2019年高考物理一轮复习 第十三章 热学 第3讲 热力学定律与能量守恒定律课件
(1)活塞距离汽缸底部的高度H2； 答案 0.96 m
解析
气体做等压变化： HT11S＝HT22S 即03.0600 Km＝48H02K
解得H2＝0.96 m
35
(2)此过程中缸内气体吸收的热量Q. 答案 480 J 解析 在气体膨胀的过程中， 气体对外做功为：
W0＝p0ΔV＝[1.0×105×(0.96－0.60)×5.0×10－3] J＝180 J 根据热力学第一定律可得气体内能的变化量为 ΔU＝－W0＋Q 得Q＝ΔU＋W0＝480 J.
分析 解析
30
题组阶梯突破 5. 一 定 质 量 的 理 想 气 体 经 历 了 如 图 所 示 的 A→B→C→D→A循环，该过程每个状态视为平 衡 态 ， 各 状 态 参 数 如 图 所 示 .A 状 态 的 压 强 为 1×105 Pa，求： (1)B状态的温度； 答案 600 K 解析 A到B的过程中，压强保持不变， VTAA＝VTBB
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
违背热力学第二定律
√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
总能量守恒
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”
25
4.关于热力学定律，下列说法正确的是 答案
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.
能量守恒定律
3.第一类永动机是不可能制成的，它违背了
. 6
三、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 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.” 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 减小 . 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 无序性 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 热力学第二定律 .
10
4.(人教版选修3－3P61第2题改编)下列现象中能够发生的是 答案 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
11
5.(粤教版选修3－3P73第3题)在一个密闭隔热的房间里，有一电冰箱正
14
【例1】 (2016·全国Ⅲ卷·33(1))关于气体的内能，下列说法正确的是
A.质量和温度都相同的气体，内能一定相同 分子可能个数不同 B.气体温度不变，整体运动速度越大，其内能越大
√C.气体被压缩时，内能可能不变
宏观运动和微观运动没有关系
√D.一定量的某种理想气体的内能只与温度有关
√E.一定量的某种理想气体在等压膨胀过程中，内能一定增加
√A.热量能够自发地从高温物体传到低温物体
B.不可能使热量从低温物体传向高温物体
√C.第二类永动机违反了热力学第二定律 √D.气体向真空膨胀的过程是不可逆过程
E.功转变为热的实际宏观过程是可逆过程
26
4
命题点三
热力学定律与气体实验定律的综合
解决热力学定律与气体实验定律的综合问题的基本思路
28
【例3】 (2016·全国Ⅱ卷·33(1))一定量的理想气体从状态
答案 解析
根据 pV ＝C可知，如果等温压缩，则内能不变；等压膨胀，温度增大， T
内能一定增大.
15
题组阶梯突破 1.对于一定质量的理想气体，下列说法正确的是 答案 解析 A.保持气体的压强不变，改变其体积，可以实现其内能不变 B.保持气体的压强不变，改变其温度，可以实现其内能不变
√C.若气体的温度逐渐升高，则其压强可以保持不变 √D.气体温度每升高1 K所吸收的热量与气体经历的过程有关
第十三章 热学
第3讲 热力学定律与能量守恒定律
1
内容索引
基础 知识梳理
命题点一
热力学第一定律与 能量守恒定律
命题点二
热力学第二定律
命题点三
热力学定律与 气体实验定律的综合
课时作业
1
基础知识梳理
一、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 对它所做功的和. (2)表达式：ΔU＝ Q＋W .
3
命题点二
热力学第二定律
1.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.在产 生其他影响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. 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的宏观过程的方 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
代入数据解得TB＝ VVBATA ＝600 K
33
(2)完成一次循环，气体与外界热交换的热量. 答案 放热150 J 解析
A到B的过程中，W1＝－pA(VB－VA)解得W1＝－100 J B到C的过程中，体积保持不变， TpBB＝TpCC 解得pC＝2.5×105 Pa C到D的过程中，W2＝pC(VB－VA)解得W2＝250 J W＝W1＋W2＝150 J 理想气体从A状态完成一次循环，回到A状态，始末温度不变， 所以内能不变. ΔU＝W＋Q解得Q＝－150 J 故完成一次循环，气体向外界放热150 J.
T升高
D.在过程da中气体从外界吸收的热量小于气体对外界做的功
√E.在过程bc中外界对气体做的功等于在过程da中气体对外界做的功
大于 29
【例4】 一定质量的理想气体被活塞封闭在汽缸内，如图所示水平放置.活
塞的质量m＝20 kg，横截面积S＝100 cm2，活塞可沿汽缸壁无摩擦滑动但
不漏气，开始使汽缸水平放置，活塞与汽缸底的距离L1＝12 cm，离汽缸口
36
在工作，如果打开电冰箱的门，过一段时间后房间的温度会 答案
A.降低
B.不变
√C.升高
D.无法判断
12
Байду номын сангаас
2
命题点一
热力学第一定律与能量守恒定律
1.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. 2.三种特殊情况 (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； (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； (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.
