新教材適用2024版高考物理一輪總復習第14章熱學第3講熱力學定律與能量守恒定律課件

第十四章熱學第3講熱力學定律與能量守恒定律知識梳理·雙基自測核心考點·重點突破2年高考·1年模擬知識梳理·雙基自測知識點1熱力學第一定律1．內容一個熱力學系統(tǒng)的內能增量等于外界向它傳遞的______與外界對它所做功的和。2．表達式ΔU＝_________。熱量Q＋W3．ΔU＝Q＋W的三種特殊情況(1)絕熱過程：Q＝___，則____________，外界對物體做的功等于物體內能的增加。(2)等容過程：W＝___，則____________，物體吸收的熱量等于物體內能的增加。(3)等溫過程：ΔU＝___，則_______________或____________，外界對物體做的功等于物體放出的熱量。0W＝ΔU0Q＝ΔU0W＋Q＝0W＝－Q知識點2熱力學第二定律1．兩種表述(1)克勞修斯表述(按熱傳導的方向性表述)：熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體。(2)開爾文表述(按機械能和內能轉化過程的方向性表述)：不可能從單一熱庫吸收熱量，使之完全變成功，而不__________________。引起其他影響3．熵增加原理在任何自然過程中，一個孤立系統(tǒng)的總熵不會______。減少知識點3能量守恒守恒1．內容能量既不會憑空_____，也不會憑空______，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，在轉化或轉移的過程中能量的總量____________。2．能源的利用(1)存在能量耗散和____________。(2)重視利用能源時對______的影響。(3)要開發(fā)新能源(如_________、生物質能、風能等)。產生消失轉化轉移保持不變品質下降環(huán)境太陽能一、堵點疏通1．為了增加物體的內能，必須對物體做功或向它傳遞熱量，做功和熱傳遞的實質是相同的。(

)2．絕熱過程中，外界壓縮氣體做功20J，氣體的內能可能不變。(

)3．在給自行車打氣時，會發(fā)現(xiàn)打氣筒的溫度升高，這是因為打氣筒從外界吸熱。(

)4．可以從單一熱源吸收熱量，使之完全變成功。(

)×××√二、對點激活1．(2023·寧波高三階段性檢測)如圖所示，每天清晨環(huán)衛(wèi)工人開著灑水車把路面灑濕，可使路面不起灰塵、空氣更加清新，給人們一天的生活帶來好心情。灑水車在緩慢灑水過程中，若車胎不漏氣，胎內氣體溫度不變，不計分子間勢能，則(

)A．胎內氣體對外界做正功B．輪胎與地面摩擦發(fā)熱，故胎內氣體

的內能增加C．胎內氣體溫度不變，故與外界無熱傳遞D．胎內氣體溫度不變，故每個氣體分子的速率都不變A2．下列敘述，正確的是(

)A．氣體吸熱后溫度一定升高B．熱量不可能從低溫物體傳到高溫物體C．能量耗散是從能量轉化的角度反映出自然界中的宏觀過程具有方向性D．物體從單一熱源吸收的熱量在不引起外界變化的情況下可全部用于做功C[解析]根據(jù)熱力學第一定律ΔU＝Q＋W，氣體吸熱后如果對外做功，則溫度不一定升高，A錯誤；根據(jù)熱力學第二定律，熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，但在引起外界變化的情形下，可以從低溫物體傳到高溫物體，B錯誤；能量耗散是從能量轉化的角度反映出自然界中的宏觀過程具有方向性，C正確；根據(jù)熱力學第二定律，物體從單一熱源吸收的熱量在不引起外界變化的情況下，不可能使之完全變成功，D錯誤。核心考點·重點突破考點一對熱力學第一定律的理解1．熱力學第一定律的理解不僅反映了做功和熱傳遞這兩種方式改變內能的過程是等效的，而且給出了內能的變化量和做功與熱傳遞之間的定量關系。2．對公式ΔU＝Q＋W的符號的規(guī)定符號WQΔU＋外界對物體做功物體吸收熱量內能增加－物體對外界做功物體放出熱量內能減少

