2019年高考物理總復習 選考3-3 第3課時 熱力學定律與能量守恒課件 教科版.ppt

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第3課時熱力學定律與能量守恒 基礎(chǔ)回顧 核心探究 演練提升 基礎(chǔ)回顧自主梳理 融會貫通 知識梳理 一 熱力學第一定律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 熱力學第一定律 1 內(nèi)容 一個熱力學系統(tǒng)的內(nèi)能增量等于外界向它傳遞的與外界對它所做的功的和 2 表達式 U 做功 熱傳遞 Q W 熱量 二 熱力學第二定律1 熱力學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機1 能量守恒定律能量既不會憑空產(chǎn)生 也不會憑空消失 它只能從一種形式為另一種形式 或者從一個物體到另一個物體 在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中其 不變 2 兩類永動機 1 第一類永動機 不需要任何和 卻能對外不斷做功 違背 因此不可能實現(xiàn) 2 第二類永動機 從單一熱源吸收熱量并把它全部用來對外做功 而不引起其他變化的機器 違背 不可能實現(xiàn) 轉(zhuǎn)化 轉(zhuǎn)移 總量 動力 燃料 能量守恒定律 熱力學第二定律 自主檢測 1 思考判斷 1 做功和熱傳遞的實質(zhì)是相同的 2 絕熱過程中 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 同時對外做功 內(nèi)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 熱機中 燃氣的內(nèi)能可以全部變?yōu)闄C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 二氧化碳是導致 溫室效應 的主要原因之一 人類在采取節(jié)能減排措施的同時 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) 在某次實驗中 將一定質(zhì)量的二氧化碳氣體封閉在一可自由壓縮的導熱容器中 將容器緩慢移到海水某深處 氣體體積減小為原來的一半 不計溫度變化 則此過程中 A 外界對封閉氣體對外界做正功B 封閉氣體向外界傳遞熱量C 封閉氣體分子的平均動能增大D 封閉氣體從外界吸收熱量E 封閉氣體的壓強增為原來的2倍 ABE 解析 因為氣體的溫度不變 所以氣體分子的平均動能不變 選項C錯誤 當氣體體積減小時 外界對氣體做功 選項A正確 由熱力學第一定律可得 封閉氣體將向外界傳遞熱量 選項D錯誤 B正確 由玻意耳定律可知 選項E正確 3 2018 湖北黃岡模擬 多選 關(guān)于熱力學定律 下列說法正確的是 A 為了增加物體的內(nèi)能 必須對物體做功或向它傳遞熱量B 對某物體做功 必定會使該物體的內(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)闊岬膶嶋H宏觀過程是不可逆過程 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 必須對物體做功或向它傳遞熱量 選項A正確 對物體做功的同時向外界放熱 則物體的內(nèi)能可能不變或減小 選項B錯誤 根據(jù)熱力學第二定律可知 在對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D錯誤 根據(jù)熱力學第二定律可知 選項E正確 4 大氣壓強為p0 1 0 105Pa 水在1個大氣壓下沸騰時 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 則體積膨脹時氣體對外界做的功為J 該過程中氣體的內(nèi)能變化為J 解析 氣體體積膨脹對外做功為W p0 V 105 1676 1 043 10 6J 167 5J 由熱力學第一定律得 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 各個擊破 考點一熱力學第一定律 1 熱力學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 對公式 U Q W符號的規(guī)定 3 幾種特殊情況 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(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)變化過程 第一種變化是從狀態(tài)A到狀態(tài)B 外界對該氣體做功為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的反向延長線過坐標原點O B C兩狀態(tài)的溫度相同 理想氣體的分子勢能為零 求 1 從狀態(tài)A到狀態(tài)C的過程 