E.当气体体积逐渐增大时，气体的内能一定减小
16
2.(2015·北京理综·13)下列说法正确的是 答案 解析 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，同时对外做功，其内能可能增加
D.物体放出热量，同时对外做功，其内能可能不变
由ΔU＝W＋Q可知， A、B选项：内能改变有两种方式，所以内能不一定减小； C选项：吸热Q＞0，同时对外做功W＜0，W＋Q可正、可负、还可为0，所 以内能可能增加； D选项：放热Q＜0，同时对外做功W＜0，所以ΔU＜0，即内能一定减小18。
两定律的关系
识的理论基础
22
5.两类永动机的比较
第一类永动机
第二类永动机
设计要求
从单一热源吸收热量，使之完全 不需要任何动力或燃料，却
变成功，而不产生其他影响的机 能不断地对外做功的机器
器
不可能制成的 原因
违背能量守恒定律
不违背能量守恒定律，违背热力 学第二定律
23
【例2】 (2016·全国Ⅰ卷·33(1))关于热力学定律，下列说法正确的是 答案 A.气体吸热后温度一定升高
的距离L2＝3
cm.外界气温为27
℃，大气压强为1.0×105
Pa，将汽缸缓慢地
题眼①
转到开口向上的竖直位置，待稳定后对缸内气体逐渐加
热，使活塞上表面刚好与汽缸口相平，已知g＝10 m/s2，
题眼②
求：(1)此时气体的温度为多少？ 答案 450 K
(2)在对缸内气体加热的过程中，气体膨胀对外做功，
同时吸收Q＝370 J的热量，则气体增加的内能ΔU多大？ 答案 310 J
热力学第二定律
定律揭示的 问题
它从能量守恒的角度揭示了功、 热量和内能改变量三者的定量关 系
它指出自然界中出现的过程是有 方向性的
机械能和内能的 当摩擦力做功时，机械能可以全 内能不可能在不引起其他变化的
转化
部转化为内能
情况下完全变成机械能
表述形式
只有一种表述形式
有多种表述形式
在热力学中，两者既相互独立，又互为补充，共同构成了热力学知
8
2.一定质量的理想气体在某一过程中，外界对气体做功7.0×104 J，气体 内能减少1.3×105 J，则此过程 答案 A.气体从外界吸收热量2.0×105 J
√B.气体向外界放出热量2.0×105 J
C.气体从外界吸收热量6.0×104 J D.气体向外界放出热量6.0×104 J
9
3.木箱静止于水平地面上，现在用一个80 N的水平推力推动木箱前进10
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高考物理(人教版)一轮课件：选修3-3 热学 第3讲 热力学定律与能量守恒
表示物体的冷热程度，是物体分 子平均动能大小的标志，它是大 量分子热运动的集体表现，对个 别分子来说，温度没有意义
物体内所有分子动能和势能的总 内能 和，它是由大量分子的热运动和 （热能） 分子的相对位置所决定的能
状 态 量
含
义
特 点
热
量
是热传递过程中内能的改变量， 热量用来量度热传递过程中内能 转移的多少 做功过程是机械能或其他形式的 过
（4）做成一条船利用河水的能量逆水航行的设想，符合能量 守恒定律。( ) （5）热机中，燃气的内能可以全部变为机械能而不引起其他 变化。( ) 分析:做功和热传递在改变物体内能上是等效的，但本质不同， 做功是将其他形式的能转化为内能或将内能转化为其他形式的 能；热传递是将一个物体的内能转移到另一个物体,（1）错。
普遍规律
知识点 3 热力学第二定律 Ⅰ 1.热力学第二定律的三种表述 （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 自发地 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_____。
如果物体吸收热量的同时又对外做功，且吸收的 热量与对外做的功在数值上相等，此时物体的内能不发生变 化，（2）对。给自行车轮胎打气时，人要不断地把空气压入
轮胎内，其实是通过压缩不停地对气体做功，使气体的内能增
大，气体及打气筒的温度也随之升高，（3）错。让船先静止在 水中，设计一台水力发电机使船获得足够的电能，然后把电能 转化为船的动能可使船逆水航行，（4）对。根据热力学第二定 律可知，机械能可全部变为内能，而内能不可能全部变为机械 能而不引起其他变化，（5）错。
2019届高考物理新人教版一轮复习课件：第13章 第3讲 热力学定律与能量守恒定律
(6)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．( √ ) (7)一定量 100 ℃的水变成 100 ℃的水蒸气，其分子之间的势能 增加．( √ )
[高频考点•分类突破]
核心要点突破
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)若过程的始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．
