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.doc

1、【 精品教育资源文库 】 第 36 讲 热力学定律与能量守恒 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_Q W_ 符 号法则 符号 W Q U 外界对物体做功 物体 _吸收 _ 热量 内能 _增加 _ 物体对外界

2、做功 物体 _放出 _ 热量 内能 _减小 _ 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 【 精品教

3、育资源文库 】 (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 _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

4、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 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 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

5、递一定量的热量在改变内能的效果上【 精品教育资源文库 】 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 Q 0， W U，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 W 0，则 Q U，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 U 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 理想气体内能变化的判定 对一定质量的理想气体，由

6、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 C在过程 ab 中气 体对外界做功 D在过

7、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 p V 图可知 ，在过程 ab 中体积不变，气体不对外做功， W 0，压强增大，温度升高，气体内能增加，选项 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， W 0，由热力学第一定律 U W Q 知 Q 0，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， W 0，由盖 吕萨克定律知气体温度降低，内能减小，由 U W Q 知 Q 0，气体放出热量 ，选项 B 正确 ， E 错误 【 精品教育资源文库 】 二 热力学第二

8、定律 1热力学过程方向性实例 (1)高温物体 热量 Q能自发传给热量 Q不能自发传给 低温物体 (2)功 能自发地完全转化为不能自发地且不能完全转化为 热量 (3)气体体积 V1 能自发膨胀到不能自发收缩到 气体体积 V2(较大 ) (4)不同气体 A 和 B 能自发混合成不能自发分离成 混合气体 AB 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

9、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 (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

10、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【 精品教育资源文库 】 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

11、(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，下列说法中正确的是 ( AB ) 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

12、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 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 ) 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

13、 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；【 精品教育资源文库 】 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： A B 过程，由查理定律有 pATA pBTB， 得 TB 100 K，所以 tB TB 273 173 (2)B C 过程，由盖吕萨克定律有 VBTB VCTC， 得 TC 300 K，所以 tC TC 273 27