高考物理一輪復(fù)習(xí) 專題十三 第3講 熱力學(xué)定律 能量守恒課件

第3講熱力學(xué)定律 能量守恒方式做功熱傳遞內(nèi)能變化外界對(duì)物體做功，物體的內(nèi)能增加物體對(duì)外做功，物體的內(nèi)能減小物體吸收熱量，內(nèi)能增加物體放出熱量，內(nèi)能減小本質(zhì)其他形式的能與內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)化不同物體間或同一物體不同部分間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移相互聯(lián)系做一定量的功或傳遞一定量的熱在改變內(nèi)能的效果上是相同的考點(diǎn) 1熱力學(xué)第一定律1改變物體內(nèi)能的兩種方式的比較概念溫度內(nèi)能(熱能)熱量功涵義物體分子平均動(dòng)能大小的標(biāo)志，對(duì)個(gè)別分子來說，溫度沒有意義物體內(nèi)所有分子動(dòng)能和勢能的總和熱傳遞過程中內(nèi)能的改變量機(jī)械能或其他形式的能和內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)化過程2.溫度、內(nèi)能、熱量、功的區(qū)別3.熱力學(xué)第一定律(1)內(nèi)容：物體內(nèi)能的增量U 等于外界對(duì)物體做的功 W 和物體吸收的熱量 Q 的總和(2)表達(dá)式：.WQU(3)符號(hào)法則：吸放功 W0，外界對(duì)系統(tǒng)做功；W0，系統(tǒng)對(duì)外界做功；熱量 Q0，物體熱；Q0，物體 熱；內(nèi)能U0，內(nèi)能增加；U0，內(nèi)能減少在應(yīng)用熱力學(xué)第一定律時(shí)，應(yīng)特別分清 W、Q 的正負(fù)號(hào)，以便準(zhǔn)確地判斷U 的正、負(fù)(4)容易出錯(cuò)的幾種特殊情況若是絕熱過程，則 Q0、WU，即外界對(duì)物體做的功等于物體內(nèi)能的增加；若過程中不做功，即 W0，則 QU，物體吸收的熱量等于物體內(nèi)能的增加；若過程的始末狀態(tài)物體的內(nèi)能不變，即U0，則 WQ0 或 WQ，外界對(duì)物體做的功等于物體放出的熱量D1(單選)關(guān)于物體的內(nèi)能和熱量，下列說法中正確的是( )A熱水的內(nèi)能比冷水的內(nèi)能多B溫度高的物體其熱量必定多，內(nèi)能必定大C在熱傳遞過程中，內(nèi)能大的物體其內(nèi)能將減小，內(nèi)能小的物體其內(nèi)能將增大，直到兩物體的內(nèi)能相等D熱量是熱傳遞過程中內(nèi)能轉(zhuǎn)移的量度C 2(單選)關(guān)于物體內(nèi)能的變化，以下說法中正確的是( ) A物體吸收熱量，內(nèi)能一定增大 B物體對(duì)外做功，內(nèi)能一定減小 C物體吸收熱量，同時(shí)對(duì)外做功，內(nèi)能可能不變 D物體放出熱量，同時(shí)對(duì)外做功，內(nèi)能可能不變 3(雙選)某體育館內(nèi)有一恒溫游泳池，水溫等于室溫，現(xiàn)有一個(gè)氣泡從水池底部緩緩上升，那么在上升過程中，泡內(nèi)氣體(可視為理想氣體)( )A分子間的平均距離減小B分子平均動(dòng)能減小C不斷吸熱D壓強(qiáng)不斷減小CD解析：氣泡處在恒溫的水池中，可認(rèn)為溫度不變，故平均動(dòng)能不變，選項(xiàng) B 錯(cuò)；氣泡從水池底部緩緩上升過程中，其壓強(qiáng)在不斷減小，由氣體壓強(qiáng)的微觀解釋可知，體積必在增大，對(duì)外做功，而溫度不變，對(duì)理想氣體而言，其內(nèi)能不變，由熱力學(xué)第一定律知，氣體必不斷從外部環(huán)境中吸熱，故選項(xiàng) A 錯(cuò)，C、D 正確圖 