第十三單元課時(shí)3熱力學(xué)定律

1、2021新亮劍高考總復(fù)習(xí)選修3-3第十三單元課時(shí)3熱力學(xué)定律1磨劍課前自學(xué)目錄2CONTENTS悟劍課堂精講目 錄 磨劍課前自學(xué)必備知識(shí)基礎(chǔ)過關(guān)磨劍課前自學(xué)悟劍課堂精講目 錄必備知識(shí)基礎(chǔ)過關(guān)考點(diǎn)巧講第4頁(yè)一、熱力學(xué)第一定律和能量守恒定律1.熱力學(xué)第一定律(1)內(nèi)容:一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)能增量等于外界向它傳遞的熱(2)表達(dá)式:U= Q+W。2.能的轉(zhuǎn)化和守恒定律(1)內(nèi)容能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生,也不會(huì)憑空消失,它只能從一種形式轉(zhuǎn) 到另一個(gè)物體,在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中能量的總量保持不變。量與外界對(duì)它所做的功的和?；癁榱硪环N形式,或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移目 錄必備知識(shí)基礎(chǔ)過關(guān)考點(diǎn)巧講第5頁(yè)(2)能源的利用存在能量

2、耗散和品 質(zhì)下降。重視利用能源時(shí)對(duì)環(huán)境的影響。要開發(fā)新能源(如太陽能、生物質(zhì)能、風(fēng)能等)。(3)第一類永動(dòng)機(jī):違背能量守恒定律的機(jī)器被稱為第一類永動(dòng)機(jī)。它是不可能制成的。目 錄必備知識(shí)基礎(chǔ)過關(guān)考點(diǎn)巧講第6頁(yè)二、熱力學(xué)第二定律1.常見的兩種表述(1) 克勞修斯表述:熱量不能自發(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(kù)吸收熱量,使之完全變成功,而不產(chǎn)生其他影響。2.第二類永動(dòng)機(jī):違背宏觀熱現(xiàn)象方向性的機(jī)器被稱為第二類永動(dòng)機(jī)。這類永動(dòng)機(jī)不違背能量守恒 定律,但它違背了熱力學(xué)第二定律,也是不可能制成的。目 錄必備知識(shí)考點(diǎn)巧講基礎(chǔ)過關(guān)第7頁(yè)1.(2019 年湖北武漢單元檢測(cè))(多選

3、)在熱力學(xué)第一定律的表達(dá)式 U=W+Q 中,關(guān)于U、W、Q 各個(gè)物理量的正、負(fù),下列說法中正確的是(BCE )。A.外界對(duì)物體做功時(shí) W 為負(fù),內(nèi)能增加時(shí) U 為正B. 物體對(duì)外界做功時(shí) W 為負(fù),吸熱時(shí) Q 為正C. 吸熱時(shí) Q 為正,內(nèi)能增加時(shí)U 為正D. 吸熱時(shí) Q 為負(fù),內(nèi)能增加時(shí)U 為負(fù)E. 外界對(duì)物體做功時(shí) W 為正,吸熱時(shí) Q 為正,內(nèi)能增加時(shí)U 為正目 錄必備知識(shí)考點(diǎn)巧講基礎(chǔ)過關(guān)第8頁(yè)2.(人教版選修 3-3 習(xí)題改編)(多選)下列現(xiàn)象中能夠發(fā)生的是(CDE)。A. 一杯熱茶在打開杯蓋后,茶會(huì)自動(dòng)變得更熱B. 沒有摩擦的理想熱機(jī)可以把獲得的能量全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能C. 桶中混濁的泥

4、水在靜置一段時(shí)間后,泥沙下沉,上面的水變清,泥、水自動(dòng)分離D.電冰箱通電后把箱內(nèi)低溫物體的熱量傳到箱外高溫物體E.機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,內(nèi)能也可以全部用來做功轉(zhuǎn)化成機(jī)械能目 錄必備知識(shí)考點(diǎn)巧講基礎(chǔ)過關(guān)第9頁(yè)3.(2019 年陜西榆林質(zhì)量調(diào)研)(多選)關(guān)于兩類永動(dòng)機(jī)和熱力學(xué)的兩個(gè)定律,下列說法正確的是(ABE )。A.第一類永動(dòng)機(jī)不可能制成是因?yàn)檫`反了熱力學(xué)第一定律B.第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成是因?yàn)檫`反了熱力學(xué)第二定律C. 由熱力學(xué)第一定律可知,做功不一定改變內(nèi)能,熱傳遞也不一定改變內(nèi)能,但同時(shí)做功和熱傳遞一定會(huì)改變內(nèi)能D. 由熱力學(xué)第一定律可知,做功和熱傳遞改變物體內(nèi)能的效果和方式都相同E.