答案：BDE
2 ． [ 能量守恒定律的理解 ] ( )
下面设想符合能量守恒定律的是
A．利用永久磁铁间的作用力，造一台永远转动的机械 B．做一条船，利用流水的能量逆水行舟 C．通过太阳照射飞机，即使飞机不带燃料也能飞行 D．利用核动力驾驶地球离开太阳系 E．有一种全自动机械手表，既不需要上发条，也不用任何电 池，却能一直走下去，即使长时间放置，它也不会停下来
转化为另一种形式，或者是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． 3．第一类永动机是不可能制成的，它违背了能量守恒定律 ．
三、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： 不可能从单一热源吸收热量， 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”． 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 减小．
高考物理大一轮复习第13章热学第3节热力学定律与能量
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
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．
解析：选 B.根据热力学第一定律，W＋Q＝ΔU，所以 Q＝ΔU －W＝－1.3×105 J－7.0×104 J＝－2.0×105 J，即气体向外界放 出热量 2.0×105 J，B 正确．
3．如图所示，一定质量的理想气体由状态 a 沿 a→b→c 变化 到状态 c 时，吸收了 340 J 的热量，并对外做功 120 J．若该气体 由状态 a 沿 a→d→c 变化到状态 c 时，对外做功 40 J，则这一过 程中气体______(填“吸收”或“放出”)______ J 热量．
－3
m2，大气压强 p0＝1.0×105 Pa.)
解析：(1)设活塞缓慢上升到距离汽缸底部 h2＝0.8 m 处时， 汽缸内气体的温度为 t.此过程为等压过程．由盖—吕萨克定律可 h1S h2S 得 ＝ 代入数据可解得 t＝207 ℃，所以，此过程中气 300 K 273 K＋t 体温度的变化量 Δt＝180 ℃.
答案：吸收
260
4．如图所示，一竖直放置、内壁光滑的汽缸内用不计质量的 活塞封闭有一定质量的理想气体，开始时活塞距汽缸底部的高度 为 h1＝0.5 m， 给汽缸加热， 活塞缓慢上升到距离汽缸底部 h2＝0.8 m 处．
高考物理大一轮复习 第3讲 热力学定律与能量守恒课件(选修3-3)
(单选)某一密闭容器中密封着一 定质量的某种实际气体，气体分子间的相互作用力表现为引 力．关于实际气体的下列说法正确的是( )
A．在完全失重的情况下，密闭容器内的气体对器壁的顶 部没有作用力
B．若气体膨胀对外界做功，则分子势能一定增加 C．若气体被压缩，外界对气体做功，则气体内能一定增 加 D．若气体从外界吸收的热量等于膨胀对外界做的功，则 气体分子的动能一定不变
符号
W
Q
ΔU
＋ 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)若过程的始、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．
5．(单选)关于对永动机的认识，下列说法正确的是( ) A．第一类永动机和第二类永动机都违背了能量守恒定 律，所以都不可能制成 B．第一类永动机违背了能量守恒定律，第二类永动机没 有违背能量守恒定律，因此，随着科学技术的迅猛发展，第二 类永动机是可以制成的 C．第一类永动机违反了能量守恒定律，第二类永动机违 反了热力学第二定律，这两类永动机都不可能制成 D．两类永动机的实质和工作原理是相同的，都是人们的 美好设想，是永远不会实现的
【答案】C 【解析】第一类永动机违反了能量守恒定律，不可能制 成；第二类永动机违反了热力学第二定律，也不可能制成．
对热力学第一定律的理解与应用
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．
高考物理一轮复习 3.3 热力学定律与能量守恒课件 新人教版选修33
号．对于理想气体，W 的正负取决于体积的变化，ΔU 的正负
取决于温度的变化．
2．公式 ΔU＝W＋Q 的符号法则如下表：
正值
负值
ΔU 内能增加
内能减少
Q 吸收热量
放出热量
W 外界对系统做功 系统对外界做功
第十页，共40页。
例 1.[2013·江苏卷]
如图所示，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)．这就是著 名的“卡诺循环\”．
第四页，共40页。
