新人教版14.3热力学定律与能量守恒学案.docx

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1、第3讲热力学定律与能量守恒课程标准1 .知道热力学第一定律.通过有关史实，了解热力学第一定律和能量守恒定律的发现过 程，体会科学探索中的挫折和失败对科学发现的意义.2 .理解能量守恒定律，能用能量守恒的观点解释自然现象.体会能量守恒定律是最基本、 最普遍的自然规律之一.3 .通过自然界中宏观过程的方向性，了解热力学第二定律.素养目标物理观念：(1)知道热力学第一定律及其符号法则，了解能量守恒定律及永动机不可能 制成.(2)知道传热、扩散现象、机械能与内能的转化具有方向性，了解能量耗散和品质降低 的内容,能解释相关现象.科学思维：(1)理解热力学第一定律的公式并能进行相关的分析计算，能根据能量守

2、恒 定律解释永动机不可能制成的原因.(2)理解热力学第二定律的两种表述，学会用热力学第二定律解释自然界中的能量转化、 转移及方向性问题，提高分析推理能力.必备知识自主落实一、改变物体内能的两种方式1 . .2 .热传递.二、热力学第一定律实质是能量守恒定律1 .内容：一个热力学系统的内能变化量等于外界向它传递的 与外界对它所做的功的和.2 .表达式：AU=.3 .表达式中的正、负号法则符号WQAU+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三、能量守恒定律1 .内容：能量既不会凭空，也不会凭空消失，它只能从一种形式 为其他形式，或者是从一个物体 到别的物体，在转化或转移的过程中，能量

3、的总量2 .第一类永动机是不可能制成的，它违背了四 热力学第二定律1 .热力学第二定律的两种表述(I)克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体.不需要任何第三者介入，就能发生(2)开尔文表述：不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响.或 表述为“永动机是不可能制成的”.2 .热力学第二定律的微观意义一切自发过程总是沿着分子热运动的 增大的方向进行.3 .第二类永动机不可能制成的原因是违背了热力学第二定律.走进生活泉城济南，以泉闻名.小张同学在济南七十二名泉之一的珍珠泉游览时，发现清澈幽深 的泉池底部，不断有气泡生成，上升至水面破裂.(1)气泡在泉水里上升过程中，气泡

4、对泉水做正功还是做负功？(2)气泡在泉水里上升过程中，气泡吸收热量还是放出热量？关键能力精准突破考点一热力学第一定律的理解和应用1 .几种特殊情况(1)若过程是绝热的，则。=0, W=&U,外界对物体做的功等于物体内能的增加量.(2)若过程中不做功，即=0,则物体吸收的热量等于物体内能的增加量.(3)若过程的始末状态物体的内能不变，即AU=0,则爪+。=0或%= 一。，外界对物 体做的功等于物体放出的热量.2 .两点注意(1)做功看体积：体积增大，气体对外做功，配为负；体积缩小，外界对气体做功，W 为正.气体向真空中自由膨胀，对外界不做功，匹=0.(2)对于理想气体要抓住温度7变化是内能变化的

5、标志(7升高，内能增加AU0,反之， 内能减少AU0).针对训练1.如图是密闭的汽缸，外力推动活塞P压缩气体，对缸内气体做功800J,同时气体向 外界放热200 J,缸内气体的（）A.温度升高, B.温度升高, C.温度降低, D.温度降低,内能增加600 J 内能减少200 J 内能增力口 600 J 内能减少200 J2.如图a, 一台四冲程内燃机,活塞在压缩冲程某段时间内移动的距离为m,这段过程活塞对气体的压力逐渐增大，其做的功相当于2X103 N的恒力使活塞移动相同距离所做 的功（图b甲）.内燃机工作时汽缸温度高于环境温度，该过程中压缩气体传递给汽缸的热量 为 25 J.b（1）求上述

