2019年高考物理一轮复习第十四章热学第3讲热力学定律与能量守恒学案.doc

1、【 精品教育资源文库 】 第 3 讲 热力学定律与能量守恒 板块一 主干梳理 夯实基础 【知识点 1】 热力学 第 一定律 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： U Q W。 (3) U Q W 中正、负号法则 (4) U Q W 的三种特殊情况 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。 若过程是等容的，即 W 0， Q U，物体吸收的热量等于物体 内能 的增加。 对 于理想气体，若过程是等温的，即 U 0，则

2、 W Q 0 或 W Q， 外界对物体 做的功等于物体放出的热量。 【知识点 2】 热力学 第 二定律 1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 永动机是不可能制成的。 ” (3)用熵的概念表示热力学 第 二定律。 在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会 减小 。 2热力学 第 二定律的微观意义 一切自发过程总是沿着分子热运动的 无序性 增大的方向进 行。 【 精品教育资源文库 】 【知识点 3】 能量守恒定律 1.能量守恒定律的内

3、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条件性：能量守恒定律是自然界的普遍规律，某一种形式的能是否守恒是有条件的。例如，机械能守恒定律具有适用条件，而能量守恒定律是无条件的，是一切自然现象都遵守的基本规律。 3.两类永动机 (1)第 一类永动机：不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功的机器。 违背 能量守恒定律 ，因此不可能实现。 (2)第 二类 永动机：从单一热库吸收热量并把它全部用来对外做功，而不产生其他影响的机器。 违背 热力学 第 二定律 ，不可能实现。 4能源的利用

4、 (1)存在能量耗散和 品质降低 。 (2)重视利用能源时对 环境 的影响。 (3)要开发新能源 (如 太阳能 、生物质能、风能、水能等 )。 板块二 考点细研 悟法培优 考点 1 热力学 第 一定律 对比分析 1改变内能的两种方式的比较 【 精品教育资源文库 】 2温度、内能、热量、功的比较 【 精品教育资源文库 】 例 1 在如 下 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，

5、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。 (1)从 A 到 C 状态发生了什么变化？ 提示： 等容变化。 (2)如何判断气体状态变化过程是吸热还是放热？ 提示： 根据热力学 第 一定律 U Q W，确定热量 Q 的正负，再判断是吸热还是放热。 尝试解答 (1)0_9_J_(2)9_J_3_J。 【 精品教育资源文库 】 (1)由题意知从状态 A 到状态 C 的过程，气体发生等容变化，外界对该气体做的功

6、W1 0 根据热力学 第 一定律有 U1 W1 Q1 内能的增量 U1 Q1 9 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 U2 U1 9 J 根据热力学 第 一定律有 U2 W2 Q2 从外界吸收的热量 Q2 U2 W2 3 J。 总结升华 判断物体内能变化的方法 (1)内能的变化都要用热力学 第 一定律进行综合分析。 (2)做功情况看气体的体积：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。 (3)与外界绝热，则不发生热传递，此时 Q 0。 (4)如果研究对象是理想气体，则由于理想气体没有分子势能，所以当它的内能变化时，

7、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。 跟踪训练 2017 安徽合肥联考 (多选 )对于一定质量的理想气体，下列说法正确的是 ( ) A体积不变，压强减小的过程，气体一定放出热量，内能减小 B若气体内能增加，则外界一定对气体做功 C若气体的温度升高，则每个 气体分子的速度一定增大 D若气体压强不变，气体分子平均距离增大时，则气体分子的平均动能一定增大 E气体对器壁的压强是由大量气体分子对器壁不断碰撞而产生的 答案 ADE 解析 由理想气体状态方程 pVT C，可知在体积不变、压强减小时，温度降低；体积不变，则 W 0，温度降低，内能减少，根据热力学 第 一定律有 U Q0，

8、则温度升高， U0，气体对外做功， W0，由热力学 第 一定律 U Q W 可知，气体吸收热量 Q 大于气体对外做的功 W。 总结升华 气体实验定律与热力学定律的综合问题的处理方法 (1)气体实验定律研究对象是一定质量的理想气体。 (2)解决具体问题 时，分清气体的变化过程是求解问题的关键，根据不同的变化，找出相关的气体状态参量，利用相关规律解决。 (3)对理想气体，只要体积变化，外界对气体 (或气体对外界 )做功 W p V；只要温度发生变化，其内能就发生变化。 (4)结合热力学 第 一定律 U W Q 求解问题。 跟踪训练 2017 甘肃兰州一模 一定质量的理想气体经历了如图所示的状态变化

9、。问： 【 精品教育资源文库 】 (1)已知从 A 到 B 的过程中，气体的内能减少了 300 J，则从 A 到 B 气体吸收或放出的热量是多少； (2)试判断气体在状态 B、 C 的温度是否相同。如果知道气体在状态 C 时的温度 TC 300 K，则气体在状态 A 时的温度为多少。 答案 (1)放热 1200 J (2)温度相同 1200 K 解析 (1)从 A 到 B，外界对气体做功， 有 W p V 900 J， 根据热力学 第 一定律 U W Q， 得 Q U W 1200 J，气体放热 1200 J。 (2)由题图可知 pBVB pCVC，故 TB TC， 根据理想气体状态方程有 pAVATA pCVCTC， 代入数据可得 TA 1200 K。