2025屆新教材高考物理一輪復(fù)習(xí)第十三章熱學(xué)第3節(jié)熱力學(xué)定律與能量守恒定律學(xué)案新人教版

PAGE11-第3節(jié)熱力學(xué)定律與能量守恒定律必備學(xué)問預(yù)案自診學(xué)問梳理一、熱力學(xué)第肯定律1.變更物體內(nèi)能的兩種方式①(1);

(2)。

2.熱力學(xué)第肯定律(1)內(nèi)容:一個(gè)熱力學(xué)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。(2)表達(dá)式:ΔU=。

二、能量守恒定律1.內(nèi)容能量既不會憑空產(chǎn)生,也不會憑空消逝,它只能從一種形式為另一種形式,或者是從一個(gè)物體到別的物體,在或的過程中,能量的總量保持不變。

2.條件性能量守恒定律是自然界的,某一種形式的能是否守恒是有條件的。

3.第一類永動機(jī)是不行能制成的,它違反了。

三、熱力學(xué)其次定律1.熱力學(xué)其次定律的兩種表述(1)克勞修斯表述:熱量不能從低溫物體傳到高溫物體。

(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?；虮硎鰹椤坝绖訖C(jī)是不行能制成的”。

2.用熵的概念表示熱力學(xué)其次定律在任何自然過程中,一個(gè)孤立系統(tǒng)的總熵不會。

3.熱力學(xué)其次定律的微觀意義一切自發(fā)過程總是沿著分子熱運(yùn)動的增大的方向進(jìn)行②。

②注:熱力學(xué)其次定律的每一種表述,都揭示了自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性。4.其次類永動機(jī)不行能制成的緣由是違反了③。

