【精品推荐】2020版高考物理大一轮复习专题十二热学第3讲热力学定律能量守恒课件

图 12-3-3
(2)此过程中气体内能改变了多少．
解：(1)取被封闭的气体为研究的对象，开始时气体的体积 为 L1S，温度为：T1＝(273＋27) K＝300 K，
末状态的体积为：L2S， 温度为：T2＝(273＋127) K＝400 K 气体做等压变化，则：LT11S＝LT22S 代入数据得：L2＝12 cm. (2)在该过程中，气体对外做功： W＝F·ΔL＝p0S(L2－L1)＝105×50×10－4×(12－9)×10－2 J ＝15 J， 由热力学第一定律： ΔU ＝Q－W＝22 J－15 J＝7 J.
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．
【考题题组】 3．(多选，2016 年新课标Ⅰ卷)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
热量
热传递过程中 内能的改变量
功
机械能或其他 形式的能和内 能之间转化的 量度
【基础检测】
1．(多选)下列说法不. 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，其内能可能减小 D．物体吸收热量，同时对外做功，其内能可能增加 E．物体放出热量，同时对外做功，其内能可能不变 答案：ABE
【考题题组】
4．(2017 年潍坊模拟)如图 12-3-3 所示，在绝热汽缸内，有
一绝热轻活塞封闭一定质量的气体，开始时缸内气体温度为 27
℃，封闭气柱长 9 cm，活塞横截面积 S＝50 cm2. 现通过汽缸底部电阻丝给气体加热一段时间，
此过程中气体吸热 22 J，稳定后气体温度变为
127 ℃.已知大气压强等于 105 Pa，求： (1)加热后活塞到汽缸底端的距离．
答案：BDE
考点3 热力学定律与气体状态变化的综合 ⊙重点归纳 气体实验定律与热力学第一定律的结合量是气体的体积和 温度，当温度变化时，气体的内能变化，当体积变化时，气体 将伴随着做功，解题时要掌握气体变化过程的特点： (1)等温过程：理想气体内能不变，即ΔU＝0. (2)等容过程：W＝0. (3)绝热过程：Q＝0.
【考题题组】
1．(2016 年江苏淮安二模)如图 12-3-1 所示，用带孔橡皮塞 把塑料瓶口塞住，向瓶内迅速打气，在瓶塞弹出前，外界对气
体做功 15 J，橡皮塞的质量为 20 g，橡皮塞被弹出
的速度为 10 m/s，若橡皮塞增加的动能占气体对外
做功的 10%，瓶内的气体作为理想气体，则瓶内气
体的内能变化量为________J ，瓶内气体的温度
第3讲 热力学定律 能量守恒
一、热力学第一定律 1．内容：物体内能的增量ΔU 等于外界对物体做的功 W 和 物体吸收的热量 Q 的总和． 2．表达式：____Δ_U__＝__Q_＋__W______.
3．改变物体内能的两种方式的比较
方式
做功
热传递
外界对物体做功，物体的
内能 内能增加
物体吸收热量，内能增加
变化 物体对外做功，物体的内物体放出热量，内能减少
能减少
本质
其他形式的能与内能之 间的转化
不同物体间或同一物体不同部 分间内能的转移
联系
做一定量的功或传递一定量的热在改变内能的效果上是 相同的
4.温度、内能、热量、功的区别
温度 物体分子平均 动能大小的标 志，对个别分 子来说，温度 没有意义
内能
物体内所有分 子动能和分子 势能的总和
________(填“升高”或“降低”)．
图 12-3-1
解析：由题意可知，气体对外做功
W
对
外
＝
12mv2 η
＝
12×0.02×102 0.1
J＝10 J．由题意可知，向瓶内迅速打气，在整个
过程中，气体与外界没有热交换，即 Q＝0，则气体内能的变化
量 ΔU＝W＋Q＝15 J－10 J＋0＝5 J，气体内能增加，温度升高．
(1)活塞移动的距离及平衡后 B 中气体的压强． (2)活塞 C 移动过程中 B 中气体是
吸热还是放热(简要说明理由)．(假定
氧气和氢气均视为理想气体，连接汽
缸的管道体积可忽略)
图 12-3-4
解：(1)根据玻意耳定律，对 A 部分气体有 pALS＝p(L＋x)S 对 B 部分气体有 pBLS＝p(L－x)S 代入相关数据解得 x＝20 cm，p＝1.8×105 Pa. (2)活塞 C 向右移动的过程中活塞对 B 中气体做功，而气体 发生等温变化，内能不变，故 B 中气体向外界放热．
