《（全国通用版）2019版高考物理大一轮复习 第十三章 热学 第36讲 热力学定律与能量守恒学案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《（全国通用版）2019版高考物理大一轮复习 第十三章 热学 第36讲 热力学定律与能量守恒学案（16页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1 第第 3636 讲讲 热力学定律与能量守热力学定律与能量守 恒恒 考纲要求考情分析命题趋势 1.热力学第一定律 2能量守恒定律 3热力学第二定律 2017全国卷，33(1) 2017全国卷，33(1) 2016全国卷，33(1) 在新课标地区，高考对热学部分 的考查在选做题中出现，题型涉及选 择、填空和计算题，考查知识点全面 覆盖，同时突出重点，如热力学定律 1热力学第一定律 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 表达式：U_QW_ 符号法则 符 号 WQU 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
2、 内能_减小_ 2 2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_从低温物体传到高温物体 (2)开尔文表述：不可能从_单一_热库吸收热量，使之完全变成功，而_不产生_其 他影响或表述为“第二类永动机不可能制成” (3)用熵的概念进行表述：在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会_减小_(热 力学第二定律又叫做熵增加原理) 3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_转化_为另一种形式， 或者从一个物体_转移_到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的_总和_保持不 变 (2)能源的利用 存在能量耗散和_品质降低_ 重视利用能源时对_环境_
3、的影响 推进开发新能源，如_太阳能_、生物能、风能、潮汐能等 1判断正误 (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 20 J( ) (3)物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变( ) (4)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( ) (5)自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，能量正在消失( ) (6)利用河水的能量使船逆水航行的设想，符合能量守恒定律( ) (7)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( ) 一 热力学第一定律 1改变内能的两种方式的比较 方式名称 比较项目 做功热传递 区
4、别 内能变化 情况 外界对物体做功，物体 的内能增加；物体对外界做 功，物体的内能减少 物体吸收热量，内能增 加；物体放出热量，内能减 少 3 从运动形 式上看 做功是宏观的机械运动 向物体的微观分子热运动的 转化 热传递则是通过分子之 间的相互作用，使同一物体 的不同部分或不同物体间的 分子热运动发生变化，是内 能的转移 从能量的 角度看 做功是其他形式的能与 内能相互转化的过程 不同物体间或同一物体 不同部分之间内能的转移 能的性质 变化情况 能的性质发生了变化能的性质不变 相互联系 做一定量的功或传递一定量的热量在改变内能的效果上 是相同的 2.热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种
5、改变内能的过程是等效的，而且给 出了内能的变化量和做功与热传递之间的定量关系此定律是标量式，应用时功、内能、 热量的单位应统一为国际单位焦耳 3三种特殊情况 (1)若过程是绝热的，则Q0，WU，外界对物体做的功等于物体内能的增加； (2)若过程中不做功，即W0，则QU，物体吸收的热量等于物体内能的增加； (3)若过程的始、末状态物体的内能不变，即 U0，则WQ0 或WQ，外界对 物体做的功等于物体放出的热量 理想气体内能变化的判定 对一定质量的理想气体，由于无分子势能，其内能只包含分子无规则热运动的动能， 这时内能只与温度有关，故判定一定质量的理想气体内能是否变化，应看温度是否发生了 变化，与
6、体积无关 例 1(2017全国卷)如图，一定质量的理想气体从状态a出发，经过等容过程ab 到达状态b，再经过等温过程bc到达状态c，最后经等压过程ca回到初态a.下列说法正 确的是_ABD_.(选填正确答案标号选对 1 个得 2 分，选对 2 个得 4 分，选对 3 个得 5 分每选错 1 个扣 3 分，最低得分为 0 分) A在过程ab中气体的内能增加 B在过程ca中外界对气体做功 4 C在过程ab中气体对外界做功 D在过程bc中气体从外界吸收热量 E在过程ca中气体从外界吸收热量 解析 (1)由pV图可知 ，在过程ab中体积不变，气体不对外做功，W0，压强增 大，温度升高，气体内能增加，选
7、项 A 正确，C 错误；过程bc为等温变化过程，理想气体 内能不变，而体积增大，气体对外做功，W0，由热力学第一定律 UWQ知Q0，气 体从外界吸收热量，选项 D 正确；过程ca为等压变化过程，体积减小，外界对气体做功， W0，由盖吕萨克定律知气体温度降低，内能减小，由 UWQ知Q0，气体放出热 量 ，选项 B 正确，E 错误 二 热力学第二定律 1热力学过程方向性实例 (1)高温物体低温物体 热量Q能自发传给 热量Q不能自发传给 (2)功热量 能自发地完全转化为 不能自发地且不能完全转化为 (3)气体体积V1气体体积V2(较大) 能自发膨胀到 不能自发收缩到 (4)不同气体A和B混合气体AB
