高考物理一輪總復習 第十一章 熱學（選修3-3）第33講 熱力學定律與能量守恒課件

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1、熱 學 (選 修 3 3)第 十 一 章第 33講 熱 力 學 定 律 與 能 量 守 恒 考 綱 要 求 考 情 分 析 命 題 趨 勢1.熱 力 學 第 一 定 律 2 能 量 守 恒 定 律 3 熱 力 學 第 二 定 律 2016全 國 卷 ， 33(1) 2016全 國 卷 ， 33(1)2015重 慶 卷 ， 10(1) 2015北 京 卷 ， 132014廣 東 卷 ， 17 2014全 國 卷 ， 33(1) 在 新 課 標 地 區(qū) ，高 考 對 熱 學 部 分 的 考查 在 選 做 題 中 出 現(xiàn) ，題 型 涉 及 選 擇 、 填 空和 計 算 題 ， 考 查 知 識點 全

2、面 覆 蓋 ， 同 時 突出 重 點 ， 如 熱 力 學 定律 . 欄 目 導 航 板 塊 一板 塊 二板 塊 三 板 塊 四 1 熱 力 學 第 一 定 律 內 容 ： 一 個 熱 力 學 系 統(tǒng) 的 _等于 外 界 向 它 傳 遞 的 熱 量 與 外 界 對 它 所 做 的 功的 和 表 達 式 ： U_.考 點 熱 力 學 定 律 能 量 守 恒內 能 增 量 Q W 符 號 法 則符 號 W Q U 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 _吸 收 增 加 放 出 減 小 2 熱 力 學 第 二 定 律 的 三 種

3、 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 _熱 庫 吸 收 熱 量 ， 使 之 完 全 變 成 功 ， 而 _其 他 影 響 或 表 述 為 “ 第 二 類 永 動 機 不 可 能 制 成 ” (3)用 熵 的 概 念 進 行 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 )自 發(fā) 地 單 一 不 產(chǎn) 生 減 小 3 能 量 守 恒 定 律 (1)內 容 能 量 既 不 會

4、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 從 一 個 物 體 _到 別 的 物 體 ，在 轉 化 或 轉 移 的 過 程 中 ， 能 量 的 _保 持 不 變 (2)能 源 的 利 用 存 在 能 量 耗 散 和 _ 重 視 利 用 能 源 時 對 _的 影 響 推 進 開 發(fā) 新 能 源 (如 _、 生 物 質 能 、 風 能 、 潮 汐 能等 )轉 化 轉 移 總 和 品 質 降 低 環(huán) 境 太 陽 能 1 判 斷 正 誤 (1)做 功 和 熱 傳 遞 的 實 質 是 相 同 的 ( ) (2)絕 熱 過 程 中

5、 ， 外 界 壓 縮 氣 體 做 功 20 J， 氣 體 的 內 能 一 定 減 少 20 J ( ) (3)物 體 吸 收 熱 量 ， 同 時 對 外 做 功 ， 內 能 可 能 不 變 ( ) (4)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 ( ) (5)自 由 擺 動 的 秋 千 擺 動 幅 度 越 來 越 小 ， 能 量 正 在 消 失 ( ) (6)利 用 河 水 的 能 量 使 船 逆 水 航 行 的 設 想 ， 符 合 能 量 守 恒 定 律 ( ) (7)熱 機 中 ， 燃 氣 的 內 能 可

6、以 全 部 變 為 機 械 能 而 不 引 起 其 他 變 化 ( ) 1 改 變 內 能 的 兩 種 方 式 的 比 較一方 式 名 稱比 較 項 目 做 功 熱 傳 遞區(qū)別 內 能 變 化情 況 外 界 對 物 體 做 功 ， 物體 的 內 能 增 加 ； 物 體對 外 界 做 功 ， 物 體 的內 能 減 少 物 體 吸 收 熱 量 ， 內能 增 加 ； 物 體 放 出熱 量 ， 內 能 減 少 方 式 名 稱比 較 項 目 做 功 熱 傳 遞區(qū)別 從 運 動 形式 上 看 做 功 是 宏 觀 的 機 械 運 動 向物 體 的 微 觀 分 子 熱 運 動 的轉 化 熱 傳 遞 則 是 通

