2013届高考物理基础复习教案热力学定律.doc

第3课时热力学定律导学目标 1.理解热力学第一定律，能运用其解释自然界能量的转化、转移问题.2.了解热力学第二定律，能运用其解释第二类永动机不能制成的原因以及自然界能量转移、转化的方向性问题一、热力学第一定律与能量守恒定律基础导引1用活塞压缩汽缸里的空气，对空气做了900 J的功，同时汽缸向外散热210 J，汽缸里空气的内能改变了多少？图12如图1，在汽缸内活塞左边封闭着一定量的空气，压强和大气压相同把汽缸和活塞固定，使汽缸内空气升高一定的温度，空气吸收的热量为Q1.如果让活塞可以自由滑动(活塞与汽缸间无摩擦、无漏气)，也使汽缸内空气温度升高相同温度，其吸收的热量为Q2.Q1和Q2哪个大些？知识梳理1物体内能的改变(1)_是其他形式的能与内能的相互转化过程，内能的改变量可用_的数值来量度(2)_是物体间内能的转移过程，内能转移量用_来量度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_与外界对它所_的和(2)表达式：U_.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，能量的总量保持不变，这就是能量守恒定律(2)任何违背能量守恒定律的过程都是不可能的，不消耗能量而对外做功的第一类永动机是不可能制成的二、热力学第二定律基础导引以下哪些现象能够发生？哪些不能发生？不能够发生的现象是否违背热力学第二定律？A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C桶中混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电冰箱通电后把箱内低温物体的热量传到箱外高温物体知识梳理1两种表述(1)第一种表述：热量不能自发地从_物体传到_物体(克劳修斯表述)(2)第二种表述：不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成_，而不产生其他影响(开尔文表述)2第二类永动机是指设想只从单一热源吸收热量，使之完全变为有用的功而不引起其他变化的热机这类永动机不可能制成的原因是违反了_考点一对热力学第一定律的理解与应用考点解读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典例剖析例1在温度均匀的液体中，一个小气泡由液体的底层缓慢地升到液面，上升过程中气泡的体积不断地增大，如将泡内气体看作理想气体，则气泡在浮起的过程中 ()A放出热量 B吸收热量C不吸热也不放热 D无法判断方法突破解决有关热力学第一定律问题的思路：分析题干确定内能改变的方式(Q、W)判断W、Q的符号代入公式UQW得出结论跟踪训练1若一气泡从湖底上升到湖面的过程中温度保持不变，若将气泡内的气体视为理想气体，气泡从湖底上升到湖面的过程中，对外界做了0.6 J的功，则此过程中的气泡_(填“吸收”或“放出”)的热量是_ J气泡到达湖面后，温度上升的过程中，又对外界做了0.1 J的功，同时吸收了0.3 J的热量，则此过程中，气泡内气体内能增加了_ J.考点二对热力学第二定律的理解考点解读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特别提醒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，违背热力学第二定律，不可能制成典例剖析例2根据热力学第二定律，下列说法中正确的是 ()A热量能够从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高温物体B热量能够从高温物体传到低温物体，也可能从低温物体传到高温物体C机械能可以全部转化为内能，但内能不可能全部转化为机械能D机械能可以全部转化为内能，内能也可能全部转化为机械能跟踪训练2关于第二类永动机，下列说法正确的是 ()A能将从单一热源吸收的热量全部用来做功，而不引起其他变化的热机叫做第二类永动机B第二类永动机违反了能量守恒定律，所以不可能制成C第二类永动机不可能制成，说明机械能可以全部转化为内能，内能却不可能全部转化为机械能D第二类永动机不可能制成，说明机械能可以全部转化为内能，内能却不可能在不引起其他变化的同时全部转化为机械能13.