物理第十一章 热学（选修3-3）第33讲 热力学定律与能量守恒.ppt

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1、热学(选修33)第第 十十 一一 章章第第3333讲热力学定律与能量守恒讲热力学定律与能量守恒考纲要求考情分析命题趋势1.热力学第一定律2能量守恒定律3热力学第二定律2016全国卷，33(1)2016全国卷，33(1)2015重庆卷，10(1)2015北京卷，132014广东卷，172014全国卷，33(1)在新课标地区，高考对热学部分的考查在选做题中出现，题型涉及选择、填空和计算题，考查知识点全面覆盖，同时突出重点，如热力学定律.栏目导航板板 块块 一一板板 块块 二二板板 块块 三三板板 块块 四四1热力学第一定律内容：一个热力学系统的_等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和表达式：

2、U_.考点热力学定律能量守恒内能增量内能增量 QW 符号法则符号WQU外界对物体做功物体_热量内能_物体对外界做功物体_热量内能_吸收吸收 增加增加 放出放出 减小减小 2热力学第二定律的三种表述(1)克劳修斯表述：热量不能_从低温物体传到高温物体(2)开尔文表述：不可能从_热库吸收热量，使之完全变成功，而_其他影响或表述为“第二类永动机不可能制成”(3)用熵的概念进行表述：在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会_(热力学第二定律又叫做熵增加原理)自发地自发地 单一单一 不产生不产生 减小减小 3能量守恒定律(1)内容能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式_为另一种形式，或者从

3、一个物体_到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的_保持不变(2)能源的利用存在能量耗散和_重视利用能源时对_的影响推进开发新能源(如_、生物质能、风能、潮汐能等)转化转化 转移转移 总和总和 品质降低品质降低 环境环境 太阳能太阳能 1判断正误(1)做功和热传递的实质是相同的()(2)绝热过程中，外界压缩气体做功20 J，气体的内能一定减少20 J()(3)物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变()(4)在给自行车打气时，会发现打气筒的温度升高，这是因为外界对气体做功()(5)自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，能量正在消失()(6)利用河水的能量使船逆水航行的设想，符合能量守恒定律()(7)

4、热机中，燃气的内能可以全部变为机械能而不引起其他变化()1改变内能的两种方式的比较一方式名称比较项目做功热传递区别内能变化情况外界对物体做功，物体的内能增加；物体对外界做功，物体的内能减少物体吸收热量，内能增加；物体放出热量，内能减少方式名称比较项目做功热传递区别从运动形式上看做功是宏观的机械运动向物体的微观分子热运动的转化热传递则是通过分子之间的相互作用，使同一物体的不同部分或不同物体间的分子热运动发生变化，是内能的转移从能量的角度看做功是其他形式的能与内能相互转化的过程不同物体间或同一物体不同部分之间内能的转移能的性质变化情况能的性质发生了变化能的性质不变相互联系做一定量的功或传递一定量的

5、热量在改变内能的效果上是相同的2.热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种改变内能的过程是等效的，而且给出了内能的变化量和做功与热传递之间的定量关系此定律是标量式，应用时功、内能、热量的单位应统一为国际单位焦耳3三种特殊情况(1)若过程是绝热的，则Q0，WU，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W0，则QU，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U0，则WQ0或WQ，外界对物体做的功等于物体放出的热量理想气体内能变化的判定对一定质量的理想气体，由于无分子势能，其内能只包含分子无规则热运动的动能，这时内能只与温度有关，故判定一定质量

6、的理想气体内能是否变化，应看温度是否发生了变化，与体积无关例1(2017江苏南通一模)如图所示，一定质量的理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后再回到状态A.其中，AB和CD为等温过程，BC和DA为绝热过程(气体与外界无热量交换)这就是著名的“卡诺循环”(1)该循环过程中，下列说法正确的是_.AAB过程中，外界对气体做功BBC过程中，气体分子的平均动能增大CCD过程中，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多DDA过程中，气体分子的速率分布曲线不发生变化C(2)该循环过程中，内能减小的过程是_(选填“AB”“BC”“CD”或“DA”)若气体在AB过程中吸收63 kJ的热量，在CD过程中放出38

7、 kJ的热量，则气体完成一次循环对外做的功为_kJ.思维导引 在pV图象中，AB和CD的过程，发生等温变化，BC和DA的过程，为绝热过程由各过程的特点及p、V的变化判断做功情况经过一个完整循环而回到原状态时，内能变化总量为多少？BC 25 解析：(1)AB过程中，气体体积变大，气体对外做功，A项错误；由理想气体状态方程可知，BC为绝热过程，气体体积变大，气体对外界做功，内能减小，温度降低，因此BC温度降低，气体分子的平均动能减小，B项错误；CD过程中气体压强增大，又CD为等温过程，且气体体积变小，则单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多，C项正确；DA过程中，气体体积减小，外界对气体做功，内能

8、增大，温度升高，因此气体分子的速率分布曲线的最大值向速率大的方向偏移，D项错误(2)该循环过程中，BC温度降低，内能减少，由于一个循环中气体的内能不变，BC、DA是绝热过程，气体与外界无热量交换，因此整个过程中吸收的热量63 kJ38 kJ25 kJ，根据热力学第一定律可知，气体对外做的功为25 kJ.二热力学第二定律2热力学第一定律和热力学第二定律的关系热力学第一定律是和热现象有关的物理过程中能量守恒的特殊表达形式及热量与内能改变的定量关系而第二定律指明了能量转化与守恒能否实现的条件和过程进行的方向，指出了一切变化过程的自然发展是不可逆的，除非靠外界影响所以二者相互联系，又相互补充3两类永动

