物理高考一轮复习教案巩固基础第3讲 热力学定律与能量守恒.docx

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物理高考一轮复习教案巩固基础第3讲热力学定律与能量守恒

　热力学第一定律

1．改变物体内能的两种方式

（1）做功；

（2）热传递．

2．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热量与外界对它所做的功的和．

（2）表达式：

ΔU＝Q＋W.

3．ΔU＝W＋Q中正、负号法则

意义

符号物理量

W

Q

ΔU

＋

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

　热力学第二定律及微观意义

1．热力学第二定律的两种表述

（1）克劳修斯表述：

热量不能自发地从低温物体传到高温物体．

（2）开尔文表述：

不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响．或表述为“第二类永动机是不可能制成的．”

2．用熵的概念表示热力学第二定律

在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小（填“增大”或“减小”）．

3．热力学第二定律的微观意义

一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行．

　能量守恒定律和两类永动机

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另一种形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总

量保持不变．

2．能源的利用

（1）存在能量耗散和品质下降．

（2）重视利用能源时对环境的影响．

（3）要开发新能源（如太阳能、生物质能、风能、水流能等）．

3．两类永动机

（1）第一类永动机：

不消耗任何能量，却源源不断地对外做功的机器．

违背能量守恒定律，因此不可能实现．

（2）第二类永动机：

从单一热源吸收热量并把它全部用来对外做功，而不引起其他变化的机器．

违背热力学第二定律，不可能实现．

1．夏天将密闭有空气的矿泉水瓶放进低温的冰箱中会变扁，此过程中瓶内空气（可看成理想气体）（　　）

A．内能减小，外界对其做功

B．内能减小，吸收热量

C．内能增加，对外界做功

D．内能增加，放出热量

【解析】　瓶内空气温度降低，体积减小，内能减小，外界对其做功，放出热量，选项A正确．

【答案】　A

2．（2013·广东省深圳市一模）如图11－3－1所示，一定质量的理想气体由a状态变化到b状态，则此过程中（　　）

图11－3－1

A．气体的温度升高

B．气体对外放热

C．外界对气体做功

D．气体分子间平均距离变小

【解析】　一定质量的理想气体由a状态变化到b状态，体积增大，压强不变，温度升高，内能增大，对外做功，吸收热量，气体分子间平均距离变大，选项A正确，B、C、D错误．

【答案】　A

3．（多选）下面说法正确的是（　　）

A．如果物体从外界吸收了热量，则物体的内能一定增加

B．我们可以制造一种热机，将流散到周围环境中的内能重新收集起来加以利用而不引起其他变化

C．假设两个液体分子

从紧靠在一起开始相互远离，直到无穷远处，在这一过程中分子力先做正功后做负功

D．空调制冷，虽然是人为的使热量由低温处传到高温处，但这不违背热力学第二定律

【解析】　根据热力学第一定律，物体吸收热量但同时对外做功时，物体内能有可能减少，A错；B选项中描述的现象要实现必须引起其他变化，否则就违背了热力学第二定律，B错；开始分子力表现为斥力，越过r0位置后分子力表现为引力，所以分子力先做正功后做负功，C选项正确；虽然热量由低温处向高温处传递，但这引起了其他变化，就是消耗了电能，所以D选项正确．

【答案】　CD

4．下列说法正确的是（　　）

A．热量不能由低温物体传

递到高温物体

B．外界对物体做功，物体的内能必定增加

C．第二类永动机不可能制成，是因为违反了能量守恒定律

D．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

【解析】　热量不能自发地由低温物体传递给高温物体，故A不对；据热力学第一定律，ΔU＝W＋Q，W为正，而吸热或放热未知，故ΔU不确定，B不对；第二类永动机符合能量守恒定律，但违反了内能与机械能转化的方向性，故C不对．效率是100%的热机不可能制成，任何宏观热现象都具有方向性，故D对．

【答案】　D

（对应学生用书第233页）

热力学第一定律的理解和应用

1.在ΔU＝Q＋W中，W表示做功情况，说明内能和其他形式的能可以相互转化；Q表示吸热或放热的情况，说明内能可以从一个物体转移到另一个物体，而ΔU＝Q＋W是能量守恒定律的具体体现．

2．三种特殊情况

（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．

（2）若过程中不做功，即W＝0，Q＝ΔU，物体吸收的热量等于物体内能的增加．

（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．

　（2013·北京高考）下列说法正确的是（　　）

A．液体中悬浮微粒的无规则运动称为布朗运动

B．液体分子的无规则运动称为布朗运动

C．物体从外界吸收热量，其内能一定增加

D．物体对外界做功，其内能一定减少

【审题指导】

解答本题时应从以下两点进行分析：

（1）利用布朗运动的定义进行分析判断．

（2）结合热力学第一定律分析物体内能的变化．

【解析】　根据布朗运动的定义及热力学第一定律来判断．布朗运动是指液体中悬浮微粒的无规则运动，而不是指液体分子的运动，选项A正确，选项B错误；改变物体内能的方式有做功和传热，当仅知道物体从外界吸收热量或者物体对外界做功时无法判断物体内能的变化，选项C、D错误．

【答案】　A

【迁移应用】

1.