5、 由熱力學(xué)第二定律可知,熱量從低溫物體傳向高溫物體是可能的,從單一熱源吸收熱量,完全變成功也是可能的目 錄考點(diǎn)巧講一對(duì)熱力學(xué)第一定律的理解及應(yīng)用熱力學(xué)第一定律與氣體實(shí)驗(yàn)定律、氣態(tài)方程的綜合應(yīng)用二熱力學(xué)第二定律 悟劍課堂精講磨劍課前自學(xué)悟劍課堂精講目 錄考點(diǎn)巧講必備知識(shí)基礎(chǔ)過關(guān)第11頁(yè) 對(duì)熱力學(xué)第一定律的理解及應(yīng)用一1. 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。2. 對(duì)公式U=Q+W 符號(hào)的規(guī)定符號(hào)WQU+外界對(duì)物體做功物體吸收熱量?jī)?nèi)能增加-物體對(duì)外界做功物體放出熱量?jī)?nèi)能減少目 錄考點(diǎn)巧講必備知識(shí)基礎(chǔ)過關(guān)第12頁(yè)

6、對(duì)熱力學(xué)第一定律的理解及應(yīng)用一3.幾種特殊情況(1) 若過程是絕熱的,則 Q=0,W=U,外界對(duì)物體做的功等于物體內(nèi)能的增加量。(2) 若過程中不做功,即 W=0,則 Q=U,物體吸收的熱量等于物體內(nèi)能的增加量。(3) 若過程的始末狀態(tài)物體的內(nèi)能不變,即 U=0,則 W+Q=0 或 W=-Q。外界對(duì)物體做的功等于物體放出的熱量。目 錄考點(diǎn)巧講必備知識(shí)基礎(chǔ)過關(guān)第13頁(yè)例 12019 年全國(guó)卷,T33(1)某容器中的空氣被光滑活塞封住,容器和活塞絕熱性能良好,空氣可視為理想氣體。初始時(shí)容器中空氣的溫度與外界相同,壓強(qiáng)大于外界?，F(xiàn)使活塞緩慢移動(dòng), 直至容器中的空氣壓強(qiáng)與外界相同。此時(shí),容器中空氣的溫

7、度 (選填“高于”“低于” 或“等于”)外界溫度,容器中空氣的密度 (選填“大于”“小于”或“等于”)外界空氣的密度。低于大于目 錄考點(diǎn)巧講必備知識(shí)基礎(chǔ)過關(guān)第14頁(yè)整個(gè)過程中,容器中的空氣絕熱膨脹,對(duì)外做功,根據(jù)熱力學(xué)第一定律 U=W+Q,容器和活塞絕熱,即 Q 為零,可得內(nèi)能減小,溫度降低。容器中空氣溫度低于外界溫度,但壓強(qiáng)與外界相同,則容器中空氣的密度大于外界空氣的密度。目 錄考點(diǎn)巧講必備知識(shí)基礎(chǔ)過關(guān)第15頁(yè)(1) 氣體做功情況的判定方法若氣體體積增大,則氣體對(duì)外做功,W0。若氣體體積不變,即等容過程,則W=0。(2) 理想氣體內(nèi)能變化情況的判定方法對(duì)一定質(zhì)量的理想氣體,由于無分子勢(shì)能,其

8、內(nèi)能只包含分子無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能,其內(nèi)能只與 溫度有關(guān)。(3) 應(yīng)用熱力學(xué)第一定律時(shí),首先要明確研究對(duì)象是哪個(gè)物體或哪幾個(gè)物體組成的系統(tǒng);其次要正確掌握公式的符號(hào)法則,對(duì)已知量,必須按符號(hào)法則確定它們的正負(fù)號(hào)后,再代入公式計(jì)算;對(duì) 未知量,可先按正號(hào)代入公式,根據(jù)計(jì)算結(jié)果的正負(fù),確定問題的答案。目 錄考點(diǎn)巧講必備知識(shí)基礎(chǔ)過關(guān)第16頁(yè)思維拓展熱力學(xué)第一定律與氣體實(shí)驗(yàn)定律、氣態(tài)方程的綜合應(yīng)用1.基本思路目 錄考點(diǎn)巧講必備知識(shí)基礎(chǔ)過關(guān)第17頁(yè)思維拓展2.四種題型(1) 等壓變化:抓住氣體膨脹對(duì)外界做功 W,應(yīng)用熱力學(xué)第一定律時(shí) W 代入負(fù)值;氣體壓縮,外界對(duì)氣體做功,應(yīng)用熱力學(xué)第一定律時(shí) W 代入正

