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1、2020-2021学年高中物理 第10章 热力学定律 2 热和内能教案2 新人教版选修3-32020-2021学年高中物理 第10章 热力学定律 2 热和内能教案2 新人教版选修3-3年级：姓名：- 1 -第三节热力学定律与能量守恒一、热力学第一定律和能量守恒定律1改变物体内能的两种方式(1)做功；(2)热传递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：UQW3能的转化和守恒定律(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，能量的总量保持不变
2、(2)第一类永动机：违背能量守恒定律的机器被称为第一类永动机它是不可能制成的1.下列说法正确的是()A物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变B绝热过程中，外界压缩气体，对气体做功，气体的内能可能减少C自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，能量并没有消失D做功和热传递的实质不相同E一定质量的理想气体在绝热情况下向真空自由膨胀时，温度降低答案：ACD二、热力学第二定律1常见的两种表述(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2第二类永动机：违背宏观热现象方向性的机器被称为第二类永动机这类永动机不违背能量守恒定律，
3、但它违背了热力学第二定律，也是不可能制成的2.对热力学第二定律，下列理解正确的是()A自然界进行的一切宏观过程都是可逆的B自然界进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，是不可逆的C热量不可能由低温物体传递到高温物体D由热力学第二定律可知热量从低温物体传向高温物体是可能的，从单一热源吸收热量，完全变成功也是可能的E第一类永动机违反能量守恒定律，第二类永动机违反热力学第二定律答案：BDE考点一热力学第一定律1热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种方式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2对公式UQW符号的规定符号WQU外界对物体做功物体吸收热量内能增加物体
4、对外界做功物体放出热量内能减少3.几种特殊情况(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量(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量(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做功与热传递在改变内能的效果上是相同的，但是从运动形式、能量转化的角度上看是不同的：做功是其他形式的运动和热运动的转化，是其他形式的能与内能之间的转化；而热传递则是热运动的转移，是内能的转移判断内能的变化或吸、放热情况关于一定质量的理想气体，下列叙述正确的是()A气体体积增大时，其内能一定减少B外界对气体做功，气
5、体内能可能减少C气体从外界吸收热量，其内能一定增加D气体温度升高，其分子平均动能一定增加E气体温度升高，气体可能向外界放热解析做功和热传递是改变物体内能的两种方式，气体体积增大时，可能同时从外界吸收热量，其内能不一定减少；气体从外界吸收热量，可能同时对外做功，其内能不一定增加，同理，外界对气体做功，气体内能不一定增加，选项A、C错误，B正确温度是分子平均动能的标志，气体温度升高，其分子平均动能一定增加，内能增加，若外界对气体做的功大于内能的增加量，则气体向外放热，故D、E正确答案BDE利用热力学第一定律进行定量计算在如图所示的坐标系中，一定质量的某种理想气体先后发生以下两种状态变化过程：第一种
6、变化是从状态A到状态B，外界对该气体做功为6 J；第二种变化是从状态A到状态C，该气体从外界吸收的热量为9 J图线AC的反向延长线过坐标原点O，B、C两状态的温度相同，理想气体的分子势能为零求：(1)从状态A到状态C的过程，该气体对外界做的功W1和其内能的增量U1；(2)从状态A到状态B的过程，该气体内能的增量U2及其从外界吸收的热量Q2.解析(1)由题意知从状态A到状态C的过程，气体发生等容变化该气体对外界做的功W10根据热力学第一定律U1W1Q1内能的增量U1Q19 J.(2)从状态A到状态B的过程，体积减小，温度升高该气体内能的增量U2U19 J根据热力学第一定律有U2W2Q2从外界吸收
7、的热量Q2U2W23 J.答案(1)09 J(2)9 J3 J应用热力学第一定律的三点注意1做功看体积：体积增大，气体对外做功，W为负；体积缩小，外界对气体做功，W为正气体向真空中自由膨胀，对外界不做功，W0.2与外界绝热，则不发生热传递，此时Q0.3由于理想气体没有分子势能，所以当它的内能变化时，主要体现在分子动能的变化上，从宏观上看就是温度发生了变化. 考点二热力学第二定律1在热力学第二定律的表述中，“自发地”“不产生其他影响”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”的涵义是发生的热力学宏观过程只在本系统内完成，对周围
