2019版高考物理总复习 选考部分 热学 基础课3 热力学定律与能量守恒定律课件.ppt

基础课3热力学定律与能量守恒定律 热力学第一定律 1 改变物体内能的两种方式 1 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与外界对它所做的功的和 2 表达式 U 知识排查 做功 热量 Q W 3 U 中正 负号法则 Q W 吸收 增加 放出 减少 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 它只能从一种形式为另一种形式 或者是从一个物体到另一个物体 在或的过程中 能量的保持不变 2 条件性能量守恒定律是自然界的 某一种形式的能是否守恒是有条件的 3 第一类永动机是不可能制成的 它违背了 热力学第二定律 1 热力学第二定律的两种表述 1 克劳修斯表述 热量不能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 或表述为 永动机是不可能制成的 2 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 3 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增大的方向进行 4 第二类永动机不可能制成的原因是违背了 小题速练 1 思考判断 1 外界压缩气体做功20J 气体的内能可能不变 2 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 3 科技的进步可以使内燃机成为单一热源的热机 4 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 5 一定量100 的水变成100 的水蒸气 其分子之间的势能增加 答案 1 2 3 4 5 2 多选 对于热力学第一定律和热力学第二定律的理解 下列说法正确的是 A 一定质量的气体膨胀对外做功100J 同时从外界吸收120J的热量 则它的内能增大20JB 物体从外界吸收热量 其内能一定增加 物体对外界做功 其内能一定减少C 凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性 在热传递中 热量只能从高温物体传递给低温物体 而不能从低温物体传递给高温物体D 第二类永动机违反了热力学第二定律 没有违反热力学第一定律E 热现象过程中不可避免地出现能量耗散现象 能量耗散符合热力学第二定律 解析根据热力学第一定律知 U W Q 100J 120J 20J 故选项A正确 根据热力学第一定律 U W Q 可知物体从外界吸收热量 其内能不一定增加 物体对外界做功 其内能不一定减少 选项B错误 通过做功的方式可以让热量从低温物体传递给高温物体 如电冰箱 选项C错误 第二类永动机没有违反能量守恒定律 热力学第一定律是能量转化和守恒定律在热学中的反映 因此第二类永动机没有违反热力学第一定律 不能制成是因为它违反了热力学第二定律 故选项D正确 能量耗散过程体现了宏观自然过程的方向性 符合热力学第二定律 选项E正确 答案ADE 热力学第一定律与能量守恒定律 1 做功和热传递的区别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 2 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量 2 若过程中不做功 则W 0 Q U 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 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 1 2018 襄阳模拟 多选 下列对热力学定律的理解正确的是 A 可以从单一热源吸收热量 使之完全变为功B 由热力学第一定律可知做功不一定改变内能 热传递也不一定改变内能 但同时做功和热传递一定会改变内能C 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D 热量不可能由低温物体传给高温物体E 如果物体从外界吸收了热量 物体的内能也可能减少 解析在引起其他变化的情况下 从单一热源吸收热量可以将其全部变为功 选项A正确 由热力学第一定律可知 当W 0 Q 0时 U W Q可以等于0 选项B错误 空调机在制冷过程中消耗了电能 总体上是放出热量 选项C正确 热量可以由低温物体传给高温物体 选项D错误 物体从外界吸收热量 可能同时对外做功 如果对外做的功大于从外界吸收的热量 则物体的内能减少 选项E正确 答案ACE 2 2018 吉林长春质检 多选 下列各说法正确的是 A 气体扩散现象表明气体分子间存在斥力B 对于同一理想气体 温度越高 分子平均动能越大C 热量总是自发地从分子平均动能大的物体传递到分子平均动能小的物体D 用活塞压缩汽缸内的理想气体 对气体做了3 0 105J的功 同时气体向外界放出1 5 105J的热量 则气体内能增加了1 5 105JE 饱和汽压与分子密度有关 与温度无关 解析气体扩散现象表明气体分子在做无规则运动 选项A错误 由于温度是分子平均动能的标志 故对于同一理想气体 温度越高 分子平均动能越大 选项B正确 分子的平均动能大 则说明物体的温度高 热量总是自发地从高温物体传递到低温物体 选项C正确 用活塞压缩汽缸内的理想气体 根据热力学第一定律 对气体做了3 0 105J的功 同时气体向外界放出1 5 105J的热量 则气体内能增加了1 5 105J 选项D正确 饱和汽压与温度有关 且随着温度的升高而增大 选项E错误 答案BCD 3 2017 全国卷 33 1 多选 如图1 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 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 图1 解析在过程ab中 体积不变 气体对外界不做功 压强增大 温度升高 内能增加 故选项A正确 C错误 在过程ca中 气体的体积缩小 外界对气体做功 压强不变 温度降低 内能变小 气体向外界放出热量 故选项B正确 E错误 在过程bc中 温度不变 内能不变 体积增大 气体对外界做功 由热力学第一定律可知 气体要从外界吸收热量 故选项D正确 答案ABD 4 2017 全国卷 33 1 多选 如图2 用隔板将一绝热汽缸分成两部分 隔板左侧充有理想气体 隔板右侧与绝热活塞之间是真空 现将隔板抽开 气体会自发扩散至整个汽缸 待气体达到稳定后 缓慢推压活塞 将气体压回到原来的体积 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相同B 气体在被压缩的过程中内能增大C 在自发扩散过程中 气体对外界做功D 气体在被压缩的过程中 外界对气体做功E 气体在被压缩的过程中 气体分子的平均动能不变 图2 解析因为汽缸 活塞都是绝热的 隔板右侧是真空 