2019年高考物理總復(fù)習(xí) 選考3-3 第3課時(shí) 熱力學(xué)定律與能量守恒課件 教科版.ppt

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第3課時(shí)熱力學(xué)定律與能量守恒 基礎(chǔ)回顧 核心探究 演練提升 基礎(chǔ)回顧自主梳理 融會(huì)貫通 知識(shí)梳理 一 熱力學(xué)第一定律1 改變物體內(nèi)能的兩種方式 1 將其他形式的能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 2 物體間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移 2 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與外界對(duì)它所做的功的和 2 表達(dá)式 U 做功 熱傳遞 Q W 熱量 二 熱力學(xué)第二定律1 熱力學(xué)第二定律的兩種表述 1 克勞修斯表述 不可能把熱量從傳遞到高溫物體而不產(chǎn)生其他影響 2 開(kāi)爾文表述 不可能從單一熱源吸取熱量使之全部變?yōu)橛杏玫墓Χ?2 用熵的概念表示熱力學(xué)第二定律孤立系統(tǒng)的熵總是增加的 或者孤立系統(tǒng)的熵總不 低溫物體 不產(chǎn)生 其他影響 減小 三 能量守恒定律和兩類永動(dòng)機(jī)1 能量守恒定律能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生 也不會(huì)憑空消失 它只能從一種形式為另一種形式 或者從一個(gè)物體到另一個(gè)物體 在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過(guò)程中其 不變 2 兩類永動(dòng)機(jī) 1 第一類永動(dòng)機(jī) 不需要任何和 卻能對(duì)外不斷做功 違背 因此不可能實(shí)現(xiàn) 2 第二類永動(dòng)機(jī) 從單一熱源吸收熱量并把它全部用來(lái)對(duì)外做功 而不引起其他變化的機(jī)器 違背 不可能實(shí)現(xiàn) 轉(zhuǎn)化 轉(zhuǎn)移 總量 動(dòng)力 燃料 能量守恒定律 熱力學(xué)第二定律 自主檢測(cè) 1 思考判斷 1 做功和熱傳遞的實(shí)質(zhì)是相同的 2 絕熱過(guò)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(shí)對(duì)外做功 內(nèi)能可能不變 4 在給自行車打氣時(shí) 會(huì)發(fā)現(xiàn)打氣筒的溫度升高 這是因?yàn)橥饨鐚?duì)氣體做功 5 熱機(jī)中 燃?xì)獾膬?nèi)能可以全部變?yōu)闄C(jī)械能而不引起其他變化 答案 1 2 3 4 5 2 2018 云南昆明質(zhì)檢 多選 二氧化碳是導(dǎo)致 溫室效應(yīng) 的主要原因之一 人類在采取節(jié)能減排措施的同時(shí) 也在研究控制溫室氣體的新方法 目前專家們正在研究二氧化碳的深海處理技術(shù) 在某次實(shí)驗(yàn)中 將一定質(zhì)量的二氧化碳?xì)怏w封閉在一可自由壓縮的導(dǎo)熱容器中 將容器緩慢移到海水某深處 氣體體積減小為原來(lái)的一半 不計(jì)溫度變化 則此過(guò)程中 A 外界對(duì)封閉氣體對(duì)外界做正功B 封閉氣體向外界傳遞熱量C 封閉氣體分子的平均動(dòng)能增大D 封閉氣體從外界吸收熱量E 封閉氣體的壓強(qiáng)增為原來(lái)的2倍 ABE 解析 因?yàn)闅怏w的溫度不變 所以氣體分子的平均動(dòng)能不變 選項(xiàng)C錯(cuò)誤 當(dāng)氣體體積減小時(shí) 外界對(duì)氣體做功 選項(xiàng)A正確 由熱力學(xué)第一定律可得 封閉氣體將向外界傳遞熱量 選項(xiàng)D錯(cuò)誤 B正確 由玻意耳定律可知 選項(xiàng)E正確 3 2018 湖北黃岡模擬 多選 關(guān)于熱力學(xué)定律 