③注:第一類永動機(jī)違反能量守恒定律,其次類永動機(jī)不違反能量守恒定律但違反熱力學(xué)其次定律?？键c(diǎn)自診1.推斷下列說法的正誤。(1)做功和熱傳遞的實(shí)質(zhì)是相同的。()(2)絕熱過程中,外界壓縮氣體做功,氣體的內(nèi)能肯定削減。()(3)物體汲取熱量,同時(shí)對外做功,內(nèi)能可能不變。()(4)熱機(jī)中,燃?xì)獾膬?nèi)能可以全部變?yōu)闄C(jī)械能而不引起其他變更。()2.關(guān)于系統(tǒng)的內(nèi)能及其變更,下列說法正確的是()A.系統(tǒng)的溫度變更時(shí),其內(nèi)能必定變更B.系統(tǒng)對外做功,其內(nèi)能不肯定變更;向系統(tǒng)傳遞熱量,其內(nèi)能不肯定變更C.對系統(tǒng)做功,系統(tǒng)內(nèi)能必定變更;系統(tǒng)向外傳出肯定熱量,其內(nèi)能必定變更D.若系統(tǒng)與外界不發(fā)生熱交換,則系統(tǒng)的內(nèi)能必定不變更3.(多選)下列現(xiàn)象中能夠發(fā)生的是()A.一杯熱茶在打開杯蓋后,茶會自動變得更熱B.蒸汽機(jī)把蒸汽的內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化成機(jī)械能C.桶中渾濁的泥水在靜置一段時(shí)間后,泥沙下沉,上面的水變清,泥、水自動分別D.電冰箱通電后把箱內(nèi)低溫物體的熱量傳到箱外高溫物體4.(新教材人教版必修第三冊P64A組T5改編)如圖所示,固定汽缸內(nèi)由活塞封閉肯定質(zhì)量的氣體,起先時(shí)活塞處于靜止?fàn)顟B(tài),用電熱絲對氣體加熱后活塞緩慢向左移動x,移動過程中活塞與汽缸的摩擦忽視不計(jì),汽缸導(dǎo)熱性能良好,環(huán)境溫度保持不變。大氣壓強(qiáng)為p0,活塞面積為S,試分析氣體是吸熱還是放熱,熱量為多少?關(guān)鍵實(shí)力學(xué)案突破考點(diǎn)一熱力學(xué)第肯定律(自主探究)1.熱力學(xué)第肯定律不僅反映了做功和熱傳遞這兩種方式變更內(nèi)能的過程是等效的,而且給出了內(nèi)能的變更量和做功與熱傳遞之間的定量關(guān)系。2.對公式ΔU=Q+W符號的規(guī)定符號WQΔU+外界對物體做功物體汲取熱量內(nèi)能增加-物體對外界做功物體放出熱量內(nèi)能削減3.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。4.熱力學(xué)其次定律的實(shí)質(zhì)熱力學(xué)其次定律的每一種表述,都揭示了大量分子參加宏觀過程的方向性,進(jìn)而使人們相識到自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性。5.兩類永動機(jī)的比較分類第一類永動機(jī)其次類永動機(jī)設(shè)計(jì)初衷不須要任何動力或燃料,卻能不斷地對外做功的機(jī)器從單一熱源汲取熱量,使之完全變勝利,而不產(chǎn)生其他影響的機(jī)器不行能制成的緣由違反能量守恒不違反能量守恒,但違反熱力學(xué)其次定律對點(diǎn)演練1.(多選)關(guān)于物體的內(nèi)能,以下說法中正確的是()A.物體汲取熱量,內(nèi)能肯定增大B.物體放出熱量,同時(shí)對外做功,內(nèi)能肯定削減C.物體體積變更,內(nèi)能可能不變D.不行能從單一熱源汲取熱量,使之完全變?yōu)楣?.(2024山東泰安模擬)如圖所示,在豎直放置的導(dǎo)熱性能良好的圓柱形容器內(nèi)用質(zhì)量為m的活塞密封一部分志向氣體,活塞能無摩擦地滑動,容器的橫截面積為S。整個(gè)裝置放在大氣壓為p0的室內(nèi),穩(wěn)定時(shí)活塞與容器底的距離為h0。現(xiàn)把容器移至大氣壓仍為p0的室外,活塞緩慢上升d后再次平衡,重力加速度大小為g。若此過程中氣體汲取的熱量為Q,則密閉氣體的內(nèi)能()A.削減了Q-(mg+p0S)dB.削減了Q+(mg+p0S)dC.增加了Q-(mg+p0S)dD.增加了Q+(mg+p0S)d考點(diǎn)二熱力學(xué)其次定律(自主探究)1.熱力學(xué)其次定律的理解(1)在熱力學(xué)其次定律的表述中“自發(fā)地”“不產(chǎn)生其他影響”的含義。①“自發(fā)地”指明白熱傳遞現(xiàn)象的方向性,不須要借助外界供應(yīng)能量的幫助。②“不產(chǎn)生其他影響”是說發(fā)生的熱力學(xué)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(xué)方面的影響。如吸熱、放熱、做功等。(2)熱力學(xué)其次定律的實(shí)質(zhì)熱力學(xué)其次定律的每一種表述,都揭示了大量分子參加宏觀過程的方向性,進(jìn)而使人們相識到自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性。(3)熱力學(xué)過程方向性實(shí)例①高溫物體低溫物體②功內(nèi)能③氣體體積V1(較小)氣體體積V2(較大)④不同氣體A和B混合氣體AB(4)熱力學(xué)其次定律的微觀意義:一切自發(fā)過程總是沿著分子熱運(yùn)動的無序性增大的方向進(jìn)行。2.熱力學(xué)第一、其次定律的比較熱力學(xué)第肯定律熱力學(xué)其次定律定律揭示的問題從能量守恒的角度揭示了功、熱量和內(nèi)能變更量三者的定量關(guān)系指出自然界中出現(xiàn)的宏觀過程是有方向性的機(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化當(dāng)摩擦力做功時(shí),機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能內(nèi)能不行能在不引起其他變更的狀況下完全變成機(jī)械能表述形式只有一種表述形式有多種表述形式兩定律的關(guān)系在熱力學(xué)中,兩者既相互獨(dú)立,又互為補(bǔ)充,共同構(gòu)成了熱力學(xué)學(xué)問的理論基礎(chǔ)對點(diǎn)演練3.(2024全國卷Ⅱ)下列關(guān)于能量轉(zhuǎn)換過程的敘述,違反熱力學(xué)第肯定律的有,不違反熱力學(xué)第肯定律,但違反熱力學(xué)其次定律的有。(填正確答案標(biāo)號)

