高中物理高考 第3讲　热力学定律与能量守恒定律 课件

热学第十四章第3讲热力学定律与能量守恒定律主干梳理 对点激活做功做功 热量热量 QW 吸收吸收 增加增加 放出放出 减少减少 内能内能 内能内能 外界对气体外界对气体 转化转化 转移转移 能量守恒定律能量守恒定律 自发地自发地 不产生其他影响不产生其他影响 第二类第二类 无序无序 不减少不减少 热力学第二定律热力学第二定律 品质降低品质降低 环境环境 太阳能太阳能 一一 堵点疏通堵点疏通1做功和传热的实质是相同的。做功和传热的实质是相同的。()2绝绝热热过过程程中中，外外界界压压缩缩气气体体做做功功20 J，气气体体的的内内能能一一定定减减少少20 J。()3根根据据热热力力学学第第二二定定律律可可知知，凡凡与与热热现现象象有有关关的的宏宏观观过过程程都都具具有有方方向向性性，在在热热传传导导中中热热量量只只能能自自发发地地从从高高温温物物体体传传递递给给低低温温物物体体，而而不不能能自自发发地从低温物体传递给高温物体。地从低温物体传递给高温物体。()4熵熵增增加加原原理理说说明明一一切切自自然然过过程程总总是是沿沿着着分分子子热热运运动动的的无无序序性性增增大大的的方向进行。方向进行。()5随着技术不断进步，热机的效率可能达到随着技术不断进步，热机的效率可能达到100%。()6对对能能源源的的过过度度消消耗耗将将使使自自然然界界的的能能量量不不断断减减少少，形形成成能能源源危危机机。()7在在给给自自行行车车打打气气时时，会会发发现现打打气气筒筒的的温温度度升升高高，这这是是因因为为外外界界对对气气体做功。体做功。()8自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，能量正在消失。自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，能量正在消失。()9利用河水的能量使船逆水航行的设想，符合能量守恒定律。利用河水的能量使船逆水航行的设想，符合能量守恒定律。()10热热机机中中，燃燃气气的的内内能能可可以以全全部部变变为为机机械械能能而而不不引引起起其其他他变变化化。()二二 对点激活对点激活1(人人教教版版选选择择性性必必修修第第三三册册P53T1改改编编)用用活活塞塞压压缩缩汽汽缸缸里里的的空空气气，对空气做了对空气做了900 J的功，同时汽缸向外散热的功，同时汽缸向外散热210 J，汽缸里空气的内能，汽缸里空气的内能()A增加了增加了1100 J B减少了减少了1100 JC增加了增加了690 J D减少了减少了690 J解解析析由由热热力力学学第第一一定定律律UWQ，得得U900 J210 J690 J，即内能增加即内能增加690 J，C正确。正确。答案答案 解析解析 2(人人教教版版选选择择性性必必修修第第三三册册P63T2改改编编)(多多选选)下下列列现现象象中中能能够够发发生生的是的是()A一杯热茶在打开杯盖后，茶会自动变得更热一杯热茶在打开杯盖后，茶会自动变得更热B蒸汽机把蒸汽的内能全部转化成机械能蒸汽机把蒸汽的内能全部转化成机械能C桶桶中中混混浊浊的的泥泥水水在在静静置置一一段段时时间间后后，泥泥沙沙下下沉沉，上上面面的的水水变变清清，泥、水自动分离泥、水自动分离D电冰箱通电后把箱内低温物体的热量传到箱外高温物体电冰箱通电后把箱内低温物体的热量传到箱外高温物体答案答案 解解析析热热量量只只会会自自发发地地从从高高温温物物体体传传到到低低温温物物体体，而而不不会会自自发发地地从从低低温温物物体体传传到到高高温温物物体体，故故A错错误误；机机械械能能可可以以完完全全转转化化为为内内能能，而而内内能能却却不不能能完完全全转转化化为为机机械械能能，故故B错错误误；桶桶中中混混浊浊的的泥泥水水在在静静置置一一段段时时间间后后，泥泥沙沙下下沉沉，上上面面的的水水变变清清，泥泥、水水自自动动分分离离是是因因为为泥泥沙沙的的密密度度大大于于水水，故故可可以以分分离离，C正正确确；电电冰冰箱箱通通电电后后由由于于压压缩缩机机做做功功从从而而将将箱箱内内低低温温物物体体的的热量传到箱外的高温物体，故热量传到箱外的高温物体，故D正确。