7、 過 分 子 之間 的 相 互 作 用 ， 使 同 一物 體 的 不 同 部 分 或 不 同物 體 間 的 分 子 熱 運 動 發(fā)生 變 化 ， 是 內 能 的 轉 移從 能 量 的角 度 看 做 功 是 其 他 形 式 的 能 與 內能 相 互 轉 化 的 過 程 不 同 物 體 間 或 同 一 物 體不 同 部 分 之 間 內 能 的 轉移能 的 性 質變 化 情 況 能 的 性 質 發(fā) 生 了 變 化 能 的 性 質 不 變 相 互 聯(lián) 系 做 一 定 量 的 功 或 傳 遞 一 定 量 的 熱 量 在 改 變 內 能 的 效果 上 是 相 同 的 2.熱 力 學 第 一 定 律 不 僅

8、 反 映 了 做 功 和 熱 傳 遞 這 兩 種 改 變 內 能的 過 程 是 等 效 的 ， 而 且 給 出 了 內 能 的 變 化 量 和 做 功 與 熱 傳 遞之 間 的 定 量 關 系 此 定 律 是 標 量 式 ， 應 用 時 功 、 內 能 、 熱 量的 單 位 應 統(tǒng) 一 為 國 際 單 位 焦 耳 3 三 種 特 殊 情 況 (1)若 過 程 是 絕 熱 的 ， 則 Q 0， W U， 外 界 對 物 體 做 的 功等 于 物 體 內 能 的 增 加 ； (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 能 的 增

9、加 ； (3)若 過 程 的 始 、 末 狀 態(tài) 物 體 的 內 能 不 變 ， 即 U 0， 則 WQ 0或 W Q， 外 界 對 物 體 做 的 功 等 于 物 體 放 出 的 熱 量 理 想 氣 體 內 能 變 化 的 判 定對一定質量的理想氣體，由于無分子勢能，其內能只包含分子無規(guī)則熱運動的動能，這時內能只與溫度有關，故判定一定質量的理想氣體內能是否變化，應看溫度是否發(fā)生了變化，與體積無關 例 1(2017江蘇南通一模)如 圖 所 示 ， 一 定 質 量 的 理 想 氣 體從 狀 態(tài) A依 次 經(jīng) 過 狀 態(tài) B、 C和 D后 再 回 到 狀 態(tài) A.其 中 ， AB和 CD為 等 溫

10、 過 程 ， BC和 DA為 絕 熱 過 程 (氣 體 與 外 界無 熱 量 交 換 ) 這 就 是 著 名 的 “ 卡 諾 循 環(huán) ” (1)該 循 環(huán) 過 程 中 ， 下 列 說 法 正 確 的 是 _. A AB過 程 中 ， 外 界 對 氣 體 做 功 B BC過 程 中 ， 氣 體 分 子 的 平 均 動 能 增 大 C CD過 程 中 ， 單 位 時 間 內 碰 撞 單 位 面 積 器 壁 的 分 子 數(shù) 增多 D DA過 程 中 ， 氣 體 分 子 的 速 率 分 布 曲 線 不 發(fā) 生 變 化C (2)該 循 環(huán) 過 程 中 ， 內 能 減 小 的 過 程 是 _ (選 填“

11、AB”“BC”“CD”或 “ DA”) 若 氣 體 在 AB過 程 中 吸收 63 kJ的 熱 量 ， 在 CD過 程 中 放 出 38 kJ的 熱 量 ， 則 氣 體 完成 一 次 循 環(huán) 對 外 做 的 功 為 _kJ. 思 維 導 引 在pV圖象中，AB和CD的過程，發(fā)生等溫變化，BC和DA的過程，為絕熱過程由各過程的特點及p、V的變化判斷做功情況經(jīng)過一個完整循環(huán)而回到原狀態(tài)時，內能變化總量為多少？BC 25 解 析 ： (1)AB過程中，氣體體積變大，氣體對外做功，A項錯誤；由理想氣體狀態(tài)方程可知，BC為絕熱過程，氣體體積變大，氣體對外界做功，內能減小，溫度降低，因此BC溫度降低，氣體

