2025版新教材高考物理全程一輪總復習第十四章熱學第3講熱力學定律與能量守恒學生用書

第3講熱力學定律與能量守恒課程標準1.知道熱力學第肯定律．通過有關史實，了解熱力學第肯定律和能量守恒定律的發(fā)覺過程，體會科學探究中的挫折和失敗對科學發(fā)覺的意義．2.理解能量守恒定律，能用能量守恒的觀點說明自然現(xiàn)象．體會能量守恒定律是最基本、最普遍的自然規(guī)律之一．3.通過自然界中宏觀過程的方向性，了解熱力學其次定律．素養(yǎng)目標物理觀念：(1)知道熱力學第肯定律及其符號法則，了解能量守恒定律及永動機不行能制成．(2)知道傳熱、擴散現(xiàn)象、機械能與內(nèi)能的轉化具有方向性，了解能量耗散和品質降低的內(nèi)容，能說明相關現(xiàn)象．科學思維：(1)理解熱力學第肯定律的公式并能進行相關的分析計算，能依據(jù)能量守恒定律說明永動機不行能制成的緣由．(2)理解熱力學其次定律的兩種表述，學會用熱力學其次定律說明自然界中的能量轉化、轉移及方向性問題，提高分析推理實力．必備學問·自主落實一、變更物體內(nèi)能的兩種方式1．________．2．熱傳遞．二、熱力學第肯定律實質是能量守恒定律1．內(nèi)容：一個熱力學系統(tǒng)的內(nèi)能變更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：ΔU＝________．3．表達式中的正、負號法則符號WQΔU＋外界對物體做功物體________熱量內(nèi)能________－物體對外界做功物體________熱量內(nèi)能________三、能量守恒定律1．內(nèi)容：能量既不會憑空________，也不會憑空消逝，它只能從一種形式________為其他形式，或者是從一個物體________到別的物體，在轉化或轉移的過程中，能量的總量________．2．第一類永動機是不行能制成的，它違反了________________．四、熱力學其次定律1．熱力學其次定律的兩種表述(1)克勞修斯表述：熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體．不須要任何第三者介入，就能發(fā)生(2)開爾文表述：不行能從單一熱庫汲取熱量，使之完全變勝利，而不產(chǎn)生其他影響．或表述為“________永動機是不行能制成的”．2．熱力學其次定律的微觀意義一切自發(fā)過程總是沿著分子熱運動的________增大的方向進行．3．其次類永動機不行能制成的緣由是違反了熱力學其次定律．走進生活泉城濟南，以泉著名．小張同學在濟南七十二名泉之一的珍寶泉巡游時，發(fā)覺澄澈幽深的泉池底部，不斷有氣泡生成，上升至水面裂開．(1)氣泡在泉水里上升過程中，氣泡對泉水做正功還是做負功？(2)氣泡在泉水里上升過程中，氣泡汲取熱量還是放出熱量？關鍵實力·精準突破考點一熱力學第肯定律的理解和應用1．幾種特別狀況(1)若過程是絕熱的，則Q＝0，W＝ΔU，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＝ΔU，物體汲取的熱量等于物體內(nèi)能的增加量．(3)若過程的始末狀態(tài)物體的內(nèi)能不變，即ΔU＝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．2．兩點留意(1)做功看體積：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．氣體向真空中自由膨脹，對外界不做功，W＝0.(2)對于志向氣體要抓住溫度T變更是內(nèi)能變更的標記(T上升，內(nèi)能增加ΔU>0，反之，內(nèi)能削減ΔU<0)．針對訓練1.如圖是密閉的汽缸，外力推動活塞P壓縮氣體，對缸內(nèi)氣體做功800J，同時氣體向外界放熱200J，缸內(nèi)氣體的()A．溫度上升，內(nèi)能增加600JB．溫度上升，內(nèi)能削減200JC．