正确。解析解析 3.(多多选选)如如图图，一一定定质质量量的的理理想想气气体体从从状状态态a出出发发，经经过过等等容容变变化化过过程程ab到到达达状状态态b，再再经经过过等等温温变变化化过过程程bc到到达达状状态态c，最最后后经经等等压压变变化化过过程程ca回到状态回到状态a。下列说法正确的是。下列说法正确的是()A在过程在过程ab中气体的内能增加中气体的内能增加B在过程在过程ca中外界对气体做功中外界对气体做功C在过程在过程bc中气体从外界吸收热量中气体从外界吸收热量D在过程在过程ca中气体从外界吸收热量中气体从外界吸收热量答案答案 解析解析 4地地球球上上有有很很多多的的海海水水，它它的的总总质质量量约约为为1.41018吨吨，如如果果这这些些海海水水的的温温度度降降低低0.1，将将要要放放出出5.81023焦焦耳耳的的热热量量，有有人人曾曾设设想想将将海海水水放放出出的的热热量量完完全全变变成成机机械械能能来来解解决决能能源源危危机机，但但这这种种机机器器是是不不能能制制成成的的，其其原原因是因是()A内能不能转化成机械能内能不能转化成机械能B内能转化成机械能不满足热力学第一定律内能转化成机械能不满足热力学第一定律C只只从从单单一一热热库库吸吸收收热热量量并并完完全全转转化化成成机机械械能能而而不不产产生生其其他他影影响响的的机器不满足热力学第二定律机器不满足热力学第二定律D上述三种原因都不正确上述三种原因都不正确答案答案 解解析析内内能能可可以以转转化化成成机机械械能能，如如热热机机，A错错误误；内内能能转转化化成成机机械械能能的的过过程程满满足足热热力力学学第第一一定定律律，B错错误误；热热力力学学第第二二定定律律告告诉诉我我们们：不不可可能能从从单单一一热热库库吸吸收收热热量量并并把把它它全全部部用用来来做做功功，而而不不引引起起其其他他变变化化，C正正确确，D错误。错误。解析解析 考点细研 悟法培优考点考点 1热力学第一定律热力学第一定律改变内能的两种方式的比较改变内能的两种方式的比较方式名称比较项目方式名称比较项目做功做功传热传热区区别别内能变化情况内能变化情况外界对系统做功，系统外界对系统做功，系统的内能增加；系统对外的内能增加；系统对外界做功，系统的内能减界做功，系统的内能减少少系统吸收热量，内能增加；系统吸收热量，内能增加；系统放出热量，内能减少系统放出热量，内能减少从能量的角度看从能量的角度看做功是其他形式的能与做功是其他形式的能与内能相互转化的过程内能相互转化的过程不同系统间或同一系统不不同系统间或同一系统不同部分之间内能的转移同部分之间内能的转移能的性质变化情况能的性质变化情况能的性质发生了变化能的性质发生了变化能的性质不变能的性质不变相互联系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上是相同的例例1(2020山西省长治市山西省长治市3月线上测试改编月线上测试改编)(多选多选)如图所示，一定质如图所示，一定质量的理想气体从状态量的理想气体从状态A依次经过状态依次经过状态B、C和和D后再回到状态后再回到状态A。其中，。其中，AB和和C D为等温过程，为等温过程，BC和和DA为绝热过程为绝热过程(气体与外界无热量交气体与外界无热量交换换)。这就是著名的。这就是著名的“卡诺循环卡诺循环”。该循环过程中，下列说法正确的是。该循环过程中，下列说法正确的是()答案答案 AAB过程中，气体对外界做功过程中，气体对外界做功BBC过程中，气体分子的平均动能增大过程中，气体分子的平均动能增大CCD过过程程中中，单单位位时时间间内内碰碰撞撞单单位位面面积积器器壁壁的分子数增多的分子数增多DCD过程中，气体放热过程中，气体放热 (1)BC为为绝绝热热过过程程，体体积积变变大大，对对外外做做功功，则则温温度度如如何何变化？变化？提示：提示：内能减少温度降低。