图11－3－2

如图11－3－2所示的实验装置，把浸有乙醚的一小块棉花放在厚玻璃筒内底部，快速压下活塞时，棉花燃烧起来，此实验说明（　　）

A．做功使管内气体热量增加

B．热传递不能改变物体的内能

C．做功改变了管内气体的内能

D．热传递改变了管内气体的热量

【解析】　气体体积

减小，外界对气体做功，气体内能增大，温度升高，从而使棉花燃烧起来，C对．

【答案】　C

热力学第二定律的理解和应用

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．

3．热力学过程方向性实例

（1）高温物体

低温物体．

（2）功

热．

　（多选）（2013·大纲全国卷）根据热力学定律，下列说法中正确的是（　　）

A．电冰箱的工作过程表明，热量可以从低温物体向高温物体传递

B．空调机在制冷过程中，从室内吸收的热量少于向室外放出的热量

C．科技的进步可以使内燃机成为单一热源的热机

D．对能源的过度消耗将使自然界的能量不断减少，形成“能源危机”

【解析】　热力学第二定律有两种表述：

第一是热量不能自发地从低温物体传到高温物体，即自发热传递具有方向性，选项A中热量从低温物体传到高温物体是电冰箱工作的结果，选项A正确；第二是不可能从单一热库吸收热量，使之完全变为功，而不产生其他影响，即第二类永

动机不存在，选项B正确，选项C错误；由能量守恒定律知，能量总是守恒的，只是存在的形式不同，选项D错误．

【答案】　AB

【迁移应用】

2．（2014·上海市八校联考）下列说法中正确的是（　　）

A

．所有的能量守恒过程都能自发地发生

B．热传递、摩擦生热和气体自由膨胀都是可逆过程

C．世界上有多种形式的能量如煤、石油、生物能等都来自太阳辐射的能量

D．能的转化过程符合能量守恒定律，因此不会发生能源危机

【解析】　所有的能量守恒过程不是都能自发地发生，选项A错误．热传递、摩擦生热和气体自由膨胀都是不可逆过程，选项B错误．世界上有多种形式的能量如煤、石油、生物能等都来自太阳辐射的能，选项C正确．能的转化过程符合能量守恒定律，而能源危机是自然界中人类可以利用的能量不足，因此会发生能源危机，选项D错误．

【答案】　C

气体实验定律与热力学定律综合

1.理想气体的内能：

只考虑分子平均动能，不考虑分子势能，故理想气体的内能由温度决定．

2．等温过程：

气体的内能不改变．

3．等容过程：

气体不对外界做功，外界也不对气体做功．

4．绝热过程：

气体与外界无热交换，既不吸热，也不放热．

　（2013·山东高考）我国“蛟龙”号深海探测船载人下潜超过七千米，再创载人深潜新纪录．在某次深潜实验中，“蛟龙”号探测到990m深处的海水温度为280K．某同学利用该数据来研究气体状态随海水深度的变化．如图11－3－3所示，导热良好的气缸内封闭一定质量的气体，不计活塞的质量和摩擦，气缸所处海平面的温度T0＝300K，压强p0＝1atm，封闭气体的体积V0＝3m3，如果将该气缸下潜至990m深处，此过程中封闭气体可视为理想气体．

图11－3－3

（1）求99

0m深处封闭气体的体积（1atm相当于10m深的海水产生的压强）．

（2）下潜过程中封闭气体________（填“吸热”或“放热”），传递的热量________（填“大于”或“小于”）外界对气体所做的功．

【解析】　

（1）当气缸下潜至990m时，设封闭气体的压强为p，温度为T，体积为V，由题意可知p＝100atm①

根据理想气体状态方程得

＝

②

代入数据得

V＝2.8×10－2m3③

（2）放热；大于

【答案】　

（1）c　

（2）①2.8×10－2m3　②放热　大于

热力学第一定律在气体状态变

化中的应用

（1）理想气体无分子势能，只有分子动能，一定质量的气体，其内能只取决于温度，而与体积无关．

（2）在气

体状态变化过程中，三个状态参量（p、V、T）遵循理想气体状态方程

＝

（或

＝C常数），判断气体的内能的变化只需分

析气体的温度，温度升高（或降低），内能增大（或减小）．

（3）由气体体积变化情况分析做功情况，气体体积增大，气体对外做功，气体体积减小，外界对气体做功．然后由热力学第一定律ΔU＝Q＋W确定热量Q的正、负，判断出是吸热还是放热．

【迁移应用】

3.

图11－3－4

如图11－3－4所示，在竖直放置的圆柱形容器内用质量为m的活塞密封一部分气体，活塞与容器壁间能无摩擦滑动，容器的横截面积为S.开始时气体的温度为T0，活塞与容器底的距离为h0.现将整个装置放在大气压恒为p0的空气中，当气体从外界吸收热量Q后，活塞缓慢上升d，然后再次平衡，求：

（1）外界空气的温度是多少？

（2）在此过程中的密闭气体的内能增加了多少？

【解析】　

（1）取密闭气体为研究对象，活塞上升过程为等压变化，由盖·吕萨克定律有

＝

得外界温度

T＝

T0＝

T0＝

T0.

（2）活塞上升的过程，密闭气体克服大气压力和活塞的重力做功，所以外界对系统做的功

W＝－（mg＋p0S）d

根据

热力学第一定律得密闭气体增加的内能

ΔE＝Q＋W＝Q－（mg＋p0S）d.

【答案】　

（1）

T0　

（2）Q－（mg＋p0S）d