A.汽車通過燃燒汽油獲得動力并向空氣中散熱B.冷水倒入保溫杯后,冷水和杯子的溫度都變得更低C.某新型熱機(jī)工作時(shí)將從高溫?zé)嵩醇橙〉臒崃咳哭D(zhuǎn)化為功,而不產(chǎn)生其他影響D.冰箱的制冷機(jī)工作時(shí)從箱內(nèi)低溫環(huán)境中提取熱量散發(fā)到溫度較高的室內(nèi)4.(多選)(2024廣東順德模擬)下列關(guān)于熱力學(xué)定律的說法正確的是()A.假如兩個(gè)系統(tǒng)均與第三個(gè)系統(tǒng)處于熱平衡狀態(tài),這兩個(gè)系統(tǒng)的溫度肯定相等B.可以找到一種材料做成墻壁,冬天供暖時(shí)汲取熱量溫度上升,然后向房間自動釋放熱量供暖,然后再把熱量汲取回去,形成循環(huán)供暖,只須要短時(shí)間供熱后即可停止外界供熱C.低溫系統(tǒng)可以向高溫系統(tǒng)傳遞熱量D.無論科技如何進(jìn)步與發(fā)展,肯定零度都不行以達(dá)到考點(diǎn)三熱力學(xué)定律與氣體試驗(yàn)定律的綜合應(yīng)用(師生共研)1.熱力學(xué)定律與氣體試驗(yàn)定律問題的處理方法(1)氣體試驗(yàn)定律探討對象是肯定質(zhì)量的志向氣體。(2)解決詳細(xì)問題時(shí),分清氣體的變更過程是求解問題的關(guān)鍵,依據(jù)不同的變更,找出與之相關(guān)的氣體狀態(tài)參量,利用相關(guān)規(guī)律解決。(3)對志向氣體,只要體積變更,外界對氣體(或氣體對外界)就要做功,假如是等壓變更,W=pΔV;只要溫度發(fā)生變更,其內(nèi)能就發(fā)生變更。(4)結(jié)合熱力學(xué)第肯定律ΔU=W+Q求解問題。2.與志向氣體相關(guān)的熱力學(xué)問題的分析方法對肯定量志向氣體的內(nèi)能變更,吸熱還是放熱及外界對氣體如何做功等問題,可按下面方法判定:(1)做功狀況看體積體積V減小→外界對氣體做功→W>0;體積V增大→氣體對外界做功→W<0;無阻礙地自由膨脹→W=0。(2)內(nèi)能變更看溫度溫度T上升→內(nèi)能增加→ΔU>0;溫度T降低→內(nèi)能削減→ΔU<0。(3)吸熱還是放熱,一般題目中會告知,或由熱力學(xué)第肯定律ΔU=Q+W,知道W和ΔU后確定Q?！镜淅?】(2024四川成都二診)如圖所示,封有肯定質(zhì)量志向氣體的圓柱形汽缸豎直放置,汽缸的高度H=30cm,缸體內(nèi)底面積S=200cm2,缸體質(zhì)量M=10kg。彈簧下端固定在水平桌面上,上端連接活塞,當(dāng)缸內(nèi)氣體溫度T0=280K時(shí),缸內(nèi)氣體高h(yuǎn)=20cm?，F(xiàn)緩慢加熱氣體,使活塞最終恰好靜止在缸口(未漏氣),此過程中缸內(nèi)氣體汲取熱量為Q=450J。已知大氣壓恒為p0=1×105Pa,重力加速度g取10m/s2,不計(jì)活塞質(zhì)量、厚度及活塞與缸壁的摩擦,且汽缸底部及活塞表面始終保持水平。求:(1)活塞最終靜止在缸口時(shí),缸內(nèi)氣體的溫度;(2)加熱過程中,缸內(nèi)氣體內(nèi)能的增加量。解題指導(dǎo)審題關(guān)鍵詞句分析解讀活塞最終靜止在缸口末態(tài)時(shí)氣體的體積缸風(fēng)光 積,缸體質(zhì)量,大氣壓缸內(nèi)氣體的壓強(qiáng)續(xù)表關(guān)鍵詞句分析解讀緩慢加熱氣體等壓變更過程破題1.對汽缸受力分析,汽缸受重力、外邊大氣向下的壓力、封閉氣體向上的壓力,加熱過程中,汽缸受力不變,因此加熱氣體過程中封閉氣體的壓強(qiáng)不變,氣體發(fā)生等壓變更,由等壓變更規(guī)律計(jì)算。2.對活塞受力分析,受重力、封閉氣體向下的壓力、外邊氣體向上的壓力,加熱過程中,活塞受力不變,因此活塞不動。汽缸向上移動的高度為H-h,氣體對外做功W=pS(H-h),由熱力學(xué)第肯定律計(jì)算內(nèi)能的增加量。對點(diǎn)演練5.(多選)(2024全國卷Ⅲ)如圖所示,一開口向上的導(dǎo)熱汽缸內(nèi),用活塞封閉了肯定質(zhì)量的志向氣體,活塞與汽缸壁間無摩擦。現(xiàn)用外力作用在活塞上,使其緩慢下降。環(huán)境溫度保持不變,系統(tǒng)始終處于平衡狀態(tài)。在活塞下降過程中。

