（人教通用版）2020高考物理 第13章 第3講 熱力學(xué)定律與能量守恒定律課件.ppt

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1、熱學(xué),第十三章,第3講熱力學(xué)定律與能量守恒定律,知識(shí)梳理自測,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________與外界對(duì)它所做功的和。 2表達(dá)式 U__________。,知識(shí)點(diǎn)1,熱力學(xué)第一定律,熱量,QW,3UQW的三種特殊情況 (1)絕熱過程：Q_____，則____________，外界對(duì)物體做的功等于物體內(nèi)能的增加。 (2)等容過程：W_____，則____________，物體吸收的熱量等于物體內(nèi)能的增加。 (3)等溫過程：U_____，則_____________或____________，外界對(duì)物體做的功等于物體放出的熱量。,0,WU,0,QU,0,WQ0,WQ

2、,1兩種表述 (1)克勞修斯表述(按熱傳導(dǎo)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(jī)械能和內(nèi)能轉(zhuǎn)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________________。,知識(shí)點(diǎn)2,熱力學(xué)第二定律,引起其他影響,減少,1內(nèi)容 能量既不會(huì)憑空________，也不會(huì)憑空________，它只能從一種形式________為另一種形式，或者從一個(gè)物體________到另一個(gè)物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)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(shí)對(duì)________的

3、影響。 (3)要開發(fā)新能源(如__________、生物質(zhì)能、風(fēng)能等)。,知識(shí)點(diǎn)3,能量守恒守恒,產(chǎn)生,消失,轉(zhuǎn)化,轉(zhuǎn)移,保持不變,品質(zhì)下降,環(huán)境,太陽能,思維診斷： (1)為了增加物體的內(nèi)能，必須對(duì)物體做功或向它傳遞熱量，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20J，氣體的內(nèi)能可能不變。() (3)在給自行車打氣時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)打氣筒的溫度升高，這是因?yàn)榇驓馔矎耐饨缥鼰帷?) (4)可以從單一熱源吸收熱量，使之完全變成功。(), ,1(2018河南中原名校聯(lián)考)(多選)下列說法正確的是() A物體吸收熱量，其溫度一定升高 B一定質(zhì)量的理想氣體，內(nèi)能與溫度有關(guān)、與體積

4、無關(guān) C做功和熱傳遞是改變物體內(nèi)能的兩種方式 D布朗運(yùn)動(dòng)是懸浮在液體中固體顆粒的分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的反映 E第二類永動(dòng)機(jī)是不能制造出來的，盡管它不違反熱力學(xué)第一定律，但它違反熱力學(xué)第二定律,BCE,解析物體吸收熱量，如果同時(shí)對(duì)外做功，其溫度不一定升高，故A錯(cuò)誤；一定質(zhì)量的理想氣體，分子間相互作用力可忽略不計(jì)，故內(nèi)能只與溫度有關(guān)，與體積無關(guān)，故B正確；做功和熱傳遞是改變物體內(nèi)能的兩種方式，故C正確；布朗運(yùn)動(dòng)是懸浮在液體中固體顆粒的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，它是液體分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的反映，但不能反映固體分子的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，故D錯(cuò)誤；第二類永動(dòng)機(jī)是不能制造出來的，盡管它不違反熱力學(xué)第一定律，但它違反熱力學(xué)第二定律，故E正

5、確。,2(2018上海七校聯(lián)考)下列敘述正確的是() A外界對(duì)物體做功，物體的內(nèi)能一定增加 B熱量不能由低溫物體傳遞到高溫物體 C溫度升高，物體內(nèi)每個(gè)分子的熱運(yùn)動(dòng)速率都增大 D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,D,解析根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知，影響內(nèi)能的方式有做功和熱傳遞，外界對(duì)物體做功，物體的內(nèi)能不一定增加，故A錯(cuò)誤；根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，熱量不能自發(fā)地由低溫物體傳遞到高溫物體，但在一定的條件下，熱量可能從低溫物體傳遞到高溫物體，如冰箱、空調(diào)等，但要消耗其他的能量，故B錯(cuò)誤；溫度是分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能的標(biāo)志，溫度升高，物體內(nèi)分子的平均動(dòng)能增大，但不是每個(gè)分子的熱運(yùn)動(dòng)速率都增大，