8、环境不产生热力学方面的影响如吸热、放热、做功等2热力学第二定律的实质：热力学第二定律的每一种表述，都揭示了大量分子参与宏观过程的方向性，进而使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性热量不可能自发地从低温物体传到高温物体，但在有外界影响的条件下，热量可以从低温物体传到高温物体，如电冰箱；在引起其他变化的条件下内能也可以全部转化为机械能，如气体的等温膨胀过程3两类永动机的比较第一类永动机第二类永动机不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功的机器从单一热源吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响的机器违背能量守恒定律，不可能制成不违背能量守恒定律，但违背热力学第二定律，不可能制成
9、关于热力学定律，下列说法正确的是()A为了增加物体的内能，必须对物体做功或向它传递热量B对某物体做功，必定会使该物体的内能增加C可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功D不可能使热量从低温物体传向高温物体E功转变为热的实际宏观过程是不可逆过程解析内能的改变可以通过做功或热传递进行，故A正确；对某物体做功，物体的内能不一定增加，B错误；在引起其他变化的情况下，可以从单一热源吸收热量，将其全部变为功，C正确；在有外界影响的情况下，可以使热量从低温物体传向高温物体，D错误；涉及热现象的宏观过程都具有方向性，故E正确答案ACE热力学第一定律说明发生的任何过程中能量必定守恒，热力学第二定律说明并非所有能量
10、守恒的过程都能实现1高温物体低温物体2功热量 3气体体积V1气体体积V2(较大)4不同气体A和B混合气体AB 以下哪个现象不违背热力学第二定律()A一杯热茶在打开盖后，茶会自动变凉B没有漏气、没有摩擦的理想热机，其效率可能是100%C桶中浑浊的泥水在静置一段时间后，泥沙下沉，上面的水变清，泥、水自动分离D热量自发地从低温物体传到高温物体E在地面上运动的物体逐渐停下来，机械能全部变为内能解析：选ACE.热茶自动变凉是热从高温物体传递到低温物体，A正确；任何热机效率都不可能达到100%，B错误；泥水分离是机械能(重力势能)向内能的转化，C正确；热量不是自发地从低温传到高温物体，D错误；木块因摩擦力
11、而停下来，是机械能(动能)向内能的转化，是自发过程，E正确方法技巧气态方程与热力学第一定律的综合应用一定质量的理想气体，状态从ABCDA的变化过程可用如图所示的pV图描述，图中p1、p2、V1、V2和V3为已知量(1)气体状态从A到B是_过程(选填“等容”“等压”或“等温”)；(2)状态从B到C的变化过程中，气体的温度_(选填“升高”“不变”或“降低”)；(3)状态从C到D的变化过程中，气体_(选填“吸热”或“放热”)；(4)状态从ABCD的变化过程中，气体对外界所做的总功为_审题突破(1)根据pV图象分析各过程中气体的p、V的变化情况，由C分析T的变化情况(2)根据V、T的变化情况分析做功W
12、和气体内能的变化U，由UWQ分析吸、放热情况解析(1)AB，对应压强值恒为p2，即为等压过程(2)BC，由恒量，V不变，p减小，T降低(3)CD，由恒量，p不变，V减小，可知T降低外界对气体做功，内能减小，由UWQ可知CD过程放热(4)AB，气体对外界做功WABp2(V3V1)BC，V不变，气体不做功CD，V减小，外界对气体做功WCDp1(V3V2)状态从ABCD的变化过程中，气体对外界做的总功WWABWBCWCDp2(V3V1)p1(V3V2)答案(1)等压(2)降低(3)放热(4)p2(V3V1)p1(V3V2)对于一定质量的理想气体，状态发生变化时，必然要涉及做功、热传递、内能的变化，利
13、用气态方程(或实验定律)与热力学第一定律解决这类问题的一般思路如下：CUQW. 我国“蛟龙”号深海探测船载人下潜超过七千米，再创载人深潜新纪录在某次深潜实验中，“蛟龙”号探测到990 m深处的海水温度为280 K某同学利用该数据来研究气体状态随海水深度的变化如图所示，导热良好的汽缸内封闭一定质量的气体，不计活塞的质量和摩擦，汽缸所处海平面的温度T0300 K，压强p01 atm，封闭气体的体积V03 m3，如果将该汽缸下潜至990 m深处，此过程中封闭气体可视为理想气体(1)求990 m深处封闭气体的体积(1 atm相当于10 m深的海水产生的压强)(2)下潜过程中封闭气体_(选填“吸热”或“
14、放热”)，传递的热量_(选填“大于”或“小于”)外界对气体所做的功解析：(1)当汽缸下潜至990 m时，设封闭气体的压强为p，温度为T，体积为V，由题意可知p100 atm根据理想气体状态方程得代入数据得V2.8102 m3.(2)下潜过程中温度降低，则U0，由UQW知，QW.答案：(1)2.8102 m3(2)放热大于1(考点一)(2015高考北京卷)下列说法正确的是()A物体放出热量，其内能一定减小B物体对外做功，其内能一定减小C物体吸收热量，同时对外做功，其内能可能增加D物体放出热量，同时对外做功，其内能可能不变解析：选C.根据热力学第一定律(公式UQW)可知，做功和热传递都可以改变物体的内能，当外界对物体做的功大于物体放出的热量或物体吸收的热量大于物体对外做的功时，物体的内能增加，选项A、B错