12、分子的平均動能減小，B項錯誤；CD過程中氣體壓強增大，又CD為等溫過程，且氣體體積變小，則單位時間內碰撞單位面積器壁的分子數(shù)增多，C項正確； DA過程中，氣體體積減小，外界對氣體做功，內能增大，溫度升高，因此氣體分子的速率分布曲線的最大值向速率大的方向偏移，D項錯誤(2)該循環(huán)過程中，BC溫度降低，內能減少，由于一個循環(huán)中氣體的內能不變，BC、DA是絕熱過程，氣體與外界無熱量交換，因此整個過程中吸收的熱量63 kJ38 kJ25 kJ，根據(jù)熱力學第一定律可知，氣體對外做的功為25 kJ. 二 熱 力 學 第 二 定 律 2 熱 力 學 第 一 定 律 和 熱 力 學 第 二 定 律 的 關 系

13、 熱 力 學 第 一 定 律 是 和 熱 現(xiàn) 象 有 關 的 物 理 過 程 中 能 量 守 恒 的 特 殊 表 達 形 式及 熱 量 與 內 能 改 變 的 定 量 關 系 而 第 二 定 律 指 明 了 能 量 轉 化 與 守 恒 能 否實 現(xiàn) 的 條 件 和 過 程 進 行 的 方 向 ， 指 出 了 一 切 變 化 過 程 的 自 然 發(fā) 展 是 不 可逆 的 ， 除 非 靠 外 界 影 響 所 以 二 者 相 互 聯(lián) 系 ， 又 相 互 補 充 3 兩 類 永 動 機 的 比 較第 一 類 永 動 機 第 二 類 永 動 機不 消 耗 能 量 卻 可 以源 源 不 斷 地 對 外 做

14、功 的 機 器 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 器違 背 能 量 守 恒 ， 不可 能 實 現(xiàn) 不 違 背 能 量 守 恒 ，違 背 熱 力 學 第 二 定律 ， 不 可 能 實 現(xiàn) 熱 力 學 第 二 定 律 的 涵 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的幫助 (2)“不產(chǎn)生其他影響”的涵義是發(fā)生的熱力學宏觀過程只在本系統(tǒng)內完成，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 例 2(2016江蘇模塊驗收測試)如 圖 所 示 為 電 冰 箱 的 工 作 原 理 示 意圖 壓

15、縮 機 工 作 時 ， 強 迫 制 冷 劑 在 冰 箱 內 外 的 管 道 中 不 斷 循 環(huán) 在 蒸 發(fā)器 中 制 冷 劑 汽 化 吸 收 箱 體 內 的 熱 量 ， 經(jīng) 過 冷 凝 器 時 制 冷 劑 液 化 ， 放 出 熱量 到 箱 體 外 (1)(多 選 )下 列 說 法 正 確 的 是 _ A 熱 量 可 以 自 發(fā) 地 從 冰 箱 內 傳 到 冰 箱 外 B 電 冰 箱 的 制 冷 系 統(tǒng) 能 夠 不 斷 地 把 冰 箱 內 的 熱 量 傳到 外 界 ， 是 因 為 其 消 耗 了 電 能 C 電 冰 箱 的 工 作 原 理 不 違 反 熱 力 學 第 一 定 律 D 電 冰 箱