A.氣體體積漸漸減小,內(nèi)能增加B.氣體壓強(qiáng)漸漸增大,內(nèi)能不變C.氣體壓強(qiáng)漸漸增大,放出熱量D.外界對氣體做功,氣體內(nèi)能不變E.外界對氣體做功,氣體汲取熱量6.(2024天津卷)水槍是孩子們寵愛的玩具,常見的氣壓式水槍儲水罐示意如圖。從儲水罐充氣口充入氣體,達(dá)到肯定壓強(qiáng)后,關(guān)閉充氣口?？蹌影鈾C(jī)將閥門M打開,水即從槍口噴出。若在水不斷噴出的過程中,罐內(nèi)氣體溫度始終保持不變,則氣體()A.壓強(qiáng)變大 B.對外界做功C.對外界放熱 D.分子平均動能變大考點(diǎn)四熱力學(xué)第肯定律與氣體圖像的綜合(師生共研)處理熱力學(xué)第肯定律與氣體圖像的綜合問題的思路1.依據(jù)氣體圖像的特點(diǎn)推斷氣體的溫度、體積的變更狀況,從而推斷氣體與外界的吸、放熱關(guān)系及做功關(guān)系。2.在p-V圖像中,圖線與V軸圍成的面積表示氣體對外界或外界對氣體做的功。3.結(jié)合熱力學(xué)第肯定律推斷有關(guān)問題?！镜淅?】(2024山東卷)肯定質(zhì)量的志向氣體從狀態(tài)a起先,經(jīng)a→b、b→c、c→a三個(gè)過程后回到初始狀態(tài)a,其p-V圖像如圖所示。已知三個(gè)狀態(tài)的坐標(biāo)分別為a(V0,2p0)、b(2V0,p0)、c(3V0,2p0)。以下推斷正確的是()A.氣體在a→b過程中對外界做的功小于在b→c過程中對外界做的功B.氣體在a→b過程中從外界汲取的熱量大于在b→c過程中從外界汲取的熱量C.在c→a過程中,外界對氣體做的功小于氣體向外界放出的熱量D.氣體在c→a過程中內(nèi)能的削減量大于b→c過程中內(nèi)能的增加量(1)志向氣體的內(nèi)能變更看溫度;(2)p-V圖像所圍的面積表示氣體做的功。對點(diǎn)演練7.(2024山東德州二模)如圖所示,a、b、c為肯定質(zhì)量的志向氣體變更過程中的三個(gè)不同狀態(tài),下列說法正確的是()A.a、b、c三個(gè)狀態(tài)的壓強(qiáng)相等B.從a到c氣體的內(nèi)能減小C.從a到b氣體汲取熱量D.從a到b與從b到c氣體對外界做功的數(shù)值相等8.(2024山東聊城二模)如圖所示,肯定質(zhì)量的志向氣體從狀態(tài)A依次經(jīng)過狀態(tài)B、C和D后再回到狀態(tài)A,其中,A→B和C→D為等溫過程,B→C和D→A為絕熱過程,這就是聞名的“卡諾循環(huán)”。下列說法正確的是()A.A→B過程中,氣體和外界無熱交換B.B→C過程中,氣體分子的平均動能增大C.C→D過程中,單位時(shí)間內(nèi)碰撞單位面積器壁的分子數(shù)增多D.D→A過程中,氣體分子的速率分布曲線不發(fā)生變更第3節(jié)熱力學(xué)定律與能量守恒定律必備學(xué)問·預(yù)案自診學(xué)問梳理一、熱力學(xué)第肯定律1.(1)做功(2)熱傳遞2.(2)Q+W二、能量守恒定律1.轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)移2.普遍規(guī)律3.能量守恒定律三、熱力學(xué)其次定律1.(1)自發(fā)地(2)不產(chǎn)生其他影響其次類2.減小3.無序性4.熱力學(xué)其次定律考點(diǎn)自診1.(1)×(2)×(3)√(4)×2.B系統(tǒng)的溫度只能確定分子平均動能,而內(nèi)能由分子動能和分子勢能共同確定,A錯誤;做功和熱傳遞都可以變更系統(tǒng)的內(nèi)能,B正確,C、D錯誤。