（2） 教学方程的意义，突出概念的内涵与外延。 “含有未知数”与“等式”是方程意义的两点最重要的内涵。“含有未知数”也是方程区别于其他等式的关键特征。在第1页的两道例题里，学生陆续写出了等式，也写出了不等式；写出的感知材料。教材首先告诉学生： 像x+50=150、2x=200这样含有未知数的等式叫做方程，让他们理解x+50=150、2x=200的共同特点是“含有未知数”，也是“等式”。这时，如果让学生对两道例题里写出的50+50=100、x+50＞100和x+50＜200不能称为方程的原因作出合理的解释，那么学生对方程是等式的理解会更深刻。教材接着安排讨论“等式和方程有什么关系”，并通过“练一练”第1题让学生先找出等式，再找出方
二、热力学第二定律 能量守恒定律 1．热力学第二定律 (1)克劳修斯表述：热量不能____自__动____地从低温物体传到 高温物体． (2)开尔文表述：不可能从单一热源吸收热量并把它完全用 来做功，而___不__引__起__其__他__变__化_____． (3)意义：揭示了有大量分子参与的宏观过程的方向性，是 独立于热力学第一定律的一个重要自然规律．
(4)热力学第二定律的微观实质： ①微观表述：一个孤立系统在不可逆绝热过程中的熵增量 大于零，在可逆绝热过程中的熵增量等于零． ②意义：熵值越大代表系统越无序，一切自发的宏观过程 总是沿着分子热运动状态___无__序___性增加的方向进行． 2．能量守恒定律 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 化和转移过程中其总量_保__持__不__变___．这就是能量守恒定律．
3.几种特殊情况 (1)若过程是绝热的，则 Q＝0，W＝ΔU，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 W＝0，则 Q＝ΔU，物体吸收的热 量等于物体内能的增加量． (3)若过程的初、末状态物体的内能不变，即ΔU＝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．
考点1 热力学第一定律的理解和应用
⊙重点归纳
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ΔU＝Q＋W 符号的规定
符号 ＋ －
W 外界对物体做功 物体对外界做功
Q 物体吸收热量 物体放出热量
ΔU 内能增加 内能减少
图 12-3-2
解：活塞固定时，由热力学第一定律，气体增加的内能 ΔU ＝Q1.活塞不固定时，设外界对气体做功为 W，活塞上升的高度 为 h，则
ΔU＝Q2＋W＝Q2－(p0Sh＋Gh) 联立解得 h＝Qp02S－＋QG1．
考点2 热力学第二定律的理解和应用 ⊙重点归纳 1．在热力学第二定律的表述中，“自发地”“不产生其他 影响”的含义． (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．
5．如图 12-3-4 所示，汽缸 A、B 的长度均为 60 cm，截面 积均为 40 cm2，C 是可在汽缸内无摩擦滑动的、体积不计的活 塞，D 为阀门．整个装置均由导热材料制成．原来阀门关闭， A 内有压强 pA＝2.4×105 Pa 的氧气．B 内有压强 pB＝1.2×105 Pa 的氢气．阀门打开后，活塞 C 向右移动，最后达到平衡．求：
3．两类永动机的比较
第一类永动机
第二类永动机
不消耗能量却可以源源不断 从单一热源吸热，全部用来对外
地对外做功的机器
做功而不引起其他变化的机器
不违背能量守恒定律，但违背热 违背能量守恒定律，不能实现
力学第二定律，不能实现
【基础检测】 2．(多选)根据热力学定律，下列说法中正确的是( ) 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．压缩气体总能使气体的温度升高 E．第二类永动机没有违背能量守恒定律 答案：ABE
答案：5 升高
2．(2017 年吉林实验中学一模)如图 12-3-2 所示，圆柱形容 器内用活塞封闭一定质量的理想气体，已知容器横截面积为 S， 活塞重为 G，大气压强为 p0.若活塞固定，封闭气体温度升高 1 1℃，需吸收的热量为Q1.若活塞不固定，仍使封闭气体温度升高 1 ℃，需吸收的热量为 Q2.不计一切摩擦，在活塞可自由移动时， 封闭气体温度升高 1 ℃，活塞上升的高度 h 应为多少？
解析：气体吸热，若同时对外做功，则温度有可能降低， 故 A 错误；改变气体的内能的方式有两种：做功和热传递，故 B 正确；理想气体等压膨胀过程是吸热过程，故 C 错误；根据 热力学第二定律，热量不可能自发地从低温物体传到高温物体， 故 D 正确；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一定达到热平衡，否则就不 会与第三个系统达到热平衡，故 E 正确．