《高考備考指南 理科綜合 物理》課件-選修3－3 第3講

熱學(xué)(選考)選修3－3第3講熱力學(xué)定律與能量守恒欄目導(dǎo)航01知識梳理回顧03隨堂限時集訓(xùn)02考點(diǎn)各個擊破04配套訓(xùn)練知識梳理回顧1一、熱力學(xué)第一定律與能量守恒定律1．改變物體內(nèi)能的兩種方式方式做功熱傳遞內(nèi)能變化外界對物體做功，物體的內(nèi)能增加；物體對外界做功，物體的內(nèi)能減少物體吸收熱量，內(nèi)能增加；物體放出熱量，內(nèi)能減少本質(zhì)其他形式的能與內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)化不同物體間或同一物體不同部分間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移相互聯(lián)系做一定量的功或傳遞一定量的熱在改變內(nèi)能的效果上是相同的2．熱力學(xué)第一定律(1)內(nèi)容：物體內(nèi)能的增量ΔU等于______________________________________________________.(2)表達(dá)式：__________________.3．能量守恒定律(1)內(nèi)容：能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，它只能___________________________________，或者從___________________________，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中其__________________．(2)任何違背能量守恒定律的過程都是不可能的，不消耗能量而對外做功的________永動機(jī)是不可能制成的．外界對物體做的功W和物體吸收的熱量Q

的總和ΔU＝Q＋W

從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式一個物體轉(zhuǎn)移到別的物體總量保持不變第一類夯基題組1．(2017屆上海校級模擬)用相同材料制成質(zhì)量相等的圓環(huán)A和圓盤B，厚度相同，且起始溫度也相同．把它們豎立在水平地面上，如圖所示．現(xiàn)給它們相同的熱量，假設(shè)它們不與任何其他物體進(jìn)行熱交換，則升溫后，圓環(huán)A的溫度tA

與圓盤B的溫度tB

的大小關(guān)系是(

)A．tA＞tBB．tA＝tBC．tA＜tBD．無法確定【答案】C【解析】由于圓環(huán)與圓盤的重心的位置都在它們的幾何中心，所以開始時A的重心位置比較高．若A與B升高相等的溫度，根據(jù)熱脹冷縮可知，A的重心位置升高的高度大．A的重力勢能增大量ΔEpA＞ΔEpB，所以A克服重力做的功比較多．根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W.A與B吸收相等的熱量，而A克服重力做的功比較多，所以A的內(nèi)能的增加量比較?。訟溫度的升高量比較?。畡ttA＜tB．2．(2017屆銅仁校級模擬)如圖所示，在有活塞的汽缸中密閉著一定質(zhì)量的理想氣體．將一個半導(dǎo)體熱敏電阻(阻值隨溫度的升高而減小)R置于汽缸中，汽缸固定不動，缸內(nèi)活塞可以自由移動且不漏氣．活塞下掛一沙桶，沙桶裝滿沙子時活塞恰好能夠靜止．熱敏電阻R與汽缸外的電源E和靈敏電流表組成閉合回路，汽缸和活塞具有良好的絕熱性能．如果在沙桶的底部鉆上一個小孔，那么在細(xì)沙緩緩漏出的過程中，以下判斷正確的是(

)A．氣體內(nèi)能將一定增大B．氣體壓強(qiáng)將一定減小C．氣體將一定對外做功D．電流表的示數(shù)將變小【答案】A二、熱力學(xué)第二定律1．兩種表述(1)第一種表述：熱量不能自發(fā)地從________物體傳遞到________物體(克勞修斯表述)．(2)第二種表述：不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功而不引起其他變化(開爾文表述)．2．第二類永動機(jī)是指設(shè)想只從單一熱源吸收熱量，使之完全變?yōu)橛杏玫墓Χ灰鹌渌兓臒釞C(jī)．這類永動機(jī)不可能制成的原因是其違反了_______________．低溫高溫?zé)崃W(xué)第二定律夯基題組3．(多選)(2017屆唐山校級模擬)下列關(guān)于熱力學(xué)第二定律說法正確的是(

)A．所有符合能量守恒定律的宏觀過程都能真的發(fā)生B．一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過程都是不可逆的C．機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而內(nèi)能無法全部用來做功以轉(zhuǎn)換成機(jī)械能而不產(chǎn)生其他影響D．氣體向真空的自由膨脹是可逆的E．熱運(yùn)動的宏觀過程會有一定的方向性【答案】BCE【解析】熱運(yùn)動的宏觀過程會有一定的方向性，符合能量守恒定律的宏觀過程并不能都真的發(fā)生，故A錯誤，E正確；根據(jù)熱力學(xué)第二定律，一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過程都是不可逆的，所以氣體向真空的自由膨脹是不可逆的，故B正確，D錯誤．根據(jù)熱力學(xué)第二定律，不可能從單一熱源取熱使之完全轉(zhuǎn)換為有用的功而不產(chǎn)生其他影響，所以機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而內(nèi)能無法全部用來做功以轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，故C正確．4．(2017屆景洪校級期末)如圖中汽缸內(nèi)盛有一定量的理想氣體，汽缸壁是導(dǎo)熱的，缸外環(huán)境保持恒溫，活塞與汽缸壁的接觸是光滑的，但不漏氣．現(xiàn)將活塞桿與外界連接使之緩慢地向右移動，這樣氣體將等溫膨脹并通過桿對外做功．若已知理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)，則下列說法正確的是(

