2022届高考物理一轮复习第13单元热学3热力学定律与能量守恒学案新人教版

word 文档 - 1 - / 19 第 3 讲 热力学定律与能量守恒 知识点一 热力学第一定律 1．改变物体内能的两种方式 (1)________． (2)________． 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热量与外界对它所做的功的和． (2)表达式：ΔU＝________. 知识点二 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，能量的总量保持不变． 2．第一类永动机是不可能制成的，它违背了________． 知识点三 热力学第二定律 1．热力学第二定律的三种表述 (1)克劳修斯表述：热量不能自发地从__________物体传到__________物体． (2)开尔文表述：如图甲所示，不可能从单一热源________热量，使之完全变成功，而不产 word 文档 - 2 - / 19 生________．或表述为“第二类永动机不可能制成”． (3)用熵的概念表示热力学第二定律 如图乙所示，用熵的概念表述：在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会________(热 力学第二定律又叫做熵增加原理)． 2．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无序性________的 方向进行． 3．第二类永动机不可能制成的原因是违背了热力学________． 思考辨析 (1)做功和热传递的实质是相同的．( ) (2)绝热过程中，外界压缩气体做功 20 J，气体的内能一定减少．( ) (3)物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变．( ) (4)自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，能量正在消失．( ) (5)尽管技术不断进步，热机的效率仍不能达到 100%，制冷机却可以使温度降到－ 283 ℃.( ) (6)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．( ) word 文档 - 3 - / 19 (7)在给自行车打气时，会发现打气筒的温度升高，这是因为外界对气体做功．( ) (8)热机中，燃气的内能可以全部变为机械能而不引起其他变化．( ) 考点一 热力学第一定律的理解和应用 自主演练 1．对公式ΔU＝Q＋W 符号的规定 符号 W Q ΔU ＋ 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 (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，外界对物 体做的功等于物体放出的热量． [多维练透] word 文档 - 4 - / 19 1．[2020·某某市一模] (多选)夏天，从湖底形成的一个气泡，在缓慢上升到湖面的过程中 没有破裂．若接近水面，湖内水的温度越高，大气压强没有变化，将气泡内气体看做理想气 体．则上升过程中，以下说法正确的是( ) A．气泡内气体对外界做功 B．气泡内每个气体分子的动能都变大 C．气泡内气体从外界吸收热量 D．气泡内气体的压强可能不变 E．气泡内分子单位时间内对气泡壁单位面积的撞击力减小 2.(多选)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 3．[2020·全国卷Ⅲ，33(1)](多选)如图，一开口向上的导热汽缸内，用活塞封闭了一定质 word 文档 - 5 - / 19 量的理想气体，活塞与汽缸壁间无摩擦．现用外力作用在活塞上，使其缓慢下降．环境温度 保持不变，系统始终处于平衡状态．在活塞下降过程中( ) A．气体体积逐渐减小，内能增加 B．气体压强逐渐增大，内能不变 C．气体压强逐渐增大，放出热量 D．外界对气体做功，气体内能不变 E．外界对气体做功，气体吸收热量 4．[2019·全国卷Ⅰ，33]某容器中的空气被光滑活塞封住，容器和活塞绝热性能良好， 空气可视为理想气体．