6、故C錯(cuò)誤；根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，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，故D正確。,3(2018遼寧實(shí)驗(yàn)中學(xué)等重點(diǎn)中學(xué)聯(lián)考)(多選)能量守恒定律告訴我們，在自然界發(fā)生的一切過程中能量都是守恒的。然而，無數(shù)事實(shí)告訴我們，并不是所有符合能量守恒定律的宏觀過程都能真的發(fā)生。下列說法正確的是 () A科技的進(jìn)步可以使內(nèi)燃機(jī)成為單一熱源的熱機(jī) B第二類永動(dòng)機(jī)不違反能量守恒定律 C對(duì)能源的過度消耗將使自然界的能量不斷減少，形成能源危機(jī) D電冰箱的工作過程表明，熱量可以從低溫物體向高溫物體傳遞 E氣體向真空的自由膨脹的過程是不可逆的,BDE,解析根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，即使科技再進(jìn)步也不可以使內(nèi)燃

7、機(jī)成為單一熱源的熱機(jī)，A錯(cuò)誤；第二類永動(dòng)機(jī)不違反能量守恒定律，但違反熱力學(xué)第二定律，B正確；自然界的總能量是守恒，能源危機(jī)不是因?yàn)槟芰肯?，而是可用能源在減小，故C錯(cuò)誤；電冰箱的工作過程表明，熱量可以從低溫物體向高溫物體傳遞，D正確；氣體膨脹后，我們必須對(duì)氣體做功，使之恢復(fù)原來的狀態(tài)，所做的功轉(zhuǎn)化為氣體向外界傳出的熱量，根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，我們無法通過循環(huán)過程再將這熱量完全轉(zhuǎn)化為功，所以這個(gè)過程是不可逆的，故E正確。,核心考點(diǎn)突破,1熱力學(xué)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(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(duì)公式UQW的符號(hào)的規(guī)定

8、,考點(diǎn)一,對(duì)熱力學(xué)第一定律的理解,在如圖所示的pV圖象中，一定質(zhì)量的氣體由狀態(tài)A經(jīng)過程變至狀態(tài)B時(shí)，從外界吸收熱量420J，同時(shí)膨脹對(duì)外做功300J。當(dāng)氣體從狀態(tài)B經(jīng)過程回到狀態(tài)A時(shí)，外界壓縮氣體做功200J，則在此過程中() A氣體吸收熱量320J B氣體放出熱量320J C氣體既不吸收也不放出熱量 D氣體吸收和放出的熱量相等,例 1,B,解析一定質(zhì)量的氣體由狀態(tài)A經(jīng)過程變至狀態(tài)B時(shí)，根據(jù)熱力學(xué)第一定律UWQ，根據(jù)題意，Q420J，W300J，所以U420J300J120J。因U0，故氣體由狀態(tài)A經(jīng)過程變至狀態(tài)B內(nèi)能增加。若氣體從狀態(tài)B經(jīng)過程回到狀態(tài)A，內(nèi)能就要減少120J，即U120J，又

9、該過程中外界壓縮氣體做功200J，即W200J，根據(jù)UWQ可得QUW120J200J320J，Q為負(fù)值，表示氣體放出熱量，B正確。,規(guī)律總結(jié)： 1.氣體做功情況的判定方法 (1)若氣體體積增大，則氣體對(duì)外做功，W0。 (3)若氣體體積不變，即等容過程，則W0。 2理想氣體內(nèi)能變化情況的判定方法 對(duì)一定質(zhì)量的理想氣體，由于無分子勢能，其內(nèi)能只包含分子無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能，其內(nèi)能只與溫度有關(guān)。,3應(yīng)用熱力學(xué)第一定律時(shí)，首先要明確研究對(duì)象是哪個(gè)物體或哪幾個(gè)物體組成的系統(tǒng)；其次要正確掌握公式的符號(hào)法則，對(duì)已知量，必須按符號(hào)法則確定它們的正負(fù)號(hào)后，再代入公式計(jì)算；對(duì)未知量，可先按正號(hào)代入公式，根據(jù)計(jì)算結(jié)果