16、的 工 作 原 理 違 反 熱 力 學 第 一 定 律 (2)電 冰 箱 的 制 冷 系 統(tǒng) 從 冰 箱 內 吸 收 的 熱 量 與 釋 放 到外 界 的 熱 量 相 比 ， 有 怎 樣 的 關 系 ？BC 解 析 ： (1)熱力學第一定律是熱現(xiàn)象中內能與其他形式能的轉化規(guī)律，是能的轉化和守恒定律的具體表現(xiàn)，適用于所有的熱學過程，故C項正確，D項錯誤；由熱力學第二定律可知，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部傳到高溫的外部，需要壓縮機的幫助并消耗電能，故B項正確，A項錯誤 (2)由熱力學第一定律可知，電冰箱制冷系統(tǒng)從冰箱內吸收了熱量，同時消耗了

17、電能，釋放到外界的熱量比從冰箱內吸收的熱量多 答 案 ： (1)BC (2)見 解 析 1 (多選)根 據(jù) 熱 力 學 定 律 ， 下 列 說 法 中 正 確 的 是 ( ) A 電 冰 箱 的 工 作 過 程 表 明 ， 熱 量 可 以 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 的 熱 量 少 于 向 室 外 放 出 的 熱 量 C 科 技 的 進 步 可 以 使 內 燃 機 成 為 單 一 熱 源 的 熱 機 D 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

18、機 ” 解 析 ：在一定條件下，熱量可以從低溫物體傳給高溫物體，A項正確；空調機工作過程中，電流做功產(chǎn)生熱，所以向室外放熱多，從室內吸熱少，B項正確；C項中的說法違反熱力學第二定律，C項錯；對能源的過度消耗會造成可以利用的能量減少，而總的能量是守恒的，D項錯AB 2(2016湖南長沙四縣一市期末統(tǒng)考)用 隔 板 將 一 容 器 隔 成 A和 B兩 部 分 ，A中 盛 有 一 定 量 的 氣 體 ， B為 真 空 (如 圖 甲 所 示 )， 現(xiàn) 把 隔 板 抽 去 ， A中 的氣 體 將 自 動 充 滿 整 個 容 器 (如 圖 乙 所 示 )， 這 個 過 程 稱 為 氣 體 的 自 由 膨脹

19、 則 關 于 氣 體 的 自 由 膨 脹 下 列 說 法 中 正 確 的 是 ( ) A 在 自 由 膨 脹 過 程 中 ， 所 有 氣 體 分 子 的 運 動 方 向 相 同 B 在 自 由 膨 脹 過 程 中 ， 只 要 把 握 好 隔 板 插 入 的 時 機 ， 全 部 氣 體 就 能 到達 B部 分 C 氣 體 充 滿 整 個 容 器 后 ， 只 要 時 間 足 夠 長 ， 還 能 全 部 自 動 回 到 A部 分 D 氣 體 充 滿 整 個 容 器 后 ， B部 分 中 的 某 些 氣 體 分 子 有 可 能 再 回 到 A部 分D 解 析 ：氣體分子在永不停息地做無規(guī)則運動，在自由

20、膨脹過程中也不例外，選項A錯誤；在自由膨脹過程中，氣體分子將充滿所能達到的空間，即整個容器，選項B錯誤；熱力學第二定律指出具有大量分子參與的宏觀過程都具有方向性，所以選項C錯誤；氣體充滿整個容器后，氣體分子朝各個方向運動的機會均等，所以B部分中的某些氣體分子有可能再回到A部分，選項D正確 3(2017福建泉州模擬)一 定 質 量 的 理 想 氣 體 從 狀 態(tài) A變 化到 狀 態(tài) B， 再 變 化 到 狀 態(tài) C， 其 狀 態(tài) 變 化 過 程 的 p V圖 象 如圖 所 示 已 知 該 氣 體 在 狀 態(tài) A時 的 溫 度 為 27 .求 ： (1)該 氣 體 在 狀 態(tài) B時 的 溫 度 ；

21、 (2)該 氣 體 從 狀 態(tài) A到 狀 態(tài) C的 過 程 中 與 外 界 交 換 的 熱 量 答 案 ： (1) 173 (2)吸 收 熱 量 200 J 例 1(多選)(2016河南開封模擬6分)如 圖 所 示 ， 一 絕 熱 容 器 被 隔 板 K隔 開 成 a、 b兩 部 分 已 知 a內 有 一 定 量 的 稀 薄 氣 體 ， b內 為 真 空 抽 開 隔板 K后 ， a內 氣 體 進 入 b， 最 終 達 到 平 衡 狀 態(tài) 在 此 過 程 中 ( ) A 氣 體 對 外 界 做 功 ， 內 能 減 少 B 氣 體 不 做 功 ， 內 能 不 變 C 氣 體 壓 強 變 小 ， 溫