該氣體對外界做的功W1和其內(nèi)能的增量 U1 核心點撥 1 A C過程為等容過程 W 0 則Q U 解析 1 由題意知從狀態(tài)A到狀態(tài)C的過程 氣體發(fā)生等容變化 該氣體對外界做的功W1 0根據(jù)熱力學第一定律有 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 核心點撥 2 利用A B和A C過程的初末狀態(tài)溫度相同 則 U相同 再利用熱力學第一定律求出Q2 解析 2 從狀態(tài)A到狀態(tài)B的過程 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第一定律進行綜合分析 2 做功情況看氣體的體積 體積增大 氣體對外做功 W為負 體積縮小 外界對氣體做功 W為正 3 與外界絕熱 則不發(fā)生熱傳遞 此時Q 0 4 如果研究對象是理想氣體 則由于理想氣體沒有分子勢能 所以當它的內(nèi)能變化時 主要體現(xiàn)在分子動能的變化上 從宏觀上看就是溫度發(fā)生了變化 多維訓練 1 熱力學第一定律的理解 2015 北京卷 13 下列說法正確的是 A 物體放出熱量 其內(nèi)能一定減小B 物體對外做功 其內(nèi)能一定減小C 物體吸收熱量 同時對外做功 其內(nèi)能可能增加D 物體放出熱量 同時對外做功 其內(nèi)能可能不變 C 解析 由熱力學第一定律 U W Q可知 若物體放出熱量 但外界對物體做正功 則 U不一定為負值 即內(nèi)能不一定減少 故A項錯誤 同理可分析出 B項和D項錯誤 C項正確 2 導學號58826271 熱力學第一定律的應用 2017 全國 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)過等容過程ab到達狀態(tài)b 再經(jīng)過等溫過程bc到達狀態(tài)c 最后經(jīng)等壓過程ca回到初態(tài)a 下列說法正確的是 ABD A 在過程ab中氣體的內(nèi)能增加B 在過程ca中外界對氣體做功C 在過程ab中氣體對外界做功D 在過程bc中氣體從外界吸收熱量E 在過程ca中氣體從外界吸收熱量 考點二熱力學第二定律 1 熱力學第二定律的理解 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(nèi)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 2 熱力學第二定律的實質(zhì)熱力學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 進而使人們認識到自然界中進行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性 3 熱力學過程方向性實例自然界中進行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性 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 壓縮機工作時 強迫制冷劑在冰箱內(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)過冷凝器時制冷劑液化 放出熱量到箱體外 下列說法正確的是 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 電冰箱的工作原理違反熱力學第二定律E 電冰箱的效率不可能達到100 BCE 解析 熱力學第一定律是熱現(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) 適用于所有的熱學過程 選項C正確 由熱力學第二定律可知 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 需要壓縮機的幫助并消耗電能 選項B正確 A D錯誤 電冰箱工作時會產(chǎn)生內(nèi)能 效率永遠不可能達到100 E正確 誤區(qū)警示熱力學第二定律的應用注意點自然界中進行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程均具有方向性 即使符合能量守恒定律的過程 也未必都能發(fā)生 如擴散 熱傳遞 摩擦生熱等過程均有不可逆性 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 針對訓練 多選 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(diào)機在制冷過程中 從室內(nèi)吸收的熱量少于向室外放出的熱量C 科技的進步可以使內(nèi)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 能源危機 E 第二類永動機不能制成的原因是違反了熱力學第二定律 ABE 解析 熱力學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A正確 第二是不可能從單一熱庫吸收熱量 使之完全變?yōu)楣?