10、的正負(fù)，確定問題的答案。,類題演練 1 ,答案(1)W10U19J(2)U29JQ23J,解析(1)從狀態(tài)A到狀態(tài)C過程，氣體發(fā)生等容變化，該氣體對(duì)外界做功W10 根據(jù)熱力學(xué)第一定律有UW1Q1，內(nèi)能的增量U1Q19J (2)從狀態(tài)A到狀態(tài)B過程，氣體體積減小，溫度升高，該氣體內(nèi)能的增量U2U19J 根據(jù)熱力學(xué)第一定律有U2W2Q2 從外界吸收的熱量Q2U2W23J,1熱力學(xué)第二定律的理解 (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(duì)周圍環(huán)境不產(chǎn)生熱力學(xué)方面的影響。如吸熱、放熱、做

11、功等。,考點(diǎn)二,對(duì)熱力學(xué)第二定律的理解,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(shí)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。 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，如氣體的絕熱膨脹過程。,3兩類永動(dòng)機(jī)的比較,(2018四川內(nèi)江診斷)(多選)下列說法中正確的是() A熱量能夠從高溫物體傳遞到低溫物體，但不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體 B熱量能夠從高溫物體傳遞到低溫物體，也可能從低溫物體傳遞到高溫物體

12、C功不能全部轉(zhuǎn)化為熱 D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 E凡是不違反能量守恒定律的過程都一定能實(shí)現(xiàn),例 2,ABD,解析根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，熱量能夠從高溫物體傳遞到低溫物體，也可能從低溫物體傳遞到高溫物體，但熱量不能夠自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體，A、B正確；功可以全部轉(zhuǎn)化為熱，C錯(cuò)誤；根據(jù)熱力學(xué)第二定律可知，不可能從單一熱源吸收熱量用來做功而不引起其他變化，D正確；不違反能量守恒定律，但違反熱力學(xué)第二定律的過程同樣不能發(fā)生，E錯(cuò)誤。,解答該類問題的流程：,考點(diǎn)三,熱力學(xué)定律與氣體實(shí)驗(yàn)定律的綜合,(2018云南昆明模擬)一定質(zhì)量的理想氣體，狀態(tài)從ABCA的變化

13、過程可用如圖所示的pV圖線描述，氣體在狀態(tài)C時(shí)的溫度為Tc300K。 (1)求氣體在狀態(tài)A時(shí)的溫度TA，并判斷A、B狀態(tài)溫度的高低； (2)若氣體在AB過程中吸熱500J，則在AB過程中氣體內(nèi)能如何變化？變化了多少？,例 3,答案(1)300KTBTA(2)氣體的內(nèi)能增加200J,,,類題演練 2,ABE,2年高考模擬,12018全國卷，33(1)如圖，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a開始，經(jīng)歷過程、、、到達(dá)狀態(tài)e。對(duì)此氣體，下列說法正確的是() A過程中氣體的壓強(qiáng)逐漸減小 B過程中氣體對(duì)外界做正功 C過程中氣體從外界吸收了熱量 D狀態(tài)c、d的內(nèi)能相等 E狀態(tài)d的壓強(qiáng)比狀態(tài)b的壓強(qiáng)小,BDE,22

14、018全國卷，33(1)(多選)如圖，一定量的理想氣體從狀態(tài)a變化到狀態(tài)b，其過程如pV圖中從a到b的直線所示。在此過程中() A氣體溫度一直降低 B氣體內(nèi)能一直增加 C氣體一直對(duì)外做功 D氣體一直從外界吸熱 E氣體吸收的熱量一直全部用于對(duì)外做功,BCD,解析A錯(cuò)：在pV圖中理想氣體的等溫線是雙曲線的一支，而且離坐標(biāo)軸越遠(yuǎn)溫度越高，故從a到b溫度升高。B對(duì)：一定質(zhì)量的理想氣體的內(nèi)能由溫度決定，溫度越高，內(nèi)能越大。C對(duì)：氣體體積膨脹，對(duì)外做功。D對(duì)：根據(jù)熱力學(xué)第一定律UQW，得QUW，由于U0、W0，故Q0，氣體吸熱。E錯(cuò)：由QUW可知，氣體吸收的熱量一部分用來對(duì)外做功，一部分用來增加氣體的內(nèi)能