热力学定律与理想气体模型例3 (1)下列说法正确的是_A由阿伏加德罗常数、气体的摩尔质量和密度，可以估算该种气体分子的大小B悬浮在液体中的固体微粒越小，布朗运动就越明显C分子间的引力随分子间距离的增大而增大，分子间斥力随分子间距离的增大而减小D根据热力学第二定律可知，热量不可能从低温物体传到高温物体图2(2)如图2所示，汽缸内封闭一定质量的某种理想气体，活塞通过 滑轮和一重物连接并保持平衡，已知活塞距缸口0.2 m，活塞面积10 cm2，大气压强1.0105 Pa，物重50 N，活塞质量及一切摩擦不计，缓慢升高环境温度，使活塞刚好升到缸口，封闭气体吸收了60 J的热量，则封闭气体的压强将_(选填“增加”、“减小”或“不变”)，气体内能变化量为_ J.建模感悟运用热力学第一定律确定气体内能的变化，既要分析做功又要分析热传递一般情况下，我们可以根据气体体积膨胀还是压缩来确定气体对外界做功还是外界对气体做功，而体积变化往往要根据状态参量之间的关系来确定吸热、放热则不能根据温度的变化来确定对于理想气体，可以直接根据温度的变化来确定内能的变化吸、放热不能直接确定时，则要放在最后，根据热力学第一定律来确定必须指出的是，一般来说系统对外界做功，表现出系统体积膨胀；外界对系统做功，系统体积则被压缩但在某些特定条件下，例如气体自由膨胀(外界为真空)时，气体就没有克服外力做功另外，在判断内能变化时，还必须结合物态变化以及能的转化与守恒来进行跟踪训练3(2010江苏单科12A)(1)在将空气压缩装入气瓶的过程中，温度保持不变，外界做了24 kJ的功现潜水员背着该气瓶缓慢地潜入海底，若在此过程中，瓶中空气的质量保持不变，且放出了5 kJ的热量在上述两个过程中，空气的内能共减小_kJ，空气_(选填“吸收”或“放出”)的总热量为_kJ.(2)已知潜水员在岸上和海底吸入空气的密度分别为1.3 kg/m3和2.1 kg/m3，空气的摩尔质量为0.029 kg/mol，阿伏加德罗常数NA6.021023 mol1.若潜水员呼吸一次吸入2 L空气，试估算潜水员在海底比在岸上每呼吸一次多吸入空气的分子数(结果保留一位有效数字)A组热力学定律理解和应用1. 图3为焦耳实验装置图，用绝热性能良好的材料将容器包好，重物下落带动叶片搅拌容器里的水，引起水温升高关于这个实验，下列说法正确的是 ()A这个装置可测定热功当量B做功增加了水的热量图3C做功增加了水的内能D功和热量是完全等价的，无区别2有以下说法：A气体的温度越高，分子的平均动能越大B即使气体的温度很高，仍有一些分子的运动速率是非常小的C对物体做功不可能使物体的温度升高D如果气体分子间的相互作用力小到可以忽略不计，则气体的内能只与温度有关图4E. 一个由不导热的器壁做成的容器，被不导热的隔板分成甲、乙两室甲室中装有一定质量的温度为T的气体，乙室为真 空，如图4所示提起隔板，让甲室中的气体进入乙室若甲室中的气体的内能只与温度有关，则提起隔板后当气体重新达到平衡时，其温度仍为T.F空调机作为制冷机使用时，将热量从温度较低的室内送到温度较高的室外，所以制冷机的工作是不遵守热力学第二定律的G对于一定量的气体，当其温度降低时，速率大的分子数目减少，速率小的分子数目增加H从单一热源吸取热量使之全部变成有用的机械功是不可能的其中正确的是_B组热力学定律与理想气体组合应用3对一定质量的气体，下列说法正确的是 ()A在体积不断增大的过程中，气体一定对外界(外界不为真空)做功B在压强不断增大的过程中，外界一定对气体做功C在体积不断被压缩的过程中，内能一定增加D在与外界没有发生热量交换的过程中，内能一定不变4(1)下列关于气体的描述正确的是 ()A物体的温度越高，分子热运动越剧烈，分子平均动能越大B布朗运动就是液体分子的热运动C对一定质量的气体加热，其内能一定增加D分子间的引力和斥力同时存在(2)有一传热良好的圆柱形汽缸置于水平地面上，并用一光滑的质量为M的活塞密封一定质量的理想气体，活塞面积为S.