下列說(shuō)法正確的是 A 為了增加物體的內(nèi)能 必須對(duì)物體做功或向它傳遞熱量B 對(duì)某物體做功 必定會(huì)使該物體的內(nèi)能增加C 可能從單一熱源吸收熱量 使之完全變?yōu)楣 不可能使熱量從低溫物體傳向高溫物體E 功轉(zhuǎn)變?yōu)闊岬膶?shí)際宏觀過(guò)程是不可逆過(guò)程 ACE 解析 改變內(nèi)能的方法有做功和熱傳遞兩種 所以為了增加物體的內(nèi)能 必須對(duì)物體做功或向它傳遞熱量 選項(xiàng)A正確 對(duì)物體做功的同時(shí)向外界放熱 則物體的內(nèi)能可能不變或減小 選項(xiàng)B錯(cuò)誤 根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知 在對(duì)外界有影響的前提下 可以從單一熱源吸收熱量 使之完全變?yōu)楣?選項(xiàng)C正確 在有外界做功的條件下 可以使熱量從低溫物體傳遞到高溫物體 選項(xiàng)D錯(cuò)誤 根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知 選項(xiàng)E正確 4 大氣壓強(qiáng)為p0 1 0 105Pa 水在1個(gè)大氣壓下沸騰時(shí) 1g水吸收2263 8J的熱量后由液態(tài)變成同溫度的氣態(tài) 其體積由1 043cm3變成1676cm3 則體積膨脹時(shí)氣體對(duì)外界做的功為J 該過(guò)程中氣體的內(nèi)能變化為J 解析 氣體體積膨脹對(duì)外做功為W p0 V 105 1676 1 043 10 6J 167 5J 由熱力學(xué)第一定律得 U Q W 2263 8J 167 5J 2096 3J 答案 167 5增加2096 3 核心探究分類探究 各個(gè)擊破 考點(diǎn)一熱力學(xué)第一定律 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(guò)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 3 幾種特殊情況 1 若過(guò)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(guò)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(guò)程的初 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 典例1 在如圖所示的坐標(biāo)系中 一定質(zhì)量的某種理想氣體先后發(fā)生以下兩種狀態(tài)變化過(guò)程 第一種變化是從狀態(tài)A到狀態(tài)B 外界對(duì)該氣體做功為6J 第二種變化是從狀態(tài)A到狀態(tài)C 該氣體從外界吸收的熱量為9J 圖線AC的反向延長(zhǎng)線過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)O B C兩狀態(tài)的溫度相同 理想氣體的分子勢(shì)能為零 求 1 從狀態(tài)A到狀態(tài)C的過(guò)程 該氣體對(duì)外界做的功W1和其內(nèi)能的增量 U1 核心點(diǎn)撥 1 A C過(guò)程為等容過(guò)程 W 0 則Q U 解析 1 由題意知從狀態(tài)A到狀態(tài)C的過(guò)程 氣體發(fā)生等容變化 該氣體對(duì)外界做的功W1 0根據(jù)熱力學(xué)第一定律有 U1 W1 Q1內(nèi)能的增量 U1 Q1 9J 答案 1 09J 2 從狀態(tài)A到狀態(tài)B的過(guò)程 該氣體內(nèi)能的增量 U2及其從外界吸收的熱量Q2 核心點(diǎn)撥 2 利用A B和A C過(guò)程的初末狀態(tài)溫度相同 則 U相同 再利用熱力學(xué)第一定律求出Q2 解析 2 從狀態(tài)A到狀態(tài)B的過(guò)程 體積減小 溫度升高該氣體內(nèi)能的增量 U2 U1 9J根據(jù)熱力學(xué)第一定律有 U2 