6、压缩过程中气体内能的变化量；（2）燃烧后的高压气体对活塞做功，气体推动活塞移动m,其做的功相当于9X103 n的 恒力使活塞移动相同距离所做的功（图b乙），该做功过程气体传递给汽缸的热量为30 J,求 此做功过程气体内能的变化量.考点二热力学第二定律的理解和应用1 .热力学第二定律的含义（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 2） “不产生其他影响”的含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.在产生其他影响的条件下内能可以全 部转化为机械能.3 .热力学第二定律的实质热力学第二定律的每

7、一种表述，都揭示了大量分子参与的宏观过程的方向性，进而使人 们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性.4 .热力学过程的方向性实例（1）高温物体：热VQ能自发传绐热址Q不能自发传给低温物体.功能自发地完全转化为、执 不能自发地完全转化为（3）气体体积%能自发膨胀到不能自发收缩百气体体积V2（较大）.针对训练5 .（多选）根据热力学第二定律，下列说法中正确的是（）A.不可能从单一热库吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化B.没有冷凝器，只有单一的热库，能从单一热库吸收热量全部用来做功，而不引起其 他变化的热机是可以实现的C.制冷系统将冰箱里的热量传到外界较高温度的空气中而不引

8、起其他变化D.不可能使热量由低温物体传到高温物体，而不引起其他变化4.（多选）对于热力学定律，下列说法正确的是（）A.第一类永动机不可能制成，因为违背了能量守恒定律B.热力学第一定律指出，可能达到绝对零度C.热力学第一定律指出，一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界 对它所做功的和D.热力学第二定律指出，不能从单一热源吸热全部用来对外做功而不产生其他影响考点三气体实验定律与热力学第一定律的综合应用考向1热力学第一定律与图像的综合应用例1 2022辽宁卷一定质量的理想气体从状态。变化到状态从其体积/和热力学温度 7变化图像如图所示，此过程中该系统（）A.对外界做正功B.压强保持不变

9、C.向外界放热D.内能减少斛题心得I例2 2022江苏卷如图所示，一定质量的理想气体分别经历和两个过程，其 中为等温过程，状态A、c的体积相同，则（）A.B.C.D.确定研究对象（气体汽缸、活塞、液柱等两类分析气体实验定律状态参量P、V、T初、末状态之间发生的变化）做功情况热力学定律一（吸、放热情况一内能变化情况状态。的内能大于状态方 状态。的温度高于状态c a f C过程中气体吸收热量4-C过程中外界对气体做正功考向2热力学第一定律与气体实验定律的综合应用 气体实验定律与热力学定律的综合问题的求解思路选用规律、列方程求解气体的三个实验定律、理想气体状 态方程、热力学第一定律例3 2023陕西

10、西安检测如图所示，圆柱形洒水壶密封时容积为匕打气简气室容积AP=，某次浇花时，倒入壶中的水的体积为:并密封，然后开始打气，每一次打入压强为po、 nuO体积为5的空气，已知大气压强为P。，不计喷水细管的体积及喷水后细管内剩余液体的压强, 已知气体质量毕p为气体压强，P为气体体积，7为热力学温度)，打气过程及喷洒过程 中环境温度不变.打气筒(1)至少打几次气后，泗水壶里的水可以全部喷完？(2)若在喷洒过程中洒水壶中空气从外界吸收的热量为12J,求壶中空气对外做的功.试答例4 2023安徽名校二联如图所示，一个圆筒形导热汽缸开口向上竖直放置，内有活塞， 其横截面积为S= 1X10-4 m2,质量为

11、?= 1kg,活塞与汽缸之间无摩擦且不漏气，其内密 封有一定质量的理想气体，气柱高度方=m.已知大气压强p()=义IOPa,重力加速度g =1() m/s2.(1)如果在活塞上缓慢堆放一定质量的细砂，气柱高度变为原来的|,求砂子的质量，必(2)如果在(1)基础上给汽缸底缓慢加热，使活塞恢复到原高度，此过程中气体吸收热量 5J,求气体内能的增量试答第3讲热力学定律与能量守恒必备知识自主落实、1.做功、1 .热量2 . 0+郎3 .吸收增加放出减少1 .产生 转化 转移 保持不变2 .能量守恒定律四、1 . (2)第二类2 .无序性走进生活答案：(1)气泡对泉水做正功.(2)气泡吸收热量.关键能力