15、。,3(2017全國卷)(多選)如圖，用隔板將一絕熱汽缸分成兩部分，隔板左側(cè)充有理想氣體，隔板右側(cè)與絕熱活塞之間是真空。現(xiàn)將隔板抽開，氣體會(huì)自發(fā)擴(kuò)散至整個(gè)汽缸。待氣體達(dá)到穩(wěn)定后，緩慢推壓活塞，將氣體壓回到原來的體積。假設(shè)整個(gè)系統(tǒng)不漏氣。下列說法正確的是() A氣體自發(fā)擴(kuò)散前后內(nèi)能相同 B氣體在被壓縮的過程中內(nèi)能增大 C在自發(fā)擴(kuò)散過程中，氣體對(duì)外界做功 D氣體在被壓縮的過程中，外界對(duì)氣體做功 E氣體在被壓縮的過程中，氣體分子的平均動(dòng)能不變,ABD,,解析抽開隔板，氣體自發(fā)擴(kuò)散過程中，氣體對(duì)外界不做功，與外界沒有熱交換，因此氣體的內(nèi)能不變，A項(xiàng)正確，C項(xiàng)錯(cuò)誤；氣體在被壓縮的過程中，外界對(duì)氣體做正功

16、，D項(xiàng)正確；由于氣體與外界沒有熱交換，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知，氣體在被壓縮的過程中內(nèi)能增大，因此氣體的溫度升高，氣體分子的平均動(dòng)能增大，B項(xiàng)正確，E項(xiàng)錯(cuò)誤。,4(2017全國卷)(多選)如圖，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a出發(fā)，經(jīng)過等容過程ab到達(dá)狀態(tài)b，再經(jīng)過等溫過程bc到達(dá)狀態(tài)c，最后經(jīng)等壓過程ca回到狀態(tài)a。下列說法正確的是() A在過程ab中氣體的內(nèi)能增加 B在過程ca中外界對(duì)氣體做功 C在過程ab中氣體對(duì)外界做功 D在過程bc中氣體從外界吸收熱量 E在過程ca中氣體從外界吸收熱量,ABD,,解析ab過程，氣體壓強(qiáng)增大，體積不變，則溫度升高，內(nèi)能增加，A項(xiàng)正確；ab過程發(fā)生等容變化，氣體對(duì)

17、外界不做功，C項(xiàng)錯(cuò)誤；一定質(zhì)量的理想氣體內(nèi)能僅由溫度決定，bc過程發(fā)生等溫變化，內(nèi)能不變，bc過程，氣體體積增大，氣體對(duì)外界做正功，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知?dú)怏w從外界吸熱，D項(xiàng)正確；ca過程發(fā)生等壓變化，氣體體積減小，外界對(duì)氣體做正功，B項(xiàng)正確；ca過程，氣體溫度降低，內(nèi)能減小，外界對(duì)氣體做正功，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可知?dú)怏w向外界放熱，E項(xiàng)錯(cuò)誤。,52018江蘇單科，12A(3)如圖所示，一定質(zhì)量的理想氣體在狀態(tài)A時(shí)壓強(qiáng)為2.0105Pa，經(jīng)歷ABCA的過程，整個(gè)過程中對(duì)外界放出61.4J熱量。求該氣體在AB過程中對(duì)外界所做的功。 答案138.6J 解析整個(gè)過程中，外界對(duì)氣體做功WWABWCA 且WCApA(VCVA) 由熱力學(xué)第一定律UQW，得WAB(QWCA) 代入數(shù)據(jù)得WAB138.6J 即氣體對(duì)外界做的功為138.6J,,