1331A氣體壓強(qiáng)減小，氣體對(duì)外界做功B氣體壓強(qiáng)增大，外界對(duì)氣體做功C氣體體積減小，氣體內(nèi)能減小D氣體體積增大，氣體內(nèi)能減小4(單選)如圖 1331 所示，用一根與絕熱活塞相連的細(xì)線將絕熱汽缸懸掛在某一高度靜止不動(dòng)，汽缸開口向上，缸內(nèi)封閉一定質(zhì)量的氣體，缸內(nèi)活塞可以無摩擦移動(dòng)且不漏氣，現(xiàn)將細(xì)線剪斷，讓汽缸自由下落，則下列說法正確的是( ) B考點(diǎn) 2熱力學(xué)第二定律、能量守恒定律1熱力學(xué)第二定律(1)兩種表述：解析： 在沒有剪斷線前，汽缸內(nèi)密封氣體的 壓強(qiáng) pp0GS；剪斷線后，汽缸及活塞都做自由落體運(yùn)動(dòng)，系統(tǒng)完全失重，pp0，即壓強(qiáng)增大，故 A 錯(cuò)剪斷線后，由于氣體壓強(qiáng)增大到等于大氣壓，活塞相對(duì)汽缸向下運(yùn)動(dòng)動(dòng)，氣體體積減小，外界對(duì)氣體做功，故 B 對(duì)由熱力學(xué)第一定律可知，氣體內(nèi)能增大，故 C、D 錯(cuò) 按熱傳遞的方向性來表述：熱量不能地從低溫物體傳到高溫物體自發(fā)不產(chǎn)生其他影響按機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化過程的方向性來表述：不可能從單一熱源吸收熱量，使之完全變成功，而(2)熱力學(xué)第二定律的意義：揭示了有大量分子參與的宏觀過程的方向性，是獨(dú)立于熱力學(xué)第一定律的一個(gè)重要自然規(guī)律(3)熱力學(xué)第二定律的微觀解釋一切自然過程總是沿著分子熱運(yùn)動(dòng)的進(jìn)行這是熱力學(xué)第二定律的微觀意義性增大的方向從微觀的角度看，熱力學(xué)第二定律是一個(gè)統(tǒng)計(jì)規(guī)律：一無序個(gè)孤立系統(tǒng)總是從熵小的狀態(tài)向熵大的狀態(tài)發(fā)展，而熵值較大代表著較為無序，所以自發(fā)的宏觀過程總是向無序度更大的方向發(fā)展2能量守恒定律(1)內(nèi)容：能量既不能憑空產(chǎn)生，也不能憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為別的形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到別的物體這就是能的轉(zhuǎn)化和在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中其總量守恒定律保持不變(2)對(duì)能量守恒定律的理解：某種形式的能減少，一定有其他形式的能增加，且減少第一類永動(dòng)機(jī)第二類永動(dòng)機(jī)不消耗能量卻可以源源不斷地對(duì)外做功的機(jī)器從單一熱源吸熱，全部用來對(duì)外做功而不引起其他變化的機(jī)器違背能量守恒，不可能實(shí)現(xiàn)不違背能量守恒，違背熱力學(xué)第二定律，不可能實(shí)現(xiàn)量與增加量相等某個(gè)物體能量的減少，一定存在其他物體能量的增加，且減少量和增加量一定相等在利用能量轉(zhuǎn)化與守恒定律解題時(shí)，要注意先搞清過程中有幾種形式的能在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移，分析初、末狀態(tài)確定E 增、E 減各為多少，再由E 增E 減列式計(jì)算3兩類永動(dòng)機(jī)的比較5(雙選)下列說法中正確的是()ACA一切涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性B一切不違背能量守恒與轉(zhuǎn)化定律的物理過程都是可以實(shí)現(xiàn)的C由熱力學(xué)第二定律可以判斷物理過程能否自發(fā)進(jìn)行D. 