2020届高三物理一轮复习 第十三章 第3讲 热力学定律与能量守恒定律课件

高频考点·分类突破基础知识·自主梳理目录ONTENTSC4课时作业第3讲热力学定律与能量守恒定律章末检测卷第十三章热学一、热力学第一定律1．改变物体内能的两种方式(1)；(2)热传递．2．热力学第一定律(1)内容：一个热力学系统的内能增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：ΔU＝.做功热量Q＋W二、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，或者是从一个物体到别的物体，在或的过程中，能量的保持不变．2．条件性能量守恒定律是自然界的，某一种形式的能是否守恒是有条件的．3．第一类永动机是不可能制成的，它违背了．转化转移转化转移总量普遍规律能量守恒定律三、热力学第二定律1．热力学第二定律的两种表述(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：不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而．或表述为“永动机是不可能制成的”．自发地不产生其他影响第二类2．用熵的概念表示热力学第二定律在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会．3．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．4．第二类永动机不可能制成的原因是违背了．减小无序性热力学第二定律■判一判记一记易错易混判一判(1)做功和热传递的实质是相同的．()(2)外界压缩气体做功20J，气体的内能可能不变．()(3)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．()(4)科技的进步可以使内燃机成为单一热源的热机．()(5)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．()×√√×√(6)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．()(7)一定量100℃的水变成100℃的水蒸气，其分子之间的势能增加．()(8)给自行车打气时，发现打气筒的温度升高，这是因为打气筒从外界吸热．()(9)可以从单一热源吸收热量，使之完全变成功．()(10)热量不能从低温物体传给高温物体．()√√×√×规律结论记一记(1)做功和热传递是改变物体内能的两个途径，但物体吸收热量内能不一定增大．(2)热机的工作效率可以努力提高，但不可能达到100%.(3)理想气体没有分子势能，它的内能变化体现在分子动能的变化上，从宏观上看就是温度发生了变化．(4)第一类永动机违背能量守恒，第二类永动机不违背能量守恒但违背热力学第二定律．(5)热力学第二定律的每一种表述，都揭示了自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性．考点一热力学第一定律与能量守恒定律自主学习型1．做功和热传递的区别做功与热传递在改变内能的效果上是相同的，但是从运动形式、能量转化的角度上看是不同的．做功是其他形式的运动和热运动的转化，是其他形式的能与内能之间的转化；而热传递则是热运动的转移，是内能的转移．2．对公式ΔU＝Q＋W符号的确定符号WQΔU＋外界对物体做功物体吸收热量内能增加－物体对外界做功物体放出热量内能减少3.三种特殊情况(1)若过程是绝热的，则Q＝0，W＝ΔU，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W＝0，则Q＝ΔU，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ΔU＝0，则W＋Q＝0或W＝－Q.即外界对物体做的功等于物体放出的热量．1．[对气体内能的理解](2018·高考全国卷Ⅱ)对于实际的气体，下列说法正确的是()A．气体的内能包括气体分子的重力势能B．气体的内能包括分子之间相互作用的势能C．气体的内能包括气体整体运动的动能D．气体体积变化时，其内能可能不变E．