12、精准突破1 .解析：外界对气体做功少=800J,气体向外散热，则。=200J,根据热力学第一 定律得，气体内能的增量U=+Q=800J 200J=600J,即内能增加600 J；对于一定质 量的理想气体，内能增加，温度必然升高.A项正确.答案：A2 .解析：（1）压缩过程活塞对气体做的功断=产/ = 2X103x j=200J气体内能的变化量AU尸必+勒=200 J 25 J= 175 J.（2）气体膨胀过程中气体对外界所做的功2=F2/2=-9XI03X J=-900J气体内能的变化量AS=%2+Q2=-900J-30J=-930J汽缸内气体在压缩过程中内能增加了 175J,在膨胀做功过程中

13、气体内能减少了 930J.答案：（1）175 J （2）减少了 930 J3 .解析：热力学第二定律揭示了与热现象有关的物理过程的方向性.机械能和内能的 转化过程具有方向性，机械能可以全部转化为内能，而内能要全部转化为机械能必须借助外 界的帮助，因而会引起其他变化，选项A正确，选项B错误；传热过程也具有方向性，热 量能自发地从高温物体传到低温物体，但要从低温物体传到高温物体，必然会引起其他变化 （外界对系统做功），选项C错误，选项D正确.答案：AD4.解析：第一类永动机既不消耗能量又能源源不断对外做功，违背了能量守恒定律， 所以不可能制成，A正确；绝对零度是无法达到的，故B错误；根据热力学第一

14、定律= 0+爪可知，一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和, 故C正确；热力学第二定律指出，不能从单一热源吸热全部用来对外做功而不产生其他影 响，故D正确.答案：ACD例I解析：理想气体从状态。变化到状态力，体积增大，理想气体对外界做正功，A 正确；由题图匕/图像可知=%+仃，根据理想气体的状态方程有空=C,联立有p=, k+T可看出7增大，P增大，选项B错误；理想气体从状态变化到状态上 温度升高，内能增 大，D错误；理想气体对外界做正功且内能增大，则根据热力学第一定律可知气体从外界吸 收热量，C错误.答案：A例2解析：由于。一6的过程为等温过程，即状态。和状态8

15、温度相同，根据温度是 气体分子平均动能的标志，可知状态。和状态。的分子平均动能相同，而理想气体内能只与 温度有关，所以理想气体状态。的内能等于状态力的内能，选项A错误；由于状态力和状 态。体积相同，且ppc,根据理想气体状态方程竽=哈，可知7点，又因为刀=心，故 TsTc,选项B错误；因为过程气体体积增大，气体对外界做正功；而气体温度升高， 内能增加，根据热力学第一定律，AU=W+。，可知气体吸收热量；选项C正确，D错误.答案：C例3解析：（1）对洒水壶中的气体，状态1： pi=po, V=设至少打次气后洒水壶中气体为状态2： P2,匕=5当水刚好全部喷洒完毕时气体为状态3： P3=po, V

16、3=V气体由状态1到状态2,根据质量关系有p V + npok V=pi Vi气体由状态2到状态3做等温变化，由玻意耳定律有P2%=P3%联JI解得=40次.(2)喷洒过程中由于环境温度不变，气体内能不变，根据热力学第一定律有解得 ir=-Q=-l2J则壶中空气对外做的功为12 J.答案：40次12J例4解析：(1)因为缓慢放置砂子，气体发生等温变化，根据玻意耳定律有pih=p2%放置砂子前有m=po+?V=hS放置砂子后有P2=P0 +吧匕=刎联立解得m .= 1 kg.(2)由(1)可得p2 = 3X105pa,使活塞恢复到原高度的过程，气体压强不变，气体对外做 功，则有W= -p2 A V=2sh由热力学第一定律得U=W+。联立解得4=3 J.答案：(1)1 kg (2)3 J