一切物理過程都不可能自發(fā)地進(jìn)行解析：由熱力學(xué)第二定律和能量守恒定律易判斷 A 、C是正確的 6(單選)關(guān)于對(duì)永動(dòng)機(jī)的認(rèn)識(shí)，下列說法正確的是()A第一類永動(dòng)機(jī)和第二類永動(dòng)機(jī)都違背了能量守恒定律，所以都不可能制成CB第一類永動(dòng)機(jī)違背了能量守恒定律，第二類永動(dòng)機(jī)沒有違背能量守恒定律，因此，隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，第二類永動(dòng)機(jī)是可以制成的C第一類永動(dòng)機(jī)違反了熱力學(xué)第一定律，第二類永動(dòng)機(jī)違反了熱力學(xué)第二定律，這兩類永動(dòng)機(jī)都不可能制成D兩類永動(dòng)機(jī)的實(shí)質(zhì)和工作原理是相同的，都是人們的美好設(shè)想，是永遠(yuǎn)不會(huì)實(shí)現(xiàn)的解析：第一類永動(dòng)機(jī)違背了能量守恒定律，不可能制成；第二類永動(dòng)機(jī)違反了熱力學(xué)第二定律，也不能制成 7(單選)如圖 1332 所示，直立容器內(nèi)部有被隔板隔開的 A、B 兩部分氣體，A 的密度小，B 的密度較大，抽去隔板，加熱氣體，使兩部分氣體均勻混合，設(shè)在此過程氣體吸熱 Q，氣體內(nèi)能增量為U，則()圖 1332AUQBUQD無法比較解析：A、B 氣體開始的合重心在中線下，混合均勻后在中線，所以系統(tǒng)重力勢能增大由能量守恒知：吸收熱量一部分增加氣體內(nèi)能，一部分增加重力勢能故UQ.B熱點(diǎn) 熱力學(xué)定律綜合問題【例 1】(雙選)(2009 年全國)如圖 1333，水平放置的密封汽缸內(nèi)的氣體被一豎直隔板分隔為左右兩部分，隔板可在汽缸內(nèi)無摩擦滑動(dòng)，右側(cè)氣體內(nèi)有一電熱絲汽缸壁和隔板均絕熱初始時(shí)隔板靜止，左右兩邊氣體溫度相等現(xiàn)給電熱絲提供一微弱電流，通電一段時(shí)間后切斷電源當(dāng)缸內(nèi)氣體再次達(dá)到平衡時(shí)，與初始狀態(tài)相比()圖 1333A右邊氣體溫度升高，左邊氣體溫度不變B左右兩邊氣體溫度都升高C左邊氣體壓強(qiáng)增大D右邊氣體內(nèi)能的增加量等于電熱絲放出的熱量答案：BC解析：當(dāng)電熱絲通電后，右邊的氣體溫度升高，氣體膨脹，將隔板向左推，對(duì)左邊的氣體做功，根據(jù)熱力學(xué)第一定律，內(nèi)能增加，氣體的溫度升高，再根據(jù)氣體實(shí)驗(yàn)定律，左邊的氣體壓強(qiáng)增大A 錯(cuò)，B、C 正確右邊氣體內(nèi)能的增加值為電熱絲發(fā)出的熱量減去對(duì)左邊的氣體所做的功，D 錯(cuò)故選 BC.B布朗運(yùn)動(dòng)就是液體分子的運(yùn)動(dòng)CC一定質(zhì)量的理想氣體從外界吸收熱量，其內(nèi)能可能不變D熱量不可能從低溫物體傳遞給高溫物體1(單選)(2011 年深圳一模)下列敘述中，正確的是( ) A物體溫度越高，每個(gè)分子的動(dòng)能也越大解析：溫度是大量分子平均動(dòng)能的標(biāo)志，對(duì)一個(gè)分子沒有意義；布朗運(yùn)動(dòng)是液體分子無規(guī)運(yùn)動(dòng)的間接反映；熱量不能從低溫物體傳遞給高溫物體，而不引發(fā)其他變化說法中正確的是()CDA只要知道氣體的摩爾體積和阿伏伽德羅常數(shù)，就可以算出氣體分子的質(zhì)量B第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成是因?yàn)樗`反了能量守恒定律C一定質(zhì)量的理想氣體，保持氣體的壓強(qiáng)不變，溫度越高，體積越大D液體的表面張力是由于液體分子間的相互作用引起的2(雙選)(2011 