(多選)(2023·安徽合肥高三開學考試)如圖所示，p和V分別表示壓強和體積，a、b、c和d為一定質量理想氣體的四個狀態(tài)，其中曲線ad和bc為兩段雙曲線，ab和cd都平行于橫軸，下列判斷正確的是()A．從狀態(tài)a沿雙曲線到狀態(tài)d的過程中，氣體內能不變B．從狀態(tài)b沿雙曲線到狀態(tài)c的過程中，氣體內能不斷增加C．從狀態(tài)a沿雙曲線到狀態(tài)d的過程中，氣體從外界吸收熱量D．從狀態(tài)a沿直線到狀態(tài)b的過程中，氣體向外界放出熱量E．從狀態(tài)d沿直線到狀態(tài)c的過程中，氣體從外界吸收熱量例1ACE[解析]從狀態(tài)a沿雙曲線到狀態(tài)d的過程中，溫度不變，內能不變，A正確；同理，從狀態(tài)b沿雙曲線到狀態(tài)c的過程中，溫度不變，內能不變，B錯誤；從狀態(tài)a沿雙曲線到狀態(tài)d的過程中，溫度不變，內能不變ΔU＝0，體積增大、對外界做功W<0，根據(jù)熱力學第一定律可知氣體從外界吸收熱量，C正確；從狀態(tài)a沿直線到狀態(tài)b的過程中，做等壓變化，體積增大，可知溫度升高、內能增加，體積增大、氣體對外界做功，根據(jù)熱力學第一定律可知氣體從外界吸收熱量，D錯誤；從狀態(tài)d沿直線到狀態(tài)c的過程中，做等壓變化，體積增大，可知溫度升高、內能增加，體積增大、氣體對外界做功，根據(jù)熱力學第一定律可知氣體從外界吸收熱量，E正確。名師點撥1．氣體做功情況的判定方法(1)若氣體體積增大，則氣體對外做功，W<0，氣體向真空膨脹除外。(2)若氣體體積減小，則外界對氣體做功，W>0。(3)若氣體體積不變，即等容過程，則W＝0。2．理想氣體內能變化情況的判定方法對一定質量的理想氣體，由于無分子勢能，其內能只包含分子無規(guī)則熱運動的動能，其內能只與溫度有關。3．應用熱力學第一定律時，首先要明確研究對象是哪個物體或哪幾個物體組成的系統(tǒng)；其次要正確掌握公式的符號法則，對已知量，必須按符號法則確定它們的正負號后，再代入公式計算；對未知量，可先按正號代入公式，根據(jù)計算結果的正負，確定問題的答案?！沧兪接柧?〕

(2023·天津模擬預測)自熱米飯因其便于加熱和攜帶越來越受到“驢友”的歡迎。自熱米飯盒內有一個發(fā)熱包，遇水發(fā)生化學反應而產生大量熱能，不需要明火，溫度可超過100℃，蓋上盒蓋便能在10～15分鐘內迅速加熱食品。自熱米飯的蓋子上有一個透氣孔，如果透氣孔堵塞，容易造成小型爆炸。下列說法正確的是(

)CA．自熱米飯盒爆炸，是盒內氣體溫度升高，氣體分子間斥力急劇增大的結果B．在自熱米飯盒爆炸的瞬間，盒內氣體內能增加C．在自熱米飯盒爆炸的瞬間，盒內氣體溫度降低D．自熱米飯盒爆炸前，盒內氣體溫度升高，標志著每一個氣體分子速率都增大了[解析]自熱米飯盒爆炸，是盒內氣體溫度升高，氣體壓強急劇增大的結果，故A錯誤；在自熱米飯盒爆炸的瞬間，盒內氣體對外做功，且來不及與外界進行熱量交換，根據(jù)熱力學第一定律可知盒內氣體內能減少，溫度降低，故B錯誤，C正確；自熱米飯盒爆炸前，盒內氣體溫度升高，氣體分子平均速率增大，表現(xiàn)的是一種統(tǒng)計規(guī)律，并不代表每一個氣體分子速率都增大了，故D錯誤。考點二對熱力學第二定律的理解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)“不產生其他影響”的含義是發(fā)生的熱力學宏觀過程只在本系統(tǒng)內完成，對周圍環(huán)境不產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。特別提醒：熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，但在有外界影響的條件下，熱量可以從低溫物體傳到高溫物體，如電冰箱；在引起其他變化的條件下內能可以全部轉化為機械能，如氣體的絕熱膨脹過程。3．兩類永動機的比較第一類永動機第二類永動機不需要任何動力或燃料，卻能不斷地對外做功的機器從單一熱源吸收熱量，使之完全變成功，而不產生其他影響的機器違背能量守恒定律，不可能制成不違背能量守恒定律，但違背熱力學第二定律，不可能制成(多選)(2023·河北張家口高三模擬)如圖所示，電冰箱由壓縮機、冷凝器、毛細管、蒸發(fā)器四個部分組成一個密閉的連通系統(tǒng)，制冷劑在連通系統(tǒng)內循環(huán)流經(jīng)這四個部分。各部分的溫度和壓強如圖所示，則下列說法正確的是()例2ABDA．冷凝器向環(huán)境散失的熱量一定大于蒸發(fā)器從冰箱內吸收的熱量B．該過程實現(xiàn)了熱量從低溫物體向高溫物體傳遞C．制冷劑在蒸發(fā)器中的狀態(tài)可以看成理想氣體D．制冷劑在通過冷凝器的過程中分子勢能和分子動能都降低[解析]根據(jù)熱力學第一定律，Q1(從低溫物體吸收的熱量)＋W(壓縮機對系統(tǒng)做功)＝Q2(向高溫物體釋放的熱量)，A正確；這一過程不是自發(fā)完成的，蒸發(fā)器和冷凝器兩處的熱交換方向都是從高溫物體向低溫物體，整個過程實現(xiàn)了熱量從低溫物體向高溫物體傳遞，符合熱力學第二定律，B正確；制冷劑在蒸發(fā)器中雖然是氣體狀態(tài)，但是不滿足遠離液化的狀態(tài)，不能看成理想氣體，C錯誤；在冷凝器中制冷劑溫度降低，分子平均動能降低，分子間距從氣體過渡到液體，分子勢能降低，D正確?！沧兪接柧?〕