气体的内能包括气体分子热运动的动能气体的内能等于所有分子热运动的动能和分子之间势能的总和，故A、C错，B、E对；根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q知道，改变内能的方式有做功和热传递，所以体积发生变化时，内能可能不变，故D对．BDE2．[热力学第一定律的理解](2017·高考全国卷Ⅱ)如图，用隔板将一绝热汽缸分成两部分，隔板左侧充有理想气体，隔板右侧与绝热活塞之间是真空．现将隔板抽开，气体会自发扩散至整个汽缸．待气体达到稳定后，缓慢推压活塞，将气体压回到原来的体积．假设整个系统不漏气．下列说法正确的是()A．气体自发扩散前后内能相同B．气体在被压缩的过程中内能增大C．在自发扩散过程中，气体对外界做功D．气体在被压缩的过程中，外界对气体做功E．气体在被压缩的过程中，气体分子的平均动能不变气体向真空扩散过程中不对外做功，且又因为汽缸绝热，可知气体自发扩散前后内能相同，选项A正确，C错误；气体在被压缩的过程中活塞对气体做功，因汽缸绝热，则气体内能增大，选项B、D正确；气体在被压缩的过程中，因气体内能增加，则温度升高，气体分子的平均动能增加，选项E错误．ABD3．[能量守恒定律的理解]下面设想符合能量守恒定律的是()A．利用永久磁铁间的作用力，造一台永远转动的机械B．做一条船，利用流水的能量逆水行舟C．通过太阳照射飞机，即使飞机不带燃料也能飞行D．利用核动力驾驶地球离开太阳系E．有一种全自动机械手表，既不需要上发条，也不用任何电池，却能一直走下去，即使长时间放置，它也不会停下来利用磁场能可以使磁铁所具有的磁场能转化为动能，但由于摩擦力的不可避免性，动能最终转化为内能使机械转动停止，故A不符合．让船先静止在水中，设计一台水力发电机使船获得足够电能，然后把电能转化为船的动能使船逆水航行；同理可利用光能的可转化性和电能的可收集性，使光能转化为飞机的动能，实现飞机不带燃料也能飞行，故B、C符合．设计一种利用反冲理论，以核动力为能源，使地球获得足够大的能量，挣脱太阳引力的束缚而离开太阳系，故D符合．手表戴在手腕上，通过手臂的运动，机械手表获得能量，供手表指针走动，若将此手表长时间放置不动，它就会停下来，故E不符合．BCD4．[热力学第一定律的应用]一定质量的气体，在从状态1变化到状态2的过程中，吸收热量280J，并对外做功120J，试问：(1)这些气体的内能发生了怎样的变化？(2)如果这些气体又返回原来的状态，并放出了240J热量，那么在返回的过程中是气体对外界做功，还是外界对气体做功？做功多少？(1)由热力学第一定律可得ΔU＝W＋Q＝－120J＋280J＝160J，气体的内能增加了160J.(2)由于气体的内能仅与状态有关，所以气体从状态2回到状态1的过程中内能的变化应等于从状态1到状态2的过程中内能的变化，则从状态2到状态1的内能应减少160J，即ΔU′＝－160J，又Q′＝－240J，根据热力学第一定律得ΔU′＝W′＋Q′，所以W′＝ΔU′－Q′＝－160J－(－240J)＝80J，即外界对气体做功80J.(1)增加了160J(2)外界对气体做功80J[方法总结]判定物体内能变化的方法1．内能的变化都要用热力学第一定律进行综合分析．2．做功情况看气体的体积：体积增大，气体对外做功，W为负；体积缩小，外界对气体做功，W为正．3．与外界绝热，则不发生热传递，此时Q＝0.4．如果研究对象是理想气体，则由于理想气体没有分子势能，所以当它的内能变化时，体现在分子动能的变化上，从宏观上看就是温度的变化．考点二热力学第二定律自主学习型1．对热力学第二定律关键词的理解在热力学第二定律的表述中，“自发地”“不产生其他影响”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．2．热力学第二定律的实质自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性．如(1)高温物体热量Q能自发地传给热量Q不能自发地传给低温物体(2)功能自发地完全转化为不能自发地且不能完全转化为热(3)气体体积V1能自发地膨胀到不能自发地收缩到气体体积V2(较大)(4)不同气体A和B能自发地混合成不能自发地分离成混合气体AB3．