年湛江調(diào)研)關(guān)于熱現(xiàn)象和熱學(xué)規(guī)律，下列易錯(cuò)點(diǎn)：熱力學(xué)定律【例 1】(單選)將一裝有壓縮空氣的金屬瓶的瓶塞突然打開，使壓縮空氣迅速跑出，當(dāng)瓶內(nèi)氣體壓強(qiáng)降至等于大氣壓 p0 時(shí)，立即蓋緊瓶塞，過一段時(shí)間后，瓶內(nèi)壓強(qiáng)將(設(shè)瓶外環(huán)境溫度不變)()BA仍為 p0B大于 p0C小于 p0D無法確定錯(cuò)解分析：由于是在內(nèi)外氣壓相等的情況下塞上瓶塞的，所以過一段時(shí)間后，內(nèi)外壓強(qiáng)應(yīng)該仍然相等，所以答案應(yīng)該選A.上述解答中沒有從熱力學(xué)規(guī)律出發(fā)，不能把生活語言，如”突然”，”空氣迅速跑出”等詞語，”翻譯”成”物理語言”上述表達(dá)的物理語言可表述為：壓縮氣體對(duì)外做功，與外界來不及進(jìn)行熱交換，即所謂的絕熱過程另外就是”過一段時(shí)間”，這是一個(gè)可能有熱交換的過程，因?yàn)槠孔邮墙饘俚模饘僖话愣际菬岬牧紝?dǎo)體上述錯(cuò)誤正是因?yàn)闆]有分析這兩個(gè)熱力學(xué)過程所致.正確解析：拔開瓶塞，瓶內(nèi)空氣急速膨脹跑出來，這是一個(gè)近似的絕熱膨脹過程，氣體對(duì)外做功根據(jù)熱力學(xué)第一定律，氣體的內(nèi)能一定減少，即溫度迅速降低由于是在室溫下拔開瓶塞的，所以瓶內(nèi)氣體的溫度一定低于室溫當(dāng)瓶內(nèi)外氣體壓強(qiáng)相等后，塞上瓶塞，立刻又出現(xiàn)了一個(gè)新的熱力學(xué)過程，由于瓶內(nèi)氣溫低于室溫，必將有熱量從外界傳向瓶內(nèi)空氣，使瓶內(nèi)空氣的溫度升高，瓶內(nèi)空氣的壓強(qiáng)也就隨著溫度的升高而增大所以，正確答案應(yīng)為 B.解此類題時(shí)要注意把握住題設(shè)的關(guān)鍵詞所反映的隱含條件，注意分析物理過程，只是根據(jù)自己的生活經(jīng)驗(yàn)想當(dāng)然一般是要出錯(cuò)的1(單選)下列說法中正確的是()DA溫度低的物體內(nèi)能小B溫度低的物體分子運(yùn)動(dòng)的平均速率小C做加速運(yùn)動(dòng)的物體，由于速度越來越大，因此物體分子的平均動(dòng)能越來越大D外界對(duì)物體做功時(shí)，物體的內(nèi)能不一定增加解析：由于物體內(nèi)能的變化與兩個(gè)因素有關(guān)，即做功和熱傳遞兩方面內(nèi)能是否改變要從這兩方面綜合考慮若做功轉(zhuǎn)化為物體的內(nèi)能等于或小于物體放出的熱量，則物體的內(nèi)能不變或減少即外界對(duì)物體做功時(shí)，物體的內(nèi)能不一定增加，選項(xiàng) D是正確的 2(單選)(2011 年廣州天河區(qū)二模)下列說法正確的是()A熱量能自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體B一定質(zhì)量的理想氣體在等溫變化時(shí)，內(nèi)能不改變，因而與外界不發(fā)生熱交換AC布朗運(yùn)動(dòng)是液體分子的運(yùn)動(dòng)，它說明分子永不停息地做規(guī)則運(yùn)動(dòng)D擴(kuò)散現(xiàn)象說明分子間存在斥力解析：外界對(duì)氣體做功，要保持內(nèi)能不改變，則氣體必定與外界發(fā)生熱交換；布朗運(yùn)動(dòng)是液體分子熱運(yùn)動(dòng)的間接反映；擴(kuò)散現(xiàn)象和布朗運(yùn)動(dòng)都說明分子永不停息地做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)