溫度降低，內(nèi)能增加600JD．溫度降低，內(nèi)能削減200J2．如圖a，一臺四沖程內(nèi)燃機，活塞在壓縮沖程某段時間內(nèi)移動的距離為0.1m，這段過程活塞對氣體的壓力漸漸增大，其做的功相當于2×103N的恒力使活塞移動相同距離所做的功(圖b甲)．內(nèi)燃機工作時汽缸溫度高于環(huán)境溫度，該過程中壓縮氣體傳遞給汽缸的熱量為25J.(1)求上述壓縮過程中氣體內(nèi)能的變更量；(2)燃燒后的高壓氣體對活塞做功，氣體推動活塞移動0.1m，其做的功相當于9×103N的恒力使活塞移動相同距離所做的功(圖b乙)，該做功過程氣體傳遞給汽缸的熱量為30J，求此做功過程氣體內(nèi)能的變更量．考點二熱力學其次定律的理解和應用1．熱力學其次定律的含義(1)“自發(fā)地”指明白熱傳遞等熱力學宏觀現(xiàn)象的方向性，不須要借助外界供應能量的幫助．(2)“不產(chǎn)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(nèi)完成，對四周環(huán)境不產(chǎn)生熱力學方面的影響，如吸熱、放熱、做功等．在產(chǎn)生其他影響的條件下內(nèi)能可以全部轉化為機械能．2．熱力學其次定律的實質熱力學其次定律的每一種表述，都揭示了大量分子參加的宏觀過程的方向性，進而使人們相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．熱力學過程的方向性實例針對訓練3.(多選)依據(jù)熱力學其次定律，下列說法中正確的是()A．不行能從單一熱庫汲取熱量并把它全部用來做功，而不引起其他變更B．沒有冷凝器，只有單一的熱庫，能從單一熱庫汲取熱量全部用來做功，而不引起其他變更的熱機是可以實現(xiàn)的C．制冷系統(tǒng)將冰箱里的熱量傳到外界較高溫度的空氣中而不引起其他變更D．不行能使熱量由低溫物體傳到高溫物體，而不引起其他變更4．(多選)對于熱力學定律，下列說法正確的是()A．第一類永動機不行能制成，因為違反了能量守恒定律B．熱力學第肯定律指出，可能達到肯定零度C．熱力學第肯定律指出，一個熱力學系統(tǒng)的內(nèi)能增量等于外界向它傳遞的熱量與外界對它所做功的和D．熱力學其次定律指出，不能從單一熱源吸熱全部用來對外做功而不產(chǎn)生其他影響考點三氣體試驗定律與熱力學第肯定律的綜合應用考向1熱力學第肯定律與圖像的綜合應用例1[2024·遼寧卷]肯定質量的志向氣體從狀態(tài)a變更到狀態(tài)b，其體積V和熱力學溫度T變更圖像如圖所示，此過程中該系統(tǒng)()A．對外界做正功 B．壓強保持不變C．向外界放熱 D．內(nèi)能削減[解題心得]例2[2024·江蘇卷]如圖所示，肯定質量的志向氣體分別經(jīng)驗a→b和a→c兩個過程，其中a→b為等溫過程，狀態(tài)b、c的體積相同，則()A．狀態(tài)a的內(nèi)能大于狀態(tài)bB．狀態(tài)a的溫度高于狀態(tài)cC．a(chǎn)→c過程中氣體汲取熱量D．a(chǎn)→c過程中外界對氣體做正功[解題心得]考向2熱力學第肯定律與氣體試驗定律的綜合應用氣體試驗定律與熱力學定律的綜合問題的求解思路例3[2024·陜西西安檢測]如圖所示，圓柱形灑水壺密封時容積為V，打氣筒氣室容積ΔV＝V50，某次澆花時，倒入壺中的水的體積為4V5并密封，然后起先打氣，每一次打入壓強為p0、體積為V50的空氣，已知大氣壓強為p0，不計噴水細管的體積及噴水后細管內(nèi)剩余液體的壓強，已知氣體質量m∝pVT(p為氣體壓強，(1)至少打幾次氣后，灑水壺里的水可以全部噴完？(2)若在噴灑過程中灑水壺中空氣從外界汲取的熱量為12J，求壺中空氣對外做的功．[試答]例4[2024·安徽名校二聯(lián)]如圖所示，一個圓筒形導熱汽缸開口向上豎直放置，內(nèi)有活塞，其橫截面積為S＝1×10－4m2，質量為m＝1kg，活塞與汽缸之間無摩擦且不漏氣，其內(nèi)密封有肯定質量的志向氣體，氣柱高度h＝0.2m．