W2 Q2從外界吸收的熱量Q2 U2 W2 3J 答案 2 9J3J 反思總結(jié)判定物體內(nèi)能變化的方法 1 內(nèi)能的變化都要用熱力學(xué)第一定律進(jìn)行綜合分析 2 做功情況看氣體的體積 體積增大 氣體對(duì)外做功 W為負(fù) 體積縮小 外界對(duì)氣體做功 W為正 3 與外界絕熱 則不發(fā)生熱傳遞 此時(shí)Q 0 4 如果研究對(duì)象是理想氣體 則由于理想氣體沒(méi)有分子勢(shì)能 所以當(dāng)它的內(nèi)能變化時(shí) 主要體現(xiàn)在分子動(dòng)能的變化上 從宏觀上看就是溫度發(fā)生了變化 多維訓(xùn)練 1 熱力學(xué)第一定律的理解 2015 北京卷 13 下列說(shuō)法正確的是 A 物體放出熱量 其內(nèi)能一定減小B 物體對(duì)外做功 其內(nèi)能一定減小C 物體吸收熱量 同時(shí)對(duì)外做功 其內(nèi)能可能增加D 物體放出熱量 同時(shí)對(duì)外做功 其內(nèi)能可能不變 C 解析 由熱力學(xué)第一定律 U W Q可知 若物體放出熱量 但外界對(duì)物體做正功 則 U不一定為負(fù)值 即內(nèi)能不一定減少 故A項(xiàng)錯(cuò)誤 同理可分析出 B項(xiàng)和D項(xiàng)錯(cuò)誤 C項(xiàng)正確 2 導(dǎo)學(xué)號(hào)58826271 熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用 2017 全國(guó) 卷 33 多選 如圖 一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a出發(fā) 經(jīng)過(guò)等容過(guò)程ab到達(dá)狀態(tài)b 再經(jīng)過(guò)等溫過(guò)程bc到達(dá)狀態(tài)c 最后經(jīng)等壓過(guò)程ca回到初態(tài)a 下列說(shuō)法正確的是 ABD A 在過(guò)程ab中氣體的內(nèi)能增加B 在過(guò)程ca中外界對(duì)氣體做功C 在過(guò)程ab中氣體對(duì)外界做功D 在過(guò)程bc中氣體從外界吸收熱量E 在過(guò)程ca中氣體從外界吸收熱量 考點(diǎn)二熱力學(xué)第二定律 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 的涵義是發(fā)生的熱力學(xué)宏觀過(guò)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(guò)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(guò)程都具有方向性 3 熱力學(xué)過(guò)程方向性實(shí)例自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過(guò)程都具有方向性 如 典例2 2018 遼寧大連模擬 多選 如圖所示為電冰箱的工作原理示意圖 壓縮機(jī)工作時(shí) 強(qiáng)迫制冷劑在冰箱內(nèi)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(nèi)的熱量 經(jīng)過(guò)冷凝器時(shí)制冷劑液化 放出熱量到箱體外 下列說(shuō)法正確的是 A 熱量可以自發(fā)地從冰箱內(nèi)傳到冰箱外B 電冰箱的制冷系統(tǒng)能夠不斷地把冰箱內(nèi)的熱量傳到外界 是因?yàn)槠湎牧穗娔蹸 電冰箱的工作原理不違反熱力學(xué)第一定律D 電冰箱的工作原理違反熱力學(xué)第二定律E 電冰箱的效率不可能達(dá)到100 BCE 解析 熱力學(xué)第一定律是熱現(xiàn)象中內(nèi)能與其他形式能的轉(zhuǎn)化規(guī)律 是能量守恒定律的具體表現(xiàn) 適用于所有的熱學(xué)過(guò)程 選項(xiàng)C正確 由熱力學(xué)第二定律可知 熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳給高溫物體 