开始时汽缸开口向上(如图5甲)，已知外界大气压强为p0，被封气体的体积为V0.求被封气体的压强；现将汽缸倒置(如图乙)，待系统重新稳定后，活塞移动的距离是多少？图5图65(1)某学习小组做了如下实验：先把空的烧瓶放入冰箱冷冻，待冷却后取出烧瓶并迅速把一个小气球紧套在烧瓶颈上，封闭了一部分气体(视为理想气体)，然后将烧瓶放进盛有热水的烧杯里，气球逐渐膨胀起来，如图6所示在气球膨胀过程中，该密闭气体组成的系统内能_(选填“增加”、“减少”或“不变”)；大气压力对气体做功为_功(选填“正”、“负”或“零”)(2)在如图7所示的汽缸中封闭着温度为100 的空气，一重物用绳索经滑轮与汽缸中活塞相连接，重物和活塞均处于平衡状态，这时活塞离汽缸底的高度为10 cm.如果汽缸内空气变为0 ，问：图7重物是上升还是下降？这时重物将从原处移动多少厘米？(设活塞与汽缸壁间无摩擦)课时规范训练(限时：45分钟)一、选择题1. 如图1所示，绝热容器中间用隔板隔开，左侧装有气体，右侧为真空，现将隔板抽掉，让左侧气体自由膨胀到右侧直至平衡，在图1此过程中 ()A气体对外界做功，温度降低，内能减少B气体对外界做功，温度不变，内能不变C气体不做功，温度不变，内能不变D气体不做功，温度不变，内能减少2密闭有空气的薄塑料瓶因降温而变扁，此过程中瓶内空气(不计分子势能) ()A内能增大，放出热量B内能减小，吸收热量C内能增大，对外界做功D内能减小，外界对其做功3如图2所示，A、B两点表示一定质量的某种理想气体的两个状态，当气体从状态A变化到状态B时 ()图2A体积必然变大B有可能经过体积减小的过程C外界必然对气体做正功D气体必然从外界吸热4以下说法中正确的是 ()A熵增加原理说明一切自然过程总是向着分子热运动的无序性减小的方向进行B在绝热条件下压缩气体，气体的内能一定增加C布朗运动是在显微镜中看到的液体分子的无规则运动D水可以浸润玻璃，但是不能浸润石蜡，这个现象表明一种液体是否浸润某种固体与这两种物质的性质都有关系5图3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，放出热量到箱体外下列说法正确的是 ()图3A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电冰箱的工作原理违反热力学第一定律6根据热力学定律和分子动理论，可知下列说法正确的是 ()A可以利用高科技手段，将流散到环境中的内能重新收集起来加以利用而不引起其他变化B理想气体状态变化时，温度升高，气体分子的平均动能增大，气体的压强可能减小C布朗运动是液体分子的运动，温度越高布朗运动越剧烈D利用浅层海水和深层海水之间的温度差可以制造一种热机，将海水的一部分内能转化为机械能，这在原理上是可行的图47. 固定的水平汽缸内由活塞B封闭着一定量的理想气体，气体分子之间的相互作用力可以忽略假设汽缸壁的导热性能很好，环境的温度保持不变若用外力F将活塞B缓慢地向右拉动，如图4所示，则在拉动活塞的过程中，关于汽缸内气体的下列结论，其中正确的是 ()A气体对外做功，气体内能不变B气体对外做功，气体内能减小C外界对气体做功，气体内能不变D气体从外界吸热，气体内能减小二、非选择题8(1)根据热力学定律和分子动理论可知，下列说法正确的是_(填入正确选项前的字母)A能量耗散说明能量不守恒B0 C的冰融化为0 C的水时，分子平均动能不变C空气压缩到一定程度很难再压缩是因为分子间存在斥力的作用D理想气体状态变化时，温度升高，气体分子的平均动能增大，气体的压强可能减小 (2)如图5所示，一定质量的理想气体，处在状态A时，温度为tA27，求：气体在状态B时的温度；图5气体从状态A等容变化到状态M，再等压变化到状态B的过程 中对外所做的功为多少焦耳(取1 atm1.0105 Pa)9(1)以下说法正确的是_A当两个分子间的距离为r0(平衡位置)时，分子势能最小B布朗运动反映了花粉小颗粒内部分子的无规则运动C一滴油酸酒精溶液体积为V，在水面上形成的单分子油膜面积为S，则油酸分子的直径dD温度、压力、电磁作用等可以改变液晶的光学性质(2)如图6所示，一直立的汽缸用一质量为m的活塞封闭一定量的理想 气体，活塞横截面积为S，汽缸内壁光滑且缸壁是导热的开始活塞被固定，打开固定螺栓K，活塞上升，经过足够长时间后，活塞停在图6B点，则活塞停在B点时缸内封闭气体的压强为_，在该过程中，缸内气体_(填“吸热”或“放热”)(设周围环境温度保持不变，已知ABh，大气压强为p0，重力加速度为g)(3)“水立方”国家游泳中心是北京为2008年夏季奥运会修建的主游泳馆水立方游泳馆有8条泳道的国际标准比赛用游泳池，游泳池长50 m、宽25 m、水深3 m设水的摩尔质量为M1.8102 kg/mol，试估算该游泳池中水分子数图710如图7所示，两个壁厚可忽略的圆形金属筒套在一起，底部到顶部的高度为20 cm，两者的横截面积相等，光滑接触且不漏气将A系于天花板上，用一块绝热板托住B，使它们内部密封的理想气体压强与外界压强相等，均为1.1105 Pa，然后缓慢松开绝热板，让B下沉，当B下沉2 cm时，停止下沉并处于静止状态不计B筒重力，求：(1)此时金属筒内气体压强； (2)若此过程中气体对外做功10 J，则气体吸热还是放热？并求其数值11(1)下列说法正确的是 ()A布朗运动虽然不是液体分子的运动，但是它可以说明分子在永不停息地做无规则运动B只要知道水的摩尔质量和水分子的质量，就可以计算出阿伏加德罗常数C在使两个分子间的距离由很远(r109 m)减小到很难再靠近的过程中，分子间作用力先减小后增大；分子势能不断增大D在温度不变的条件下，增大饱和汽的体积，就可减小饱和汽的压强图8(2)如图8所示，一圆柱形绝热汽缸竖直放置，通过绝热活塞封闭着一定质量的理想气体活塞的质量为m，横截面积为S，与容器底部相距h.现通过电热丝缓慢加热气体，当气体吸收热量Q时，活塞上升了h，此时气体的温度为T1.已知大气压强为p0，重力加速度为g，不计活塞与汽缸的摩擦求：加热过程中气体的内能增加量；现停止对气体加热，同时在活塞上缓慢添加砂粒，当添加砂粒的质量为m0时，活塞恰好回到原来的位置，求此时气体的温度复习讲义基础再现一、基础导引1.内能增加了690 J2Q2Q1知识梳理1.(1)做功做功(2)热传递热量2.(1)传递的热量做的功(2)QW二、基础导引见解析解析A不可能因为是“自动”过程，所以茶变热时的内能增量只能来源于周围环境，即周围环境中的热量会自动地收集到茶中，违背热力学第二定律，所以这是不可能发生的现象B不可能蒸汽的内能转化为机械能必定需要做功，即热蒸汽推动活塞做功这一过程中，一方面由于活塞摩擦汽缸而产生热能，另一方面热蒸汽与周围环境存在温度差，蒸汽机会向周围环境散热所以，蒸汽机把蒸汽的内能全都转化为机械能，违背热力学第二定律，是不可能的C可能浑水变清，泥沙下沉，重心下降，总的重力势能减少，最终转化为内能，而机械能百分百转化成内能是可能的D可能冰箱通电后，消耗电能，将箱内低温物体的热量传到箱外知识梳理1.(1)低温高温(2)功2热力学第二定律课堂探究例1B跟踪训练1吸收0.60.2例2BD跟踪训练2AD例3(1)B(2)不变50跟踪训练3(1)5放出29(3)31022分组训练1AC2ABEG3A4(1)AD(2)5(1)增加负(2)上升2.7 cm课时规范训练1C2D3ABD4BD5BC6BD7A8(1)BD(2)33300 J9(1)AD(2)p0吸热(3)1.31032个10(1)1105 Pa(2)吸热10 J11(1)AB(2)Q(p0Smg)h(1)T1