已知大氣壓強p0＝1.0×105Pa，重力加速度g＝10m/s2.(1)假如在活塞上緩慢堆放肯定質量的細砂，氣柱高度變?yōu)樵瓉淼?3，求砂子的質量m砂(2)假如在(1)基礎上給汽缸底緩慢加熱，使活塞復原到原高度，此過程中氣體汲取熱量5J，求氣體內(nèi)能的增量ΔU.[試答]第3講熱力學定律與能量守恒必備學問·自主落實一、1．做功二、1．熱量2．Q＋W3．汲取增加放出削減三、1．產(chǎn)生轉化轉移保持不變2．能量守恒定律四、1．(2)其次類2．無序性走進生活答案：(1)氣泡對泉水做正功．(2)氣泡汲取熱量．關鍵實力·精準突破1．解析：外界對氣體做功W＝800J，氣體向外散熱，則Q＝－200J，依據(jù)熱力學第肯定律得，氣體內(nèi)能的增量ΔU＝W＋Q＝800J－200J＝600J，即內(nèi)能增加600J；對于肯定質量的志向氣體，內(nèi)能增加，溫度必定上升．A項正確．答案：A2．解析：(1)壓縮過程活塞對氣體做的功W1＝F1l1＝2×103×0.1J＝200J氣體內(nèi)能的變更量ΔU1＝W1＋Q1＝200J－25J＝175J.(2)氣體膨脹過程中氣體對外界所做的功W2＝F2l2＝－9×103×0.1J＝－900J氣體內(nèi)能的變更量ΔU2＝W2＋Q2＝－900J－30J＝－930J汽缸內(nèi)氣體在壓縮過程中內(nèi)能增加了175J，在膨脹做功過程中氣體內(nèi)能削減了930J.答案：(1)175J(2)削減了930J3．解析：熱力學其次定律揭示了與熱現(xiàn)象有關的物理過程的方向性．機械能和內(nèi)能的轉化過程具有方向性，機械能可以全部轉化為內(nèi)能，而內(nèi)能要全部轉化為機械能必需借助外界的幫助，因而會引起其他變更，選項A正確，選項B錯誤；傳熱過程也具有方向性，熱量能自發(fā)地從高溫物體傳到低溫物體，但要從低溫物體傳到高溫物體，必定會引起其他變更(外界對系統(tǒng)做功)，選項C錯誤，選項D正確．答案：AD4．解析：第一類永動機既不消耗能量又能源源不斷對外做功，違反了能量守恒定律，所以不行能制成，A正確；肯定零度是無法達到的，故B錯誤；依據(jù)熱力學第肯定律ΔU＝Q＋W可知，一個熱力學系統(tǒng)的內(nèi)能增量等于外界向它傳遞的熱量與外界對它所做的功的和，故C正確；熱力學其次定律指出，不能從單一熱源吸熱全部用來對外做功而不產(chǎn)生其他影響，故D正確．答案：ACD例1解析：志向氣體從狀態(tài)a變更到狀態(tài)b，體積增大，志向氣體對外界做正功，A正確；由題圖V-T圖像可知V＝V0＋kT，依據(jù)志向氣體的狀態(tài)方程有pVT＝C，聯(lián)立有p＝Ck+V0T，可看出T增大，p答案：A例2解析：由于a→b的過程為等溫過程，即狀態(tài)a和狀態(tài)b溫度相同，依據(jù)溫度是氣體分子平均動能的標記，可知狀態(tài)a和狀態(tài)b的分子平均動能相同，而志向氣體內(nèi)能只與溫度有關，所以志向氣體狀態(tài)a的內(nèi)能等于狀態(tài)b的內(nèi)能，選項A錯誤；由于狀態(tài)b和狀態(tài)c體積相同，且pb<pc，依據(jù)志向氣體狀態(tài)方程pbVbTb＝pcVcTc，可知Tb<Tc，又因為Tb＝Ta，故Ta<Tc，選項B錯誤；因為a→答案：C例3解析：(1)對灑水壺中的氣體，狀態(tài)1：p1＝p0，V1＝V設至少打n次氣后灑水壺中氣體為狀態(tài)2：p2，V2＝V當水剛好全部噴灑完畢時氣體為狀態(tài)3：p3＝p0，V3＝V氣體由狀態(tài)1到狀態(tài)2，依據(jù)質量關系有p1V1＋np0ΔV＝p2V2氣體由狀態(tài)2到狀態(tài)3做等溫變更，由玻意耳定律有p2V2＝p3V3聯(lián)立解得n＝40次．(2)噴灑過程中由于環(huán)境溫度不變，氣體內(nèi)能不變，依據(jù)熱力學第肯定律有ΔU＝W