内能减少温度降低。(2)C D为等温过程，体积减小，压强如何变化？为等温过程，体积减小，压强如何变化？提示：提示：增大。增大。尝试解答尝试解答选选ACD。AB过过程程中中，温温度度不不变变，体体积积增增大大，气气体体对对外外界界做做功功，故故A正正确确；B C过过程程中中，绝绝热热膨膨胀胀，气气体体对对外外做做功功，内内能能减减小小，温温度度降降低低，气气体体分分子子的的平平均均动动能能减减小小，故故B错错误误；CD过过程程中中，等等温温压压缩缩，体体积积变变小小，压压强强增增大大，分分子子平平均均速速率率不不变变，则则单单位位时时间间内内碰碰撞撞单单位位面面积积器器壁壁的的分分子子数数增增多多，故故C正正确确；CD过过程程中中，气气体体内内能能不不变变，体体积积减减小小，外外界界对对气气体体做做功功，则则气气体体放热，故放热，故D正确。正确。尝试解答尝试解答 应用热力学第一定律的三点注意应用热力学第一定律的三点注意(1)做做功功情情况况看看气气体体的的体体积积：体体积积增增大大，气气体体对对外外做做功功，W为为负负；体体积积减小，外界对气体做功，减小，外界对气体做功，W为正。为正。(2)与外界绝热，则不与外界发生热传递，此时与外界绝热，则不与外界发生热传递，此时Q0。(3)如如果果研研究究对对象象是是理理想想气气体体，由由于于理理想想气气体体没没有有分分子子势势能能，所所以以当当它它的的内内能能变变化化时时，体体现现为为分分子子平平均均动动能能的的变变化化，从从宏宏观观上上看看就就是是温温度度发发生生了了变化。变化。变变式式11(2020山山东东省省泰泰安安三三模模)如如图图所所示示，开开口口竖竖直直向向上上的的薄薄壁壁绝绝热热汽汽缸缸内内壁壁光光滑滑，缸缸内内下下部部装装有有电电热热丝丝，一一定定质质量量的的理理想想气气体体被被一一绝绝热热活活塞塞封封闭闭在在汽汽缸缸内内，活活塞塞与与汽汽缸缸壁壁紧紧密密接接触触。现现通通过过电电热热丝丝对对缸缸内内气气体体缓缓慢加热，则该过程中慢加热，则该过程中()A气体的压强增大气体的压强增大B气体的内能增大气体的内能增大C气体分子热运动的平均动能可能减小气体分子热运动的平均动能可能减小D气体对外界做的功等于气体吸收的热量气体对外界做的功等于气体吸收的热量答案答案 解解析析电电热热丝丝对对缸缸内内气气体体缓缓慢慢加加热热过过程程中中，因因外外界界的的大大气气压压没没变变，汽汽缸缸内内气气体体压压强强不不变变，气气体体的的温温度度升升高高，内内能能增增大大，A错错误误，B正正确确；汽汽缸缸内内气气体体温温度度升升高高，分分子子热热运运动动的的平平均均动动能能增增大大，C错错误误；在在缸缸内内封封闭闭的的是是一一定定质质量量的的理理想想气气体体，温温度度升升高高，内内能能增增加加，即即U0，体体积积增增大大，对对外外做做功功，即即W0，根根据据UWQ，可可知知气气体体对对外外界界做做的的功功小小于气体吸收的热量，于气体吸收的热量，D错误。错误。解析解析 变变式式12(多多选选)如如图图，用用隔隔板板将将一一绝绝热热汽汽缸缸分分成成两两部部分分，隔隔板板左左侧侧充充有有理理想想气气体体，隔隔板板右右侧侧与与绝绝热热活活塞塞之之间间是是真真空空。现现将将隔隔板板抽抽开开，气气体体会会自自发发扩扩散散至至整整个个汽汽缸缸。待待气气体体达达到到稳稳定定后后缓缓慢慢推推压压活活塞塞，将将气气体体压压回回到到原原来的体积。假设整个系统不漏气。下列说法正确的是来的体积。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减少气体自发扩散前后内能减少B气体在被压缩的过程中内能增大气体在被压缩的过程中内能增大C在自发扩散过程中，气体对外界没做功在自发扩散过程中，气体对外界没做功D气体在被压缩过程中，气体分子的平均动能变大气体在被压缩过程中，气体分子的平均动能变大答案答案 解解析析气气体体向向真真空空自自发发扩扩散散过过程程，对对外外界界不不做做功功，且且没没有有传传热热