)A．氣體是從單一熱源吸熱，全用來對外做功，因此此過程違反熱力學(xué)第二定律B．氣體是從單一熱源吸熱，但并未全用來對外做功，所以此過程不違反熱力學(xué)第二定律C．氣體是從單一熱源吸熱，全用來對外做功，但此過程不違反熱力學(xué)第二定律D．A、B、C三種說法都不對【答案】C【解析】氣體等溫膨脹，內(nèi)能不變，從外界吸收的熱量全部對外做功，但是這個過程中引起了其他變化，如有外力控制著活塞緩慢的移動，而非自動進(jìn)行的，有“第三方”參與，不違背熱力學(xué)第二定律．故A、B錯誤，C正確．考點(diǎn)各個擊破21．熱力學(xué)第一定律不僅反映了做功和熱傳遞這兩種方式改變內(nèi)能的過程是等效的，而且給出了內(nèi)能的變化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)定考點(diǎn)1熱力學(xué)第一定律的理解與應(yīng)用符號WQΔU＋外界對物體做功物體吸收熱量內(nèi)能增加－物體對外界做功物體放出熱量內(nèi)能減少3.幾種特殊情況(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，物體吸收的熱量等于物體內(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．例1

(2017屆銅仁校級模擬)如圖所示，固定容器及可動活塞P都是絕熱的，中間有一導(dǎo)熱的固定隔板B，B的兩邊分別盛有氣體甲和乙．現(xiàn)將活塞P緩慢地向B移動一段距離，已知?dú)怏w的溫度隨其內(nèi)能的增加而升高，則在移動P的過程中(

)A．外力對乙做功，甲的內(nèi)能不變B．外力對乙做功，乙的內(nèi)能不變C．乙傳遞熱量給甲，乙的內(nèi)能增加D．乙的內(nèi)能增加，甲的內(nèi)能不變解析：隔板B是導(dǎo)熱的，說明甲、乙兩部分氣體間有熱傳遞．容器和活塞是絕熱的，說明容器內(nèi)氣體與外界沒有熱交換．當(dāng)將活塞P向B移動一段距離時，活塞壓縮氣體對氣體乙做功，根據(jù)熱力學(xué)第一定律分析得知，乙的內(nèi)能增加，溫度升高．由于隔板B是導(dǎo)熱的，而升溫后的乙氣體溫度比甲高，故熱量由乙傳向甲，甲的內(nèi)能增加．答案：C練1

(2017屆蘭州校級期末)如圖所示，由導(dǎo)熱材料制成的汽缸和活塞將一定質(zhì)量的理想氣體封閉在汽缸內(nèi)，活塞與汽缸壁之間無摩擦，活塞上方存有少量液體．將一細(xì)管插入液體，由于虹吸現(xiàn)象，活塞上方液體逐漸流出．在此過程中，大氣壓強(qiáng)與外界的溫度保持不變．關(guān)于這一過程，下列說法正確的是(

)A．氣體分子的平均動能逐漸增大B．單位時間氣體分子對活塞撞擊的次數(shù)增多C．單位時間氣體分子對活塞的平均作用力不變D．氣體對外界做功等于氣體從外界吸收的熱量【答案】D1．能量守恒定律能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為別的形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到別的物體，在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過程中其總量保持不變．這就是能量守恒定律．2．注意(1)能的轉(zhuǎn)化和守恒定律是自然界的普遍規(guī)律，違背該定律的第一類永動機(jī)是永遠(yuǎn)無法實(shí)現(xiàn)的．(2)物質(zhì)不同的運(yùn)動形式對應(yīng)著不同形式的能，各種形式的能可以相互轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移．考點(diǎn)2能量轉(zhuǎn)化與能量守恒定律的應(yīng)用例2

(2017屆延邊校級期末)全世界每年消耗大量的石化燃料，產(chǎn)生的二氧化碳直接排入地球大氣層中，造成溫室效應(yīng)．溫室效應(yīng)嚴(yán)重威脅著地球生態(tài)環(huán)境的安全．為了減少溫室效應(yīng)造成的負(fù)面影響，有的科學(xué)家受到了啤酒在較高的壓強(qiáng)下能夠溶解大量二氧化碳的啟發(fā)，設(shè)想了一個辦法：用壓縮機(jī)將二氧化碳送入深海底永久貯存起來．在海底深處，壓強(qiáng)很大，溫度很低，海底深水肯定能夠溶解大量的二氧化碳，這樣就為溫室氣體二氧化碳找到了一個永遠(yuǎn)的“家”，從而避免溫室效應(yīng)．在將二氧化碳送入深海底的過程中，以下說法正確的是(