除非有外界的影響或幫助 電冰箱把熱量從低溫的內(nèi)部傳到高溫的外部 需要壓縮機(jī)的幫助并消耗電能 選項(xiàng)B正確 A D錯(cuò)誤 電冰箱工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生內(nèi)能 效率永遠(yuǎn)不可能達(dá)到100 E正確 誤區(qū)警示熱力學(xué)第二定律的應(yīng)用注意點(diǎn)自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過(guò)程均具有方向性 即使符合能量守恒定律的過(guò)程 也未必都能發(fā)生 如擴(kuò)散 熱傳遞 摩擦生熱等過(guò)程均有不可逆性 這里的不可逆性是指要返回到初始狀態(tài) 必須借助外界的幫助 針對(duì)訓(xùn)練 多選 下列說(shuō)法中正確的是 A 電冰箱的工作過(guò)程表明 熱量可以從低溫物體向高溫物體傳遞B 空調(diào)機(jī)在制冷過(guò)程中 從室內(nèi)吸收的熱量少于向室外放出的熱量C 科技的進(jìn)步可以使內(nèi)燃機(jī)成為單一熱源的熱機(jī)D 對(duì)能源的過(guò)度消耗將使自然界的能量不斷減少 形成 能源危機(jī) E 第二類永動(dòng)機(jī)不能制成的原因是違反了熱力學(xué)第二定律 ABE 解析 熱力學(xué)第二定律有兩種表述 第一是熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體 即自發(fā)熱傳遞具有方向性 選項(xiàng)A中熱量從低溫物體傳到高溫物體是電冰箱工作的結(jié)果 選項(xiàng)A正確 第二是不可能從單一熱庫(kù)吸收熱量 使之完全變?yōu)楣?而不產(chǎn)生其他影響 即第二類永動(dòng)機(jī)不存在 選項(xiàng)B E正確 C錯(cuò)誤 由能量守恒定律知 能量總是守恒的 只是存在的形式不同 選項(xiàng)D錯(cuò)誤 考點(diǎn)三熱力學(xué)定律與氣體實(shí)驗(yàn)定律的綜合 氣體實(shí)驗(yàn)定律與熱力學(xué)定律綜合的分析思路 典例3 2018 福建廈門質(zhì)檢 如圖所示 一根兩端開(kāi)口 橫截面積為S 2cm2足夠長(zhǎng)的玻璃管豎直插入水銀槽中并固定 插入水銀槽中的部分足夠深 管中有一個(gè)質(zhì)量不計(jì)的光滑活塞 活塞下封閉著長(zhǎng)L 21cm的氣柱 氣體的溫度為t1 7 外界大氣壓取p0 1 0 105Pa 相當(dāng)于75cm高的汞柱的壓強(qiáng) 1 若在活塞上放一個(gè)質(zhì)量為m 0 1kg的砝碼 保持氣體的溫度t1不變 則平衡后氣柱為多長(zhǎng) g 10m s2 2 若保持砝碼的質(zhì)量不變 對(duì)氣體加熱 使其溫度升高到t2 77 此時(shí)氣柱為多長(zhǎng) 3 若在 2 過(guò)程中 氣體吸收的熱量為10J 則氣體的內(nèi)能增加多少 核心點(diǎn)撥 1 被封閉氣體的第一個(gè)變化過(guò)程為等溫變化 第二個(gè)變化為等壓變化 2 在等壓變化中 用W p V計(jì)算氣體做功 答案 1 20cm 2 25cm 3 8 95J 3 由于氣體膨脹 則氣體對(duì)外做功W p2 V p2S L3 L2 1 05 105 2 10 4 0 25 0 20 J 1 05J 根據(jù)熱力學(xué)第一定律有 U W Q 1 05 10 J 8 95J 反思總結(jié)氣體實(shí)驗(yàn)定律與熱力學(xué)定律綜合問(wèn)題的處理方法 1 解決具體問(wèn)題時(shí) 分清氣體的變化過(guò)程是求解問(wèn)題的關(guān)鍵 根據(jù)不同的變化 找出與之相關(guān)的氣體狀態(tài)參量 利用相關(guān)規(guī)律解決 2 對(duì)理想氣體 只要體積變化 外界對(duì)氣體 或氣體對(duì)外界 要做功W p V 只要溫度發(fā)生變化 其內(nèi)能要發(fā)生變化 3 結(jié)合熱力學(xué)第一定律 