22、 度 不 變 D 氣 體 壓 強 變 大 ， 溫 度 不 變 E 單 位 時 間 內 撞 擊 容 器 壁 的 分 子 數(shù) 減 少 答 題 送 檢 來 自 閱卷 名 師 報 告錯誤 致 錯 原 因 扣分A 不 明 白 “ 絕 熱 容 器 ” 的 含 義 ， 挖掘 不 出 稀 薄 氣 體 向 真 空 擴 散 是 否做 功 ， 不 能 根 據(jù) 熱 力 學 第 一 定 律解 題 ， 錯 選 A 6 規(guī) 范 答 題 解 析 絕熱容器內的稀薄氣體與外界沒有熱傳遞，Q0，稀薄氣體向真空擴散時氣體沒有做功，W0，根據(jù)熱力學第一定律稀薄氣體的內能不變，則溫度不變，稀薄氣體擴散體積增大，根據(jù)玻意耳定律可知，氣體的

23、壓強必然變小，故A、D錯誤，B、C正確；溫度不變，分子的平均動能不變，壓強減小，說明單位時間內撞擊容器壁的分子數(shù)減少，故E正確 答 案 BCE 1 (2017福建福州模擬)如 圖 所 示 ， 厚 度 和 質 量 不 計 、 橫 截 面 積 為 S 10 cm 2的 絕 熱 汽 缸 倒 扣 在 水 平 桌 面 上 ， 汽 缸 內 有 一 絕 熱 的 “ T”形 活 塞 固 定在 桌 面 上 ， 活 塞 與 汽 缸 封 閉 一 定 質 量 的 理 想 氣 體 ， 開 始 時 ， 氣 體 的 溫 度為 T0 300 K， 壓 強 為 p 0.5 105 Pa， 活 塞 與 汽 缸 底 的 距 離 為

24、 h 10 cm ，活 塞 可 在 汽 缸 內 無 摩 擦 滑 動 且 不 漏 氣 ， 大 氣 壓 強 為 p0 1.0 105 Pa.求 ： (1)此 時 桌 面 對 汽 缸 的 作 用 力 FN； (2)現(xiàn) 通 過 電 熱 絲 給 氣 體 緩 慢 加 熱 到 T， 此 過 程中 氣 體 吸 收 熱 量 為 Q 7 J， 內 能 增 加 了 U 5 J， 整 過 程 活 塞 都 在 汽 缸 內 ， 求 T的 值 答 案 ： (1)50 N (2)720 K 2 (2017江蘇南京模擬)如 圖 所 示 ， 豎 直 放 置 的 氣 缸 內 壁 光 滑 ， 橫 截 面積 為 S 10 3m 2，

25、活 塞 的 質 量 為 m 2 kg， 厚 度 不 計 在 A、 B兩 處 設 有 限制 裝 置 ， 使 活 塞 只 能 在 A、 B之 間 運 動 ， B下 方 氣 缸 的 容 積 為 1.0 10 3m 3，A、 B之 間 的 容 積 為 2.0 10 4m 3， 外 界 大 氣 壓 強 p0 1.0 105 Pa.開 始 時活 塞 停 在 B處 ， 缸 內 氣 體 的 壓 強 為 0.9p0， 溫 度 為 27 ， 現(xiàn) 緩 慢 加 熱 缸 內氣 體 ， 直 至 327 .求 ： (1)活 塞 剛 離 開 B處 時 氣 體 的 溫 度 t2； (2)缸 內 氣 體 最 后 的 壓 強 ； 答 案 ： (1)127 (2)1.5 105 Pa 課 時 達 標