9、值。(2) 等容變化:氣體體積不變,氣體和外界之間互不做功,即 W=0,則U=Q。氣體從外界吸收的熱量等于內(nèi)能的增加量,氣體向外界放出的熱量等于內(nèi)能的減少量。(3) 等溫變化:氣體內(nèi)能不變,即 U=0,Q+W=0。氣體吸熱后體積一定增大,膨脹對(duì)外做的功等于從外界吸收的熱量;反之由于氣體被壓縮,外界對(duì)氣體所做的功等于向外釋放的熱量。(4) 絕熱過程,即 Q=0,則 W=U。氣體體積變化導(dǎo)致內(nèi)能變化,膨脹對(duì)外做的功等于氣體內(nèi)能的減少量;反之由于氣體被壓縮,外界對(duì)氣體所做的功等于內(nèi)能的增加量。目 錄考點(diǎn)巧講必備知識(shí)基礎(chǔ)過關(guān)第18頁(yè)例 2 (原創(chuàng))如圖 1 所示,橫截面積為 S 的活塞將一定質(zhì)量的理想

10、氣體,密封在內(nèi)壁光滑的圓柱形汽缸內(nèi),氣體的體積為 V、溫度為 2T0?，F(xiàn)將汽缸按圖 2 懸掛,此時(shí)氣體的體積為 2V,然后緩慢降低氣體的溫度,使氣體體積恢復(fù)到 V,已知大氣壓強(qiáng)為 p0,大氣的溫度為 T0,重力加速度為 g,氣體內(nèi)能 U 與溫度的關(guān)系為 U=aT(a 為正常數(shù))。求:(1) 活塞的質(zhì)量 m。(2) 在缸內(nèi)氣體緩慢降溫過程中,氣體放出的熱量 Q。(1)0S(2)aT +2p V0033目 錄考點(diǎn)巧講必備知識(shí)基礎(chǔ)過關(guān)第19頁(yè)(1)汽缸直立放置時(shí),氣體壓強(qiáng) p1=p0+汽缸按圖 2 懸掛時(shí),氣體壓強(qiáng) p2=p0-根據(jù)玻意耳定律,有 p1V=p22V聯(lián)立解得 m=0 S。3(2)設(shè)降溫

11、后的溫度為 T,根據(jù)蓋呂薩克定律,有 2 =20外界對(duì)氣體做功 W=p2(2V-V)由題意可知,氣體內(nèi)能減少 U=a(2T0-T)又根據(jù)熱力學(xué)第一定律 U=W+Q解得 Q=aT0+2p0V。3目 錄考點(diǎn)巧講必備知識(shí)基礎(chǔ)過關(guān)第20頁(yè)熱力學(xué)第一定律與理想氣體結(jié)合問題熱力學(xué)第一定律往往會(huì)與理想氣體問題相結(jié)合,其結(jié)合點(diǎn)在于氣體做功與體積變化的關(guān)系和內(nèi)能變化與溫度變化的關(guān)系,處理方法在于綜合應(yīng)用 =C 和熱力學(xué)第一定律,具體包括如下考點(diǎn):(1) 求氣體狀態(tài)參量,處理汽缸等類似模型的熱學(xué)計(jì)算問題。(2) 確定做功與氣體體積變化的關(guān)系。(3)厘清內(nèi)能變化與氣體溫度變化的關(guān)系,根據(jù) =C 討論壓強(qiáng)變化。(4)

12、根據(jù)熱力學(xué)第一定律討論吸、放熱情況。注意:理想氣體由于不存在分子勢(shì)能,其內(nèi)能的變化完全體現(xiàn)在分子動(dòng)能的變化上,從宏觀上看即溫度的變化目 錄考點(diǎn)巧講必備知識(shí)基礎(chǔ)過關(guān)第21頁(yè)變式 1(2019 年遼寧葫蘆島一模)(多選)回?zé)崾街评錂C(jī)是一種深低溫設(shè)備,制冷極限約 50 K。某臺(tái)回?zé)崾街评錂C(jī)工作時(shí),一定量的氦氣(可視為理想氣體)緩慢經(jīng)歷如圖所示的四個(gè)過程:已知狀 態(tài) A 和 B 的溫度均為 27 ,狀態(tài) C 和 D 的溫度均為-133 ,下列判斷正確的是(ADE )。A. 氣體由狀態(tài) A 到 B 的過程,溫度先升高后降低B. 氣體由狀態(tài) B 到 C 的過程,內(nèi)能保持不變C. 氣體由狀態(tài) C 到 D 的