U W Q求解內(nèi)能變化 針對(duì)訓(xùn)練 導(dǎo)學(xué)號(hào)58826272 2018 河南開(kāi)封模擬 如圖 體積為V 內(nèi)壁光滑的圓柱形導(dǎo)熱汽缸頂部有一質(zhì)量和厚度均可忽略的活塞 汽缸內(nèi)密封有溫度為2 4T0 壓強(qiáng)為1 2p0的理想氣體 p0和T0分別為大氣的壓強(qiáng)和溫度 已知?dú)怏w內(nèi)能U與溫度T的關(guān)系為U T 為正的常量 容器內(nèi)氣體的所有變化過(guò)程都是緩慢的 求 1 汽缸內(nèi)氣體與大氣達(dá)到平衡時(shí)的體積V1 2 在活塞下降過(guò)程中 汽缸內(nèi)氣體放出的熱量Q 演練提升真題體驗(yàn) 強(qiáng)化提升 1 熱力學(xué)定律的理解 2016 全國(guó) 卷 33 多選 關(guān)于熱力學(xué)定律 下列說(shuō)法正確的是 A 氣體吸熱后溫度一定升高B 對(duì)氣體做功可以改變其內(nèi)能C 理想氣體等壓膨脹過(guò)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 如果兩個(gè)系統(tǒng)分別與狀態(tài)確定的第三個(gè)系統(tǒng)達(dá)到熱平衡 那么這兩個(gè)系統(tǒng)彼此之間也必達(dá)到熱平衡 BDE 解析 氣體吸熱后可能對(duì)外做功 溫度不一定升高 做功和熱傳遞都可改變內(nèi)能 理想氣體等壓膨脹溫度一定升高 且對(duì)外做功 內(nèi)能增加 則一定吸熱 熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體 選項(xiàng)B D正確 由熱平衡定律知選項(xiàng)E正確 2 熱力學(xué)第一定律應(yīng)用 2017 全國(guó) 卷 33 多選 如圖 用隔板將一絕熱汽缸分成兩部分 隔板左側(cè)充有理想氣體 隔板右側(cè)與絕熱活塞之間是真空 現(xiàn)將隔板抽開(kāi) 氣體會(huì)自發(fā)擴(kuò)散至整個(gè)汽缸 待氣體達(dá)到穩(wěn)定后 緩慢推壓活塞 將氣體壓回到原來(lái)的體積 假設(shè)整個(gè)系統(tǒng)不漏氣 下列說(shuō)法正確的是 A 氣體自發(fā)擴(kuò)散前后內(nèi)能相同B 氣體在被壓縮的過(guò)程中內(nèi)能增大C 在自發(fā)擴(kuò)散過(guò)程中 氣體對(duì)外界做功D 氣體在被壓縮的過(guò)程中 外界對(duì)氣體做功E 氣體在被壓縮的過(guò)程中 氣體分子的平均動(dòng)能不變 ABD 解析 氣體向真空自由擴(kuò)散的過(guò)程中 對(duì)外不做功 又汽缸和活塞都絕熱 不吸熱也不放熱 由熱力學(xué)第一定律 U Q W Q 0 W 0 所以 U 0 內(nèi)能不變 選項(xiàng)A正確 C錯(cuò)誤 氣體被壓縮時(shí) 外界對(duì)氣體做功 又絕熱 所以內(nèi)能增大 選項(xiàng)B D正確 理想氣體分子勢(shì)能為零 內(nèi)能表現(xiàn)為分子動(dòng)能 內(nèi)能增大 則分子動(dòng)能增大 分子平均動(dòng)能也增大 選項(xiàng)E錯(cuò)誤 3 熱力學(xué)第一定律結(jié)合圖像的應(yīng)用 2016 全國(guó) 卷 33 多選 一定量的理想氣體從狀態(tài)a開(kāi)始 經(jīng)歷等溫或等壓過(guò)程ab bc cd da回到原狀態(tài) 其p T圖像如圖所示 其中對(duì)角線ac的延長(zhǎng)線過(guò)原點(diǎn)O 下列判斷正確的是 A 氣體在a c兩狀態(tài)的體積相等B 氣體在狀態(tài)a時(shí)的內(nèi)能大于它在狀態(tài)c時(shí)的內(nèi)能C 在過(guò)程cd中氣體向外界放出的熱量大于外界對(duì)氣體做的功D 在過(guò)程da中氣體從外界吸收的熱量小于氣體對(duì)外界做的功E 在過(guò)程bc中外界對(duì)氣體做的功等于在過(guò)程da中氣體對(duì)外界做的功 ABE