所以理想气体在自发扩散的过程中 既不吸热也不放热 也不对外界做功 根据热力学第一定律可知 气体自发扩散前后 内能不变 选项A正确 选项C错误 气体被压缩的过程中 外界对气体做功 气体内能增大 又因为一定质量的理想气体的内能只与温度有关 所以气体温度升高 分子平均动能增大 选项B D正确 选项E错误 答案ABD 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 W 0 2 与外界绝热 则不发生热传递 此时Q 0 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 对热力学第二定律的理解 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 对周围环境不产生热力学方面的影响 如吸热 放热 做功等 1 对热力学第二定律关键词的理解 2 热力学第二定律的实质 自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性 如 3 两类永动机的比较 1 多选 下列关于热力学第二定律的说法正确的是 A 所有符合能量守恒定律的宏观过程都能发生B 一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的C 机械能可以全部转化为内能 但内能无法全部用来做功而转化成机械能D 气体向真空的自由膨胀是可逆的E 热运动的宏观过程有一定的方向性 解析符合能量守恒定律 但违背热力学第二定律的宏观过程不能发生 选项A错误 一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的 选项B正确 机械能可以全部转化为内能 但内能无法全部用来做功而转化成机械能 选项C正确 气体向真空的自由膨胀是不可逆的 选项D错误 热运动的宏观过程有一定的方向性 选项E正确 答案BCE 2 2016 全国卷 33 1 多选 关于热力学定律 下列说法正确的是 A 气体吸热后温度一定升高B 对气体做功可以改变其内能C 理想气体等压膨胀过程一定放热D 热量不可能自发地从低温物体传到高温物体E 如果两个系统分别与状态确定的第三个系统达到热平衡 那么这两个系统彼此之间也必定达到热平衡 答案BDE 3 多选 根据热力学定律 下列说法正确的是 A 电冰箱的工作表明 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 科技的不断进步使得人类有可能生产出从单一热源吸热全部用来对外做功而不引起其他变化的热机D 即使没有漏气 摩擦 不必要的散热等损失 热机也不可以把燃料产生的内能全部转化为机械能E 对能源的过度消耗使自然界的能量不断减少 形成 能源危机 解析热量可以在外界做功的情况下从低温物体向高温物体传递 但不能自发进行 选项A正确 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 选项B正确 不可能从单一热源吸热全部用来对外做功而不引起其他变化 故选项C错误 根据热力学第二定律 即使没有漏气 摩擦 不必要的散热等损失 热机也不可以把燃料产生的内能全部转化为机械能 故选项D正确 对能源的过度消耗将形成 能源危机 但自然界的总能量守恒 故选项E错误 答案ABD 解决热力学定律与气体实验定律的综合问题的思路 热力学定律与气体实验定律的综合应用 1 多选 如图3所示 一定质量的理想气体从状态A依次经过状态B C和D后再回到状态A 其中 A B和C D为等温过程 B C和D A为绝热过程 气体与外界无热量交换 该循环过程中 下列说法正确的是 A A B过程中 气体的内能不变B B C过程中 气体分子的平均动能增大C C D过程中 气体分子数密度增大 单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多D D A过程中 外界对气体做的功小于气体内能的增加量E 若气体在A B过程中吸收63kJ的热量 在C D过程中放出38kJ的热量 则气体完成一次循环对外做的功为25kJ 图3 解析A B为等温过程 气体的内能不变 选项A正确 B C为绝热过程 气体没有与外界热交换 体积增大 气体对外界做功 内能减小 所以B C过程中 气体分子的平均动能减小 选项B错误 C D为等温过程 C D过程中 气体体积减小 单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多 选项C正确 D A过程中 气体与外界无热量交换 体积减小 外界对气体做功 外界对气体做的功等于气体内能的增加量 选项D错误 气体完成一次循环 气体的内能不变 由热力学第一定律可如 气体对外做的功为63kJ 38kJ 25kJ 选项E正确 答案ACE 2 2018 河南郑州质检 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p V图象如图4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 图4 解析 1 对于理想气体 A B过程 所以tB TB 273 173 得TC 300K 所以tC TC 273 27 由于状态A与状态C温度相同 气体内能相等 而A B过程是等容变化气体对外不做功 B C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 即Q p V 1 105 3 10 3 1 10 3 J 200J 答案 1 173 2 200J 3 如图5所示 竖直放置的汽缸 活塞横截面积为S 0 10m2 活塞的质量忽略不计 气缸侧壁有一个小孔与装有水银的U形玻璃管相通 开始活塞被锁定 汽缸内封闭了一段高为80cm的气柱 U形管内的气体体积不计 此时缸内气体温度为27 U形管内水银面高度差h1 15cm 已知大气压强p0 1 0 105Pa 水银的密度 13 6 103kg m3 重力加速度g取10m s2 1 让汽缸缓慢降温 直至U形管内两边水银面相平 求这时封闭气体的温度 2 接着解除对活塞的锁定 活塞可在汽缸内无摩擦滑动 同时对汽缸缓慢加热 直至汽缸内封闭的气柱高度达到96cm 求整个过程中气体与外界交换的热量 图5 解析 1 由题意知 活塞位置不变 汽缸内气体做等容变化 p1 p0 gh1 1 2 105Pa p2 p0 1 0 105Pa T1 300K解得T2 250K 2 接着解除对活塞的锁定 活塞可在汽缸内无摩擦滑动 即整个过程中气体压强p0 1 0 105Pa 因为T3 T1 300K 所以初状态与末状态气体内能相等 而第一个变化过程是等容变化 气体不对外做功 第二个变化过程中气体膨胀对外做功 故气体应从外界吸收热量 吸收的热量等于第二个变化过程中气体膨胀对外做的功 即Q p0 V 1600J 答案 1 250K 2 1600J 审题时容易漏掉 开始活塞被锁定 活塞的质量忽略不计 这些重要条件 从而无法判断气体状态参量的变化情况