)A．壓縮機(jī)對二氧化碳做正功B．二氧化碳向海水放熱C．二氧化碳分子平均動能會減小D．每一個二氧化碳分子的動能都會減小解析：用壓縮機(jī)將二氧化碳壓入海底，外界對二氧化碳?xì)怏w做正功，故A正確．二氧化碳?xì)怏w液化的過程中放熱，故B正確．在海底深處，壓強(qiáng)很大，溫度很低，故二氧化碳?xì)怏w液化后放熱，溫度降低；分子熱運(yùn)動的平均動能減小，但不是每個分子的動能均減小，故C正確，D錯誤．答案：ABC練2

(多選)(2017屆佛山校級模擬)如圖是哈勃瓶，在瓶內(nèi)塞有一氣球，氣球的吹氣口反扣在瓶口上，瓶底的圓孔上配有一個橡皮塞，玻璃瓶導(dǎo)熱性能良好．在一次實(shí)驗(yàn)中，瓶內(nèi)有氣球和橡皮塞封閉的一定質(zhì)量的氣體(可視為理想氣體)，在對氣球緩慢吹氣過程中，則瓶內(nèi)氣體(

)A．密度減少B．平均動能增大C．對外界放出熱量D．若釋放橡皮塞后瞬間，溫度將降低【答案】CD【解析】在對氣球緩慢吹氣過程中，氣球內(nèi)的氣體的量增大，根據(jù)克拉伯龍方程可知，氣體的體積若不變，則氣體壓強(qiáng)變大．瓶內(nèi)氣體的壓強(qiáng)增大，而溫度不變，所以瓶內(nèi)的氣體的體積減小，密度增大，故A錯誤．因系統(tǒng)導(dǎo)熱可知瓶內(nèi)氣體的溫度不變，分子的平均動能不變，故B錯誤．溫度不變時，體積減小，理想氣體內(nèi)能不變，由熱力學(xué)第一定律知外界對氣體做功與氣體放出熱量相等，故C正確．若釋放橡皮塞后瞬間，氣體將快速從瓶內(nèi)跑出，氣體對外做功，由于來不及吸收熱量，所以氣體的溫度將降低，故D正確．1．在熱力學(xué)第二定律的表述中，“自發(fā)地”“不產(chǎn)生其他影響”的涵義(1)“自發(fā)地”指明了熱傳遞等熱力學(xué)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(chǎn)生其他影響”的涵義是發(fā)生的熱力學(xué)宏觀過程只在本系統(tǒng)內(nèi)完成，對周圍環(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)第二定律的實(shí)質(zhì)熱力學(xué)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(jìn)而使人們認(rèn)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．考點(diǎn)3對熱力學(xué)第二定律的理解特別提醒：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(nèi)能可以全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，如氣體的等溫膨脹過程．4．兩類永動機(jī)的比較第一類永動機(jī)第二類永動機(jī)不需要任何動力或燃料，卻能不斷地對外做功的機(jī)器從單一熱源吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響的機(jī)器違背能量守恒定律，不可能制成不違背能量守恒定律，違背熱力學(xué)第二定律，不可能制成例3

(2017屆珠海名校模擬)如圖，某廠家聲稱所生產(chǎn)的空氣能熱水器能將熱量從空氣吸收到儲水箱．下列說法正確的是(

)A．熱量可以自發(fā)地從大氣傳遞到儲水箱內(nèi)B．空氣能熱水器的工作原理違反了能量守恒定律C．空氣能熱水器的工作原理違反了熱力學(xué)第二定律D．空氣能熱水器能夠不斷地把空氣中的熱量傳到水箱內(nèi)，但必須消耗電能解析：該熱水器將空氣中的能量轉(zhuǎn)移到熱水中的能量，符合機(jī)械能守恒定律．但是熱量不可能自發(fā)地從低溫物體轉(zhuǎn)移到低溫物體，實(shí)質(zhì)上在產(chǎn)生熱水的過程中必須消耗電能才能實(shí)現(xiàn)，因此也符合熱力學(xué)第二定律．故A、B、C錯誤，D正確．答案：D練3

(多選)(2017屆武漢月考)關(guān)于熱力學(xué)第二定律，下列說法正確的是(

)A．熱量能夠自發(fā)地從高溫物體傳到低溫物體B．不可能使熱量從低溫物體傳向高溫物體C．從單一熱庫吸收熱量，可以使之完全變成功D．氣體向真空膨脹的過程是不可逆過程E．功轉(zhuǎn)變?yōu)闊岬膶?shí)際