8、 能自发混合成 不能自发分离成 2热力学第一定律和热力学第二定律的关系 热力学第一定律是和热现象有关的物理过程中能量守恒的特殊表达形式及热量与内能 改变的定量关系而第二定律指明了能量转化与守恒能否实现的条件和过程进行的方向， 指出了一切变化过程的自然发展是不可逆的，除非靠外界影响所以二者相互联系，又相 互补充 3两类永动机的比较 第一类永动机第二类永动机 不消耗能量却可以源源不断地对外做功 的机器 从单一热源吸热，全部用来对外做功而 不引起其他变化的机器 违背能量守恒，不可能实现 不违背能量守恒，违背热力学第二定律， 不可能实现 例 2(2017江苏模块验收测试)如图所示为电冰箱的工作原理示意
9、图压缩机工作 时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环在蒸发器中制冷剂汽化吸收箱体内的热量， 经过冷凝器时制冷剂液化，放出热量到箱体外 5 (1)(多选)下列说法正确的是！ BC # A热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外 B电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，是因为其消耗了电能 C电冰箱的工作原理不违反热力学第一定律 D电冰箱的工作原理违反热力学第一定律 (2)电冰箱的制冷系统从冰箱内吸收的热量与释放到外界的热量相比，有怎样的关系？ 解析 (1)热力学第一定律是热现象中内能与其他形式能的转化规律，是能的转化和守 恒定律的具体表现，适用于所有的热学过程，故选项 C 正确，D 错误；由
10、热力学第二定律 可知，热量不能自发地从低温物体传到高温物体，除非有外界的影响或帮助，电冰箱把热 量从低温的内部传到高温的外部，需要压缩机的帮助并消耗电能，故选项 B 正确，A 错 误 (2)由热力学第一定律可知，电冰箱制冷系统从冰箱内吸收了热量，同时消耗了电能， 释放到外界的热量比从冰箱内吸收的热量多 答案 (2)见解析 热力学第二定律的涵义 (1)“自发地”指明了热传递等热力学宏观现象的方向性，不需要借助外界提供能量的 帮助 (2)“不产生其他影响”的含义是发生的热力学宏观过程只在本系统内完成，对周围环 境不产生热力学方面的影响，如吸热、放热、做功等 1(多选)根据热力学定律，下列说法中正确
11、的是( ABAB ) A电冰箱的工作过程表明，热量可以从低温物体向高温物体传递 B空调机在制冷过程中，从室内吸收的热量少于向室外放出的热量 C科技的进步可以使内燃机成为单一热源的热机 D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” 解析 在一定条件下，热量可以从低温物体传给高温物体，选项 A 正确；空调机工作 过程中，电流做功产生热，所以向室外放热多，从室内吸热少，选项 B 正确；选项 C 中的 说法违反热力学第二定律，选项 C 错误；对能源的过度消耗会造成可以利用的能量减少， 而总的能量是守恒的，选项 D 错误 6 2用隔板将一容器隔成A和B两部分，A中盛有一定量的气体，B为真
12、空(如图甲所示)， 现把隔板抽去，A中的气体将自动充满整个容器(如图乙所示)，这个过程称为气体的自由 膨胀则关于气体的自由膨胀下列说法中正确的是 ( D D ) A在自由膨胀过程中，所有气体分子的运动方向相同 B在自由膨胀过程中，只要把握好隔板插入的时机，全部气体就能到达B部分 C气体充满整个容器后，只要时间足够长，还能全部自动回到A部分 D气体充满整个容器后，B部分中的某些气体分子有可能再回到A部分 解析 气体分子在永不停息地做无规则运动，在自由膨胀过程中也不例外，选项 A 错 误；在自由膨胀过程中，气体分子将充满所能达到的空间，即整个容器，选项 B 错误；热 力学第二定律指出具有大量分子参
13、与的宏观过程都具有方向性，所以选项 C 错误；气体充 满整个容器后，气体分子朝各个方向运动的机会均等，所以B部分中的某些气体分子有可 能再回到A部分，选项 D 正确 3(2017福建泉州模拟)一定质量的理想气体从状态A变化到状态B，再变化到状态 C，其状态变化过程的pV图象如图所示已知该气体在状态A时的温度为 27 .求： (1)该气体在状态B时的温度； (2)该气体从状态A到状态C的过程中与外界交换的热量 解析 (1)对于理想气体：AB过程，由查理定律有， pA TA pB TB 得TB100 K，所以tBTB273 173 (2)BC过程，由盖吕萨克定律有， VB TB VC TC 得TC
14、300 K，所以tCTC273 27 ， 由于状态A与状态C温度相同，气体内能相等，而AB过程中等容变化，气体对外不 做功，BC过程中气体体积膨胀对外做功，即从状态A到状态C气体对外做功，故气体应 从外界吸收热量 QpV1105(31031103)J200 J 答案 (1)173 (2)吸收热量 200 J 4(多选)关于一定量的气体，下列叙述正确的是( ADAD ) 7 A气体吸收的热量可以完全转化为功 B气体体积增大时，其内能一定减少 C气体从外界吸收热量，其内能一定增加 D外界对气体做功，气体内能可能减少 解析 由热力学第二定律知吸收的热不能自发地全部转化为功，但通过其他方法可以 全部转
15、化为功，故选项 A 正确；气体体积增大，对外做功，若同时伴随吸热，其内能不一 定减少，选项 B 错误；气体从外界吸热，若同时伴随对外界做功，其内能不一定增加，选 项 C 错误；外界对气体做功，若同时气体放热，其内能可能减少，选项 D 正确 例 1(6 分)(多选)如图所示，一绝热容器被隔板K隔开成a、b两部分已知a内有 一定量的稀薄气体，b内为真空抽开隔板K后，a内气体进入b，最终达到平衡状态在 此过程中( ) A气体对外界做功，内能减少 B气体不做功，内能不变 C气体压强变小，温度不变 D气体压强变大，温度不变 E单位时间内撞击容器壁的分子数减少 答题送检来自阅卷名师报告 错 误 致错原因 扣 分 A 不明白“绝热容器”的含义，挖掘不出稀薄气体向真空扩散是否做功， 不能根据热力学第一定律解题，错选 A 6 规范答题 解析 绝热容器内的稀薄气体与外界没有热传递，Q0，稀薄气体向真空扩散时气 体没有做功，W0，根据热力学第一定律稀薄气体的内能不变，则温度不变，稀薄气体扩 散体积增大，根据玻意耳定律可知，气体的压强必然变小，故选项 A、D 错误，B、C 正确； 温度不变，分子的平均动能不变，压强减小，说明单位时间内撞击容器壁的分子数减少， 故 E 正确
