體．(2)功能自發(fā)地完全轉化為,不能自發(fā)地完全轉化為熱．(3)氣體體積V1能自發(fā)膨脹到,不能自發(fā)收縮到氣體體積V2(V1<V2)．(4)不同氣體A和B能自發(fā)混合成,不能自發(fā)別離成混合氣體AB.[多維練透]4．[2021·全國卷Ⅱ，33(1)]以下關于能量轉換過程的表達，違背熱力學第一定律的有________，不違背熱力學第一定律、但違背熱力學第二定律的有____________．(填正確答案標號)A．汽車通過燃燒汽油獲得動力并向空氣中散熱B．冷水倒入保溫杯后，冷水和杯子的溫度都變得更低C．某新型熱機工作時將從高溫熱源吸收的熱量全部轉化為功，而不產(chǎn)生其他影響D．冰箱的制冷機工作時從箱內(nèi)低溫環(huán)境中提取熱量散發(fā)到溫度較高的室內(nèi)5．(多項選擇)根據(jù)熱力學第二定律，以下說法中正確的選項是()A．不可能從單一熱庫吸收熱量并把它全部用來做功，而不引起其他變化B．沒有冷凝器，只有單一的熱庫，能從單一熱庫吸收熱量全部用來做功，而不引起其他變化的熱機是可以實現(xiàn)的C．制冷系統(tǒng)將冰箱里的熱量傳到外界較高溫度的空氣中而不引起其他變化D．不可能使熱量由低溫物體傳到高溫物體，而不引起其他變化第3講熱力學定律與能量守恒定律根底落實知識點一1．(1)做功(2)熱傳遞2．(2)Q＋W知識點二1．轉化轉移轉化轉移2．能量守恒定律知識點三1．(1)低溫高溫(2)吸收其他影響(3)減小2．增大思考辨析(1)×(2)×(3)√(4)×(5)×(6)×(7)√(8)×考點突破1．解析：氣泡上升過程中，溫度升高，壓強減小，那么根據(jù)pVT＝C可知，體積變大，氣體對外做功，選項A正確；氣泡的溫度升高，那么氣體分子的平均動能變大，并非氣泡內(nèi)每個氣體分子的動能都變大，選項B錯誤；氣體溫度升高，內(nèi)能變大，氣體對外界做功，根據(jù)ΔU＝W＋Q答案：AC2．答案：B3．解析：在水向外不斷噴出的過程中，罐內(nèi)氣體體積增大，那么氣體對外做功，根據(jù)玻意耳定律可知，罐內(nèi)氣體的壓強減小，選項A錯誤，B正確；由于罐內(nèi)氣體溫度不變，對外做功，故氣體從外界吸熱，選項C錯誤；根據(jù)溫度是分子平均動能的標志可知，溫度不變，分子平均動能不變，選項D錯誤．答案：B例1解析：氣體在a→b過程中體積增大，氣體對外做功，在b→c過程中體積增大，氣體對外做功，根據(jù)p-V圖像與橫軸所圍的面積表示做的功可知，在這兩個過程中氣體對外做的功相等，選項A錯誤；氣體在a→b過程中體積增大，氣體對外做功，由理想氣體狀態(tài)方程可知，a、b兩個狀態(tài)溫度相等，內(nèi)能不變，由熱力學第一定律可知吸收的熱量等于氣體對外做的功；氣體在b→c過程中體積增大，氣體對外做功，由理想氣體狀態(tài)方程可知，c狀態(tài)的溫度高于b狀態(tài)的溫度，內(nèi)能增加，由熱力學第一定律可知吸收的熱量等于氣體對外做的功與內(nèi)能增加量之和，即氣體在a→b過程中吸收的熱量小于氣體在b→c過程中吸收的熱量，選項B錯誤；氣體在c→a的過程中，體積減小，溫度降低，外界對氣體做功，內(nèi)能減小，根據(jù)熱力學第一定律，外界對氣體做的功小于氣體放出的熱量，選項C正確；由理想氣體狀態(tài)方程可知，a、b兩個狀態(tài)溫度相等，內(nèi)能相等，所以氣體在c→a的過程中內(nèi)能的減少量等于氣體在b→c過程中內(nèi)能的增加量，選項D錯誤．答案：C例2解析：此題考查蓋-呂薩克定律、熱力學第一定律的綜合應用．(1)加熱過程為等壓變化，設缸內(nèi)氣體的末態(tài)溫度為T，初態(tài)溫度為T0＝280K，由蓋-呂薩克定律有hST0＝代入數(shù)據(jù)解得T＝420K.(2)設缸內(nèi)氣體的壓強為p，對汽缸由平衡條件有Mg＋p0S＝pS，加熱過程氣體對外做功W＝pS(H－h(huán))，那么外界對氣體做功為W′＝－W，由熱力學第一定律有ΔU＝W′＋Q，代入數(shù)據(jù)解得ΔU＝240J.答案：(1)420K(2)240J練1解析：此題考查p-T圖像、熱力學第一定律、理想氣體狀態(tài)方程的綜合應用．由理想氣體狀態(tài)方程pVT＝C可知，由狀態(tài)a到狀態(tài)b，壓強不變，溫度升高，體積增大；由狀態(tài)b到狀態(tài)c，溫度不變，壓強減小，體積增大．所以氣體體積一直增大，選項A錯誤，B正確；一定質(zhì)量理想氣體的內(nèi)能由溫度決定，由狀態(tài)a經(jīng)過狀態(tài)b到狀態(tài)c，溫度先升高后不變，所以氣體內(nèi)能先增大后保持不變，選項C正確；由狀態(tài)a經(jīng)過狀態(tài)b到狀態(tài)c，體積一直增大，所以理想氣體對外做功；又內(nèi)能先增大后保持不變，由熱力學第一定律ΔU＝W＋Q答案：BC練2解析：此題考查p-V圖像、熱力學第一定律、理想氣體狀態(tài)方程、功的計算的綜合應用．根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程pAVATA＝pBVBTB，代入數(shù)據(jù)得TB＝720K，選項A正確；由題圖可得pAVA＝PCVC，所以TA＝TC，溫度是分子平均動能的標志，所以狀態(tài)A與狀態(tài)C理想氣體分子的平均動能相等，選項B錯誤；從狀態(tài)A到狀態(tài)C的過程，氣體體積增大，氣體對外做功，選項C正確；TA＝TC，A、C兩個狀態(tài)理想氣體內(nèi)能相等，A到C過程ΔU＝0，p-V圖線與V軸圍成的面積表示做功的大小，所以從A到C過程，外界對氣體做的功W＝－[3+4×1052×2×10－3＋3+1×105關鍵點撥：解答此題的關鍵是根據(jù)體積變化判斷氣體做功情況，進而根據(jù)熱力學第一定律計算吸、放熱．答案：ACD練3解析：此題考查玻意耳定律、熱力學第一定律的綜合應用．(1)設氣體A初態(tài)的壓強為pA，活塞的橫截面積為S，pA＋p柱＝p0，末態(tài)時氣體A的長度為l′A，l′A＝lA－Δl，氣體A發(fā)生等溫變化，有pAlAS＝p′Al′AS，解得p′A＝87.5cmHg，設氣體B的末態(tài)壓強為p′B，可得p′B＝p′