3.CD依據(jù)熱力學(xué)其次定律知,A、B錯誤,D正確;泥、水分別是因?yàn)槟嗌乘苤亓Υ笥谒母×?C正確。4.答案吸熱,熱量為p0Sx解析汽缸導(dǎo)熱性能良好,環(huán)境溫度保持不變,故氣體的內(nèi)能不變,氣體對外做的功為p0Sx,依據(jù)熱力學(xué)第肯定律ΔU=W+Q,解得Q=p0Sx,故氣體汲取熱量。關(guān)鍵實(shí)力·學(xué)案突破對點(diǎn)演練1.BC物體汲取熱量,若同時(shí)對外做功,其內(nèi)能可能削減,選項(xiàng)A錯誤;依據(jù)熱力學(xué)第肯定律,物體放出熱量,同時(shí)對外做功,內(nèi)能肯定削減,選項(xiàng)B正確;物體體積變更,例如志向氣體體積變更,只要溫度不變,其內(nèi)能不變,選項(xiàng)C正確;可以從單一熱源汲取熱量,使之完全變?yōu)楣?但是會引起其他變更,選項(xiàng)D錯誤。2.C活塞上升的過程,密閉氣體克服大氣壓力和活塞的重力做功,所以外界對系統(tǒng)做的功W=-(mg+p0S)d,依據(jù)熱力學(xué)第肯定律得密閉氣體增加的內(nèi)能ΔU=Q+W=Q-(mg+p0S)d,即在此過程中的密閉氣體的內(nèi)能增加了Q-(mg+p0S)d,故C正確,A、B、D錯誤。3.BCB項(xiàng)中,冷水倒入保溫杯后,在熱傳遞過程中,保溫杯降溫,冷水必升溫,若都降溫,就違反了熱力學(xué)第肯定律;C項(xiàng)中,新型熱機(jī)的效率也達(dá)不到100%,熱量不行能全部轉(zhuǎn)化為功,違反了熱力學(xué)其次定律。4.ACD假如兩個(gè)系統(tǒng)均與第三個(gè)系統(tǒng)處于熱平衡狀態(tài),這兩個(gè)系統(tǒng)的溫度肯定相等,A正確;依據(jù)熱力學(xué)其次定律,題中所述的問題不行能實(shí)現(xiàn),B錯誤;低溫系統(tǒng)向高溫系統(tǒng)傳遞熱量是可以實(shí)現(xiàn)的,前提是要引起其他變更,C正確;肯定零度不行以達(dá)到,D正確。典例1答案(1)420K(2)240J解析(1)加熱過程為等壓變更,設(shè)缸內(nèi)氣體的末態(tài)溫度為T,初態(tài)溫度為T0=280K由蓋-呂薩克定律有hS代入數(shù)據(jù)解得T=420K(2)設(shè)缸內(nèi)氣體的壓強(qiáng)為p;對汽缸由平衡條件有Mg+p0S=pS該過程氣體對外做功W=pS(H-h)則外界對氣體做功為W'=-W由熱力學(xué)第肯定律有ΔU=W'+Q代入數(shù)據(jù)解得ΔU=240J對點(diǎn)演練5.BCD本題以汽缸為背景,意在考查氣體試驗(yàn)定律和熱力學(xué)定律?？隙ㄙ|(zhì)量志向氣體的內(nèi)能僅與溫度有關(guān),溫度不變,氣體內(nèi)能不變,選項(xiàng)A錯誤;依據(jù)p1V1=p2V2,氣體體積變小,壓強(qiáng)增大,選項(xiàng)B正確;外界對氣體做功W>0,內(nèi)能不變ΔU=0,由ΔU=W+Q,可得Q<0,放出熱量,選項(xiàng)C、D正確,選項(xiàng)E錯誤。6.B探討儲水罐內(nèi)封閉的氣體,在溫度不變時(shí),pV=C,C為常數(shù),氣體體積變大,壓強(qiáng)變小,A錯誤;氣體體積變大,對外做功,B正確;溫度不變,內(nèi)能不變,ΔU=0,依據(jù)熱力學(xué)第肯定律,ΔU=W+Q,氣體體積變大,W為負(fù)值,則Q為正值,氣體吸熱,C錯誤;溫度是分子平均動能的標(biāo)記,溫度不變,平均動能不變,D錯誤。典例2C在p-V圖像