初始时容器中空气的温度与外界相同，压强大于外界．现使活塞缓慢 移动，直至容器中的空气压强与外界相同．此时，容器中空气的温度________________(填“高 于”“低于”或“等于”)外界温度，容器中空气的密度________________(填“大于”“小于”或 “等于”)外界空气的密度． 考点二 热力学定律与气体实验定律的综合应用 师生共研 气态变化中的做功、内能、热量的判断方法 (1)做功情况看体积 体积 V 减小→外界对气体做功→W>0； word 文档 - 6 - / 19 体积 V 增大→气体对外界做功→W0； 温度 T 降低→内能减少→ΔU 0，所以是一个吸热过程，故 B 项正确；从 P 到 Q 理想气体温度不变，则内能 不变，即ΔU＝0，但体积增大，说明气体对外界做功，故 C 项正确；从 Q 到 M 理想气体体积 word 文档 - 17 - / 19 不变，说明外界没有对气体做功，气体也没有对外界做功，即 W＝0，故 D 项错误；从 Q 到 M 理想气体温度降低，内能减小，故 E 项正确． 答案：BCE 练 3 解析： (1)当汽缸水平放置时， p0＝1.0×105 Pa， V0＝L1S，T0＝(273＋27) K＝300 K 当汽缸口朝上，活塞到达汽缸口时，活塞的受力分析如图所示，有 p1S＝p0S＋mg 则 p1＝p0＋ mg S ＝1.0×105 Pa＋ 200 10 − 2 Pa＝1.2×105 Pa V1＝(L1＋L2)S 由理想气体状态方程得 p0L1S T0 ＝ p1 L1+L2 S T1 则 T1＝ p1 L1+L2 p0L1 T0＝ 1.2 × 10 5 × 15 1.0 × 10 5 × 12 ×300 K＝450 K. (2)当汽缸口向上，未加热稳定时：由玻意耳定律得 p0L1S＝p1LS word 文档 - 18 - / 19 则 L＝ p0L1 p1 ＝ 1.0 × 10 5 × 12 1.2 × 10 5 cm＝10 cm 加热后，气体做等压变化，外界对气体做功为 W＝－p0(L1＋L2－L)S－mg(L1＋L2－L)＝－60 J 根据热力学第一定律 ΔU＝W＋Q 得ΔU＝310 J. 答案：(1)450 K (2)310 J 5．解析：汽车通过燃烧汽油获得动力并向空气中散热既不违背热力学第一定律也不违背 热力学第二定律；冷水倒入保温杯后，冷水和杯子的温度都变得更低，违背了热力学第一定 律；热机工作时吸收的热量不可能全部用来对外做功，而不产生其他影响，显然 C 选项遵循 热力学第一定律，但违背了热力学第二定律；冰箱的制冷机工作时，从箱内低温环境中提取 热量散发到温度较高的室内，既不违背热力学第一定律也不违背热力学第二定律，综上所述， 第一个空选 B，第二个空选 C. 答案：B C 6．解析：液晶具有流动性，其光学性质表现为各向异性，选项 A 正确；太空舱中的液滴 呈球状是由于完全失重情况下液体表面 X 力的作用，选项 B 正确；用打气筒的活塞压缩气体 很费劲，这是气体压强作用的结果，不能说明分子间有斥力，选项 C 错误；第二类永动机是 不可能制造出来的，因为它违反了热力学第二定律，不违反能量守恒定律，选项 D 错误；在 合适的条件下，某些晶体可以转变为非晶体，某些非晶体也可以转变为晶体，例如天然石英 是晶体，加工后做成玻璃就是非晶体，选项 E 正确． word 文档 - 19 - / 19 答案：ABE 7．解析：热量能够自发地从高温物体传到低温物体，也能从低温物体传到高温物体，但 要引起其他变化，如电冰箱，A 错误；达到热平衡的条件是温度相等，则可知如果两个系统分 别与状态确定的第三个系统达到热平衡，那么这两个系统彼此之间也必定达到热平衡，故 B 正确；由 T＝t＋273.15 K 得知，ΔT＝Δt，即热力学温度的变化总等于摄氏温度的变化，故 C 正确；空调机作为制冷机使用时，空气压缩机做功，要消耗电能，制冷过程不是自发进行的， 制冷时将热量从温度较低的室内送到温度较高的室外，所以制冷机的工作遵守热力学第二定 律，故 D 错误；在卡车装沙的过程中胎内气体经历了一个温度不变，压强增大的变化，由理 想气体状态方程可知，气体体积变小，故外界对气体做正功；胎内气体内能不变，外界又对 气体做正功，根据能量守恒定律 ，胎内气体向外界放热，故 E 正确． 答案：BCE