而不產(chǎn)生其他影響 即第二類永動機不存在 選項B E正確 C錯誤 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D錯誤 考點三熱力學定律與氣體實驗定律的綜合 氣體實驗定律與熱力學定律綜合的分析思路 典例3 2018 福建廈門質(zhì)檢 如圖所示 一根兩端開口 橫截面積為S 2cm2足夠長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 管中有一個質(zhì)量不計的光滑活塞 活塞下封閉著長L 21cm的氣柱 氣體的溫度為t1 7 外界大氣壓取p0 1 0 105Pa 相當于75cm高的汞柱的壓強 1 若在活塞上放一個質(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 g 10m s2 2 若保持砝碼的質(zhì)量不變 對氣體加熱 使其溫度升高到t2 77 此時氣柱為多長 3 若在 2 過程中 氣體吸收的熱量為10J 則氣體的內(nèi)能增加多少 核心點撥 1 被封閉氣體的第一個變化過程為等溫變化 第二個變化為等壓變化 2 在等壓變化中 用W p V計算氣體做功 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)熱力學第一定律有 U W Q 1 05 10 J 8 95J 反思總結(jié)氣體實驗定律與熱力學定律綜合問題的處理方法 1 解決具體問題時 分清氣體的變化過程是求解問題的關(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 對理想氣體 只要體積變化 外界對氣體 或氣體對外界 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)合熱力學第一定律 U W Q求解內(nèi)能變化 針對訓練 導學號58826272 2018 河南開封模擬 如圖 體積為V 內(nèi)壁光滑的圓柱形導熱汽缸頂部有一質(zhì)量和厚度均可忽略的活塞 汽缸內(nèi)密封有溫度為2 4T0 壓強為1 2p0的理想氣體 p0和T0分別為大氣的壓強和溫度 已知氣體內(nèi)能U與溫度T的關(guān)系為U T 為正的常量 容器內(nèi)氣體的所有變化過程都是緩慢的 求 1 汽缸內(nèi)氣體與大氣達到平衡時的體積V1 2 在活塞下降過程中 汽缸內(nèi)氣體放出的熱量Q 演練提升真題體驗 強化提升 1 熱力學定律的理解 2016 全國 卷 33 多選 關(guān)于熱力學定律 下列說法正確的是 A 氣體吸熱后溫度一定升高B 對氣體做功可以改變其內(nèi)能C 理想氣體等壓膨脹過程一定放熱D 熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體E 如果兩個系統(tǒng)分別與狀態(tài)確定的第三個系統(tǒng)達到熱平衡 那么這兩個系統(tǒng)彼此之間也必達到熱平衡 BDE 解析 氣體吸熱后可能對外做功 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B D正確 由熱平衡定律知選項E正確 2 熱力學第一定律應用 2017 全國 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 氣體會自發(fā)擴散至整個汽缸 待氣體達到穩(wěn)定后 緩慢推壓活塞 將氣體壓回到原來的體積 假設(shè)整個系統(tǒng)不漏氣 下列說法正確的是 A 氣體自發(fā)擴散前后內(nèi)能相同B 氣體在被壓縮的過程中內(nèi)能增大C 在自發(fā)擴散過程中 氣體對外界做功D 氣體在被壓縮的過程中 外界對氣體做功E 氣體在被壓縮的過程中 氣體分子的平均動能不變 ABD 解析 氣體向真空自由擴散的過程中 對外不做功 又汽缸和活塞都絕熱 不吸熱也不放熱 由熱力學第一定律 U Q W Q 0 W 0 所以 U 0 內(nèi)能不變 選項A正確 C錯誤 氣體被壓縮時 外界對氣體做功 又絕熱 所以內(nèi)能增大 選項B D正確 理想氣體分子勢能為零 內(nèi)能表現(xiàn)為分子動能 內(nèi)能增大 則分子動能增大 分子平均動能也增大 選項E錯誤 3 熱力學第一定律結(jié)合圖像的應用 2016 全國 卷 33 多選 一定量的理想氣體從狀態(tài)a開始 經(jīng)歷等溫或等壓過程ab bc cd da回到原狀態(tài) 其p T圖像如圖所示 其中對角線ac的延長線過原點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時的內(nèi)能大于它在狀態(tài)c時的內(nèi)能C 在過程cd中氣體向外界放出的熱量大于外界對氣體做的功D 在過程da中氣體從外界吸收的熱量小于氣體對外界做的功E 在過程bc中外界對氣體做的功等于在過程da中氣體對外界做的功 ABE