13、過程,分子間的平均間距減小D. 氣體由狀態(tài) C 到 D 的過程,氣體對(duì)外做功E. 氣體由狀態(tài) D 到 A 的過程,其熱力學(xué)溫度與壓強(qiáng)成正比目 錄考點(diǎn)巧講必備知識(shí)基礎(chǔ)過關(guān)第22頁(yè)狀態(tài) A 和 B 的溫度相等,根據(jù) =C 知,經(jīng)過 A、B 的等溫線應(yīng)是過 A、B 的雙曲線,沿直線由 A 到 B,pV 先增大后減小,所以溫度先升高后降低,A 項(xiàng)正確;氣體由狀態(tài) B 到 C 的過程,體積不變,根據(jù) =C 知,壓強(qiáng)減小,溫度降低,內(nèi)能減小,B 項(xiàng)錯(cuò)誤;氣體由狀態(tài) C 到 D 的過程,體積增大,分子間的平均間距增大,故C 項(xiàng)錯(cuò)誤;氣體由狀態(tài) C 到 D 的過程,體積增大,氣體對(duì)外做功,D 項(xiàng)正確;氣體由狀

14、態(tài) D 到 A 的過程,體積不變,根據(jù) =C 知,其熱力學(xué)溫度與壓強(qiáng)成正比,E 項(xiàng)正確。目 錄考點(diǎn)巧講必備知識(shí)基礎(chǔ)過關(guān)第23頁(yè) 熱力學(xué)第二定律二1.熱力學(xué)第二定律的理解(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(duì)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。2.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。目 錄考點(diǎn)巧講必備知識(shí)基礎(chǔ)過關(guān)第24頁(yè) 熱力學(xué)第二定律3.兩類永動(dòng)機(jī)的

15、比較二4.熱力學(xué)過程的方向性實(shí)例(1) 高溫物體(2) 功低溫物體。熱。(3) 氣體體積 V1(4) 不同氣體 A 和 B氣體體積 V2(較大)?；旌蠚怏w AB。第一類永動(dòng)機(jī)第二類永動(dòng)機(jī)不需要任何動(dòng)力或燃料,卻能不斷地對(duì)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)器違背能量守恒定律,不可能制成不違背能量守恒定律,但違背熱力學(xué)第二定律,不可能制成目 錄考點(diǎn)巧講必備知識(shí)基礎(chǔ)過關(guān)第25頁(yè)例 3(2019 年湖南長(zhǎng)沙模擬)(多選)下列關(guān)于第二類永動(dòng)機(jī)說法正確的是( ACE)。A. 第二類永動(dòng)機(jī)是指沒有冷凝器,只有單一的熱源,能將從單一熱源吸收的熱量全部用來做功,而不引起其他變化

16、的熱機(jī)B. 第二類永動(dòng)機(jī)違反了能量守恒定律,所以不可能制成 C.第二類永動(dòng)機(jī)違背了熱力學(xué)第二定律,所以不可能制成D.隨著科技的發(fā)展,第二類永動(dòng)機(jī)有可能制成E.第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成,說明機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,但內(nèi)能卻不能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,而不引起其他變化目 錄考點(diǎn)巧講必備知識(shí)基礎(chǔ)過關(guān)第26頁(yè)由第二類永動(dòng)機(jī)的定義知,A 項(xiàng)正確;第二類永動(dòng)機(jī)違反了熱力學(xué)第二定律,不可能制成,B、D 兩項(xiàng)錯(cuò)誤,C 項(xiàng)正確;由熱力學(xué)第二定律知,機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,但內(nèi)能卻不能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,而不引起其他變化,E 項(xiàng)正確。目 錄考點(diǎn)巧講必備知識(shí)基礎(chǔ)過關(guān)第27頁(yè)變式 2 (2019 年陜西寶雞中學(xué)五模)(多選)下列說法正確的是(ADE)。A.熵較大的宏觀狀態(tài)就是無序程度較大的宏觀狀態(tài)B.內(nèi)能可以全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能而不引起其他變化C. 根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知,各種形式的能可以相互轉(zhuǎn)化D. 外界對(duì)物體做功,同時(shí)物體向外界放出熱量,物體的內(nèi)能可能不變 E.氣體向真空的自由膨脹是不可逆的目 錄考