两类永动机的比较第一类永动机第二类永动机设计要求不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功的机器从单一热源吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响的机器不可能制成的原因违背能量守恒不违背能量守恒，违背热力学第二定律1．[热力学第二定律的理解]以下现象不违背热力学第二定律的是()A．一杯热茶在打开盖后，茶会自动变凉B．没有漏气、没有摩擦的理想热机，其效率可能是100%C．桶中浑浊的泥水在静置一段时间后，泥沙下沉，上面的水变清，泥、水自动分离D．热量自发地从低温物体传到高温物体E．在地面上运动的物体逐渐停下来，机械能全部变为内能热茶自动变凉是热从高温物体传递到低温物体，A正确；任何热机效率都不可能达到100%，B错误；泥水分离是机械能(重力势能)向内能的转化，C正确；热量不能自发地从低温物体传到高温物体，D错误；物体因摩擦力而停下来，是机械能(动能)向内能的转化，是自发过程，E正确．ACE2．[两类永动机和热力学定律的理解]关于两类永动机和热力学的两个定律，下列说法不正确的是()A．第二类永动机不可能制成是因为违反了热力学第一定律B．第一类永动机不可能制成是因为违反了热力学第二定律C．由热力学第一定律可知做功可以改变内能，热传递也可以改变内能，但同时做功和热传递不一定会改变内能D．由热力学第二定律可知热量从低温物体传向高温物体是可能的，从单一热源吸收热量，完全变成功也是可能的E．第一类永动机违背能量守恒定律，第二类永动机不违背能量守恒定律，随着科技的进步和发展，第二类永动机可以制造出来第一类永动机违反能量守恒定律，第二类永动机违反热力学第二定律，两类永动机不可能制造出来，故A、B、E错；由热力学第一定律可知W≠0，Q≠0，但ΔU＝W＋Q可以等于0，C对；由热力学第二定律可知D中现象是可能的，但会引起其他变化，D对．ABE3．[热力学定律的理解](2019·湖北襄阳模拟)下列对热力学定律的理解正确的是()A．可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功B．功变为热的实际宏观过程是可逆过程C．为了增加物体的内能必须对物体做功或向它传递热量D．热量不可能由低温物体传给高温物体E．如果物体从外界吸收了热量，物体的内能也可能减少在引起其他变化的情况下，从单一热源吸收热量可以将其全部变为功，选项A正确；涉及热现象的宏观过程都具有方向性，选项B错误；内能的改变可以通过做功或热传递进行，选项C正确；在有外界影响的条件下，热量可以由低温物体传给高温物体，选项D错误；物体从外界吸收热量，可能同时对外做功，如果对外做的功大于从外界吸收的热量，则物体的内能减少，选项E正确．ACE[规律总结]热力学第一、第二定律的比较热力学第一定律热力学第二定律定律揭示的问题它从能量守恒的角度揭示了功、热量和内能改变量三者的定量关系它指出自然界中涉及热现象的宏观过程是有方向性的机械能和内能的转化当摩擦力做功时，机械能可以全部转化为内能内能不可能在不引起其他变化的情况下完全变成机械能表述形式只有一种表述形式有多种表述形式两定律的关系在热力学中，两者既相互独立，又互为补充，共同构成了热力学知识的理论基础考点三热力学定律与气体实验定律的综合师生互动型热力学定律与气体实验定律问题的处理方法(1)气体实验定律研究对象是一定质量的理想气体．(2)解决具体问题时，分清气体的变化过程是求解问题的关键，根据不同的变化，找出与之相关的气体状态参量，利用相关规律解决．(3)对理想气体，只要体积变化，外界对气体(或气体对外界)要做功，如果是等压变化，W＝pΔV；只要温度发生变化，其内能就发生变化．(4)结合热力学第一定律ΔU＝W＋Q求解问题．[典例](2019·山西五校联考)如图所示，一绝热汽缸倒立竖放在两水平台面上，缸内一光滑活塞密封了一定质量的理想气体．在活塞下挂有一物块，活塞与物块的总重力G＝30N，活塞的横截面积S＝3×10－3m2.活塞静止时，缸内气体温度t1＝27℃，体积V1＝3×10－3m3.外界的大气压强恒为p0＝1×105Pa，缸内有一个电阻丝，电阻丝的电阻值恒为R＝5Ω，电源电动势E＝18V、内阻r＝1Ω.闭