二、热力学第二定律 1．热力学第二定律的表述 (1)按照热传递的方向性表述：热量不能自发地从低温物 体传到高温物体． (2)按照机械能与内能转化的方向性表述：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． (3)用熵的概念表述：在任何自然过程中，一个孤立系统 的总熵不会减小． 2．热力学第二定律使人们认识到：自然界中进行的涉及 到热现象的宏观过程都具有方向性，揭示了大量分子参与的宏 观过程具有不可逆性．
第三页，共40页。
2．热力学第一定律 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．即当外界既对系统做功又对系统传热 时，系统的内能增量 ΔU＝W＋Q. 3．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 化或转移的过程中，能量的总量保持不变．
第二十五页，共40页。
(1)求恒温槽的温度． (2)此过程 A 内气体内能________(填“增大”或“减 小”)，气体不对外做功，气体将________(填“吸热”或“放 热”)．
高考物理一轮复习 第3讲 热力学定律与能量守恒课件 新课标选修33
教室内用截面积为0.2 m2的绝热活塞，将一定质量的理想气体封闭在圆柱汽缸内，活塞与汽缸之间无摩擦．a状态是汽缸放在冰水混合物中气体达到的平衡状态，活塞离汽缸底部的高度为0.6 m；b状态是汽缸从容器中移出后达到的平衡状态，活塞离汽缸底部的高度为0.65 m．设室内大气压强始终保持1.0×105 Pa，忽略活塞质量．
解析 分析题意得：车胎在阳光下暴晒，爆裂前内能增加，气体的温度升高，分子无规则热运动加剧，气体压强变大，所以选项B和C是正确的，易知选项A是错误的．当车胎突然爆裂的瞬间，气体膨胀对外做功，温度也会有所下降，所以气体内能减少，选项D正确． 答案 A
2．(2010·重庆)给旱区送水的消防车停于水平地面上，在缓慢放水过程中，若车胎不漏气，胎内气体温度不变，不计分子间势能，则胎内气体( )． A．从外界吸热 B．对外界做负功 C．分子平均动能减小 D．内能增加 解析 胎内气体经历了一个温度不变、压强减小、体积增大的过程．温度不变，分子平均动能和内能不变．体积增大气体对外界做正功．根据热力学第一定律，气体一定从外界吸热．A正确． 答案 A
2．一定量气体，吸热200 J，内能减少20 J，下列说法中正确的是( )． A．气体对外做功180 J B．气体对外做功220 J C．外界对气体做功180 J D．外界对气体做功220 J 解析 根据ΔU＝Q＋W，Q＝200 J，ΔU＝－20 J．所以W＝－220 J，即对外做功220 J，B项正确． 答案 B
解析 (1)由热力学第一定律可得 ΔU＝W＋Q＝－120 J＋280 J＝160 J 气体的内能增加了160 J. (2)由于气体的内能仅与状态有关，所以气体从②状态回到①状态的过程中内能的变化应等于从①状态到②状态的过程中内能的变化，则从②状态到①状态的内能应减少160 J 即ΔU′＝－160 J，又Q′＝－240 J，根据热力学第一定律得：ΔU′＝W′＋Q′， 所以W′＝ΔU′－Q′＝－160 J－(－240 J)＝80 J，即外界对气体做功80 J. 答案 (1)增加了160 J (2)外界对气体做功 80 J
解析 分析题意得：车胎在阳光下暴晒，爆裂前内能增加，气体的温度升高，分子无规则热运动加剧，气体压强变大，所以选项B和C是正确的，易知选项A是错误的．当车胎突然爆裂的瞬间，气体膨胀对外做功，温度也会有所下降，所以气体内能减少，选项D正确． 答案 A
2．(2010·重庆)给旱区送水的消防车停于水平地面上，在缓慢放水过程中，若车胎不漏气，胎内气体温度不变，不计分子间势能，则胎内气体( )． A．从外界吸热 B．对外界做负功 C．分子平均动能减小 D．内能增加 解析 胎内气体经历了一个温度不变、压强减小、体积增大的过程．温度不变，分子平均动能和内能不变．体积增大气体对外界做正功．根据热力学第一定律，气体一定从外界吸热．A正确． 答案 A
2．一定量气体，吸热200 J，内能减少20 J，下列说法中正确的是( )． A．气体对外做功180 J B．气体对外做功220 J C．外界对气体做功180 J D．外界对气体做功220 J 解析 根据ΔU＝Q＋W，Q＝200 J，ΔU＝－20 J．所以W＝－220 J，即对外做功220 J，B项正确． 答案 B
解析 (1)由热力学第一定律可得 ΔU＝W＋Q＝－120 J＋280 J＝160 J 气体的内能增加了160 J. (2)由于气体的内能仅与状态有关，所以气体从②状态回到①状态的过程中内能的变化应等于从①状态到②状态的过程中内能的变化，则从②状态到①状态的内能应减少160 J 即ΔU′＝－160 J，又Q′＝－240 J，根据热力学第一定律得：ΔU′＝W′＋Q′， 所以W′＝ΔU′－Q′＝－160 J－(－240 J)＝80 J，即外界对气体做功80 J. 答案 (1)增加了160 J (2)外界对气体做功 80 J