9、机的比较第一类永动机第二类永动机不消耗能量却可以源源不断地对外做功的机器从单一热源吸热，全部用来对外做功而不引起其他变化的机器违背能量守恒，不可能实现不违背能量守恒，违背热力学第二定律，不可能实现热力学第二定律的涵义(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”的涵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、做功等例2(2016江苏模块验收测试)如图所示为电冰箱的工作原理示意图压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环在蒸发器中制冷剂汽化吸收箱体内的热量，经过冷凝器时制冷剂液化，放

10、出热量到箱体外(1)(多选)下列说法正确的是_A热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外B电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，是因为其消耗了电能C电冰箱的工作原理不违反热力学第一定律D电冰箱的工作原理违反热力学第一定律(2)电冰箱的制冷系统从冰箱内吸收的热量与释放到外界的热量相比，有怎样的关系？BC 解析：(1)热力学第一定律是热现象中内能与其他形式能的转化规律，是能的转化和守恒定律的具体表现，适用于所有的热学过程，故C项正确，D项错误；由热力学第二定律可知，热量不能自发地从低温物体传到高温物体，除非有外界的影响或帮助，电冰箱把热量从低温的内部传到高温的外部，需要压缩机的帮助并消耗电能，

11、故B项正确，A项错误(2)由热力学第一定律可知，电冰箱制冷系统从冰箱内吸收了热量，同时消耗了电能，释放到外界的热量比从冰箱内吸收的热量多答案：(1)BC(2)见解析1(多选)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：在一定条件下，热量可以从低温物体传给高温物体，A项正确；空调机工作过程中，电流做功产生热，所以向室外放热多，从室内吸热少，B项正确；C项中的说法违反热力学第二定律，C

12、项错；对能源的过度消耗会造成可以利用的能量减少，而总的能量是守恒的，D项错AB 2(2016湖南长沙四县一市期末统考)用隔板将一容器隔成A和B两部分，A中盛有一定量的气体，B为真空(如图甲所示)，现把隔板抽去，A中的气体将自动充满整个容器(如图乙所示)，这个过程称为气体的自由膨胀则关于气体的自由膨胀下列说法中正确的是()A在自由膨胀过程中，所有气体分子的运动方向相同B在自由膨胀过程中，只要把握好隔板插入的时机，全部气体就能到达B部分C气体充满整个容器后，只要时间足够长，还能全部自动回到A部分D气体充满整个容器后，B部分中的某些气体分子有可能再回到A部分D 解析：气体分子在永不停息地做无规则运动

13、，在自由膨胀过程中也不例外，选项A错误；在自由膨胀过程中，气体分子将充满所能达到的空间，即整个容器，选项B错误；热力学第二定律指出具有大量分子参与的宏观过程都具有方向性，所以选项C错误；气体充满整个容器后，气体分子朝各个方向运动的机会均等，所以B部分中的某些气体分子有可能再回到A部分，选项D正确3(2017福建泉州模拟)一定质量的理想气体从状态A变化到状态B，再变化到状态C，其状态变化过程的pV图象如图所示已知该气体在状态A时的温度为27.求：(1)该气体在状态B时的温度；(2)该气体从状态A到状态C的过程中与外界交换的热量答案：(1)173(2)吸收热量200 J例1(多选)(2016河南开

14、封模拟6分)如图所示，一绝热容器被隔板K隔开成a、b两部分已知a内有一定量的稀薄气体，b内为真空抽开隔板K后，a内气体进入b，最终达到平衡状态在此过程中()A气体对外界做功，内能减少B气体不做功，内能不变C气体压强变小，温度不变D气体压强变大，温度不变E单位时间内撞击容器壁的分子数减少答题送检来自阅卷名师报告错误致错原因扣分A不明白“绝热容器”的含义，挖掘不出稀薄气体向真空扩散是否做功，不能根据热力学第一定律解题，错选A6规范答题 解析 绝热容器内的稀薄气体与外界没有热传递，Q0，稀薄气体向真空扩散时气体没有做功，W0，根据热力学第一定律稀薄气体的内能不变，则温度不变，稀薄气体扩散体积增大，根

15、据玻意耳定律可知，气体的压强必然变小，故A、D错误，B、C正确；温度不变，分子的平均动能不变，压强减小，说明单位时间内撞击容器壁的分子数减少，故E正确答案 BCE1(2017福建福州模拟)如图所示，厚度和质量不计、横截面积为S10 cm2的绝热汽缸倒扣在水平桌面上，汽缸内有一绝热的“T”形活塞固定在桌面上，活塞与汽缸封闭一定质量的理想气体，开始时，气体的温度为T0300 K，压强为p0.5105 Pa，活塞与汽缸底的距离为h10 cm，活塞可在汽缸内无摩擦滑动且不漏气，大气压强为p01.0105 Pa.求：(1)此时桌面对汽缸的作用力FN；(2)现通过电热丝给气体缓慢加热到T，此过程中气体吸收热量为Q7 J，内能增加了U5 J，整过程活塞都在汽缸内，求T的值答案：(1)50 N(2)720 K2(2017江苏南京模拟)如图所示，竖直放置的气缸内壁光滑，横截面积为S103m2，活塞的质量为m2 kg，厚度不计在A、B两处设有限制装置，使活塞只能在A、B之间运动，B下方气缸的容积为1.0103m3，A、B之间的容积为2.0104m3，外界大气压强p01.0105 Pa.开始时活塞停在B处，缸内气体的压强为0.9p0，温度为27，现缓慢加热缸内气体，直至327.求：(1)活塞刚离开B处时气体的温度t2；(2)缸内气体最后的压强；答案：(1)127(2)1.5105 Pa课时达标