(多選)(2022·大連高三期末)如圖所示為某品牌的氣壓式電腦椅，其主要結構可簡化為汽缸和活塞的組合體，人離開椅子后，汽缸內的氣體體積增大，將椅子頂起，假設汽缸內的氣體可視為理想氣體，則下列說法正確的是()BDA．如果氣體吸收的熱量比對外做的功少，則違背了熱力學第一定律B．如果氣體與外界沒有熱量交換，則汽缸內的氣體溫度一定降低C．如果氣體與外界沒有熱量交換，說明從單一熱庫吸收的熱量可以全部用來對外做功D．人坐下時，外界對氣體做功，如果做功數(shù)值與氣體向外界放出的熱量相等，則缸內氣體的溫度一定不變[解析]如果氣體吸收的熱量比對外做的功少，則氣體的內能增加，并不能說明該過程違背了熱力學第一定律，故A錯誤；如果氣體與外界沒有熱量交換，則Q＝0，氣體體積增加，對外做功，W為負值，由熱力學第一定律ΔU＝W＋Q，知ΔU也為負值，即氣體的內能減少，氣體的溫度一定降低，故B正確；如果氣體與外界沒有熱量交換，并不能說明沒有引起其他的變化，所以不能說明從單一熱庫吸收的熱量可以全部用來對外做功，故C錯誤；人坐下時，外界對氣體做功，W為正值，如果氣體向外界放出熱量，則Q為負值，當W＋Q＝0時，說明氣體的內能不變，則缸內氣體的溫度一定不變，故D正確?？键c三熱力學定律與氣體實驗定律的綜合解答該類問題的流程：例3(1)不規(guī)則物體的體積V；(2)缸內氣體向外界放出的熱量Q。[答案]

(1)0.2LS

(2)0.8mgL〔變式訓練3〕

(2023·天津模擬預測)氣墊運動鞋表面材質導熱良好，防滑耐用，可以在運動過程中起到很好的緩沖作用。使用過程中，氣墊內氣體被反復壓縮、擴張，下列說法正確的是(

)A．踩下時，氣墊內氣體壓強增大B．踩下時，氣墊內氣體平均動能增大C．踩下后抬起腳時，氣墊內氣體向外界放熱D．踩下后抬起腳時，氣體對外做功數(shù)值大于氣

體吸收的熱量A2年高考·1年模擬1.(多選)(2022·全國甲卷)一定量的理想氣體從狀態(tài)a變化到狀態(tài)b，其過程如p－T圖上從a到b的線段所示。在此過程中()A．氣體一直對外做功B．氣體的內能一直增加C．氣體一直從外界吸熱D．氣體吸收的熱量等于其對外做的功E．氣體吸收的熱量等于其內能的增加量BCE[解析]根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程可知，過原點的p－T圖像的斜率與體積V有關，一定量的理想氣體從狀態(tài)a到狀態(tài)b，體積不變，對外不做功，選項AD錯誤；理想氣體的內能只與溫度有關，又一定量理想氣體從狀態(tài)a到狀態(tài)b，溫度一直升高，則氣體內能一直增加，選項B正確；由熱力學第一定律可知，氣體一直從外界吸熱，氣體吸收的熱量等于其內能的增加量，選項CE正確。2．(多選)(2022·全國乙卷)一定量的理想氣體從狀態(tài)a經(jīng)狀態(tài)b變化到狀態(tài)c，其過程如T－V圖上的兩條線段所示，則氣體在()A．狀態(tài)a處的壓強大于狀態(tài)c處的壓強B．由a變化到b的過程中，氣體對外做功C．由b變化到c的過程中，氣體的壓強不變D．由a變化到b的過程中，氣體從外界吸熱E．由a變化到b的過程中，從外界吸收的熱量等于其增加的內能ABD3．(多選)(2022·湖南卷)利用“渦流效應”可實現(xiàn)冷熱氣體的分離。如圖，一冷熱氣體分離裝置由噴嘴、渦流室、環(huán)形管、分離擋板和冷熱兩端管等構成。高壓氮氣由噴嘴切向流入渦流室中，然后以螺旋方式在環(huán)形管中向右旋轉前進，分子熱運動速率較小的氣體分子將聚集到環(huán)形管中心部位，而分子熱運動速率較大的氣體分子將聚集到環(huán)形管邊緣部位。氣流到達分離擋板處時，中心部位氣流與分離擋板碰撞后反向，從A端流出，邊緣部位氣流從B端流出。下列說法正確的是()ABEA．A端為冷端，B端為熱端B