（名師導(dǎo)學(xué)）2020版高考物理總復(fù)習(xí) 第十三章 第2節(jié) 熱力學(xué)定律 能量守恒定律教學(xué)案 新人教版

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1、第2節(jié)　熱力學(xué)定律　能量守恒定律 ?　　【p222】 夯實基礎(chǔ)　 1．內(nèi)能 (1)定義：物體內(nèi)所有分子的動能和勢能的總和叫做物體的內(nèi)能． (2)物體內(nèi)能的變化 ①改變內(nèi)能的兩種方式 a．做功：當(dāng)做功使物體的內(nèi)能發(fā)生改變的時候，外界對物體做了多少功，物體內(nèi)能就__增加__多少；物體對外界做了多少功，物體內(nèi)能就__減少__多少． b．熱傳遞：當(dāng)熱傳遞使物體的內(nèi)能發(fā)生改變的時候，物體吸收了多少熱量，物體內(nèi)能就__增加__多少；物體放出了多少熱量，物體內(nèi)能就__減少__多少． ②兩種改變方式間的關(guān)系 a．兩者在__改變物體的內(nèi)能__上是等效的． b．兩者的本質(zhì)區(qū)別：做功是其他形式

2、的能和物體內(nèi)能的相互__轉(zhuǎn)化__，熱傳遞是物體間內(nèi)能的__轉(zhuǎn)移__． 2．熱力學(xué)第一定律 (1)內(nèi)容：一個熱力學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)能增量等于外界向它傳遞的熱量與外界對它所做的功的和． (2)公式：ΔU＝__W＋Q__． 3．能量守恒定律 內(nèi)容：能量既不會憑空__產(chǎn)生__，也不會憑空__消失__，它只能從一種形式__轉(zhuǎn)化__為另一種形式，或者從一個物體__轉(zhuǎn)移__ 到另一個物體，在能的轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移過程中其__總量__ 不變． 考點突破　　 例1如圖容器A、B各有一個可以自由移動的輕活塞，活塞下面是水，上面是大氣，大氣壓恒定．A、B底部由帶有閥門K的管道相連，整個裝置與外界絕熱，原先，A中水面比

3、B中的高．打開閥門，使A中的水逐漸向B中流，最后達到平衡．在這個過程中(　　) A．大氣壓力對水做功，水的內(nèi)能增加 B．重力對水做功，水的內(nèi)能減少 C．大氣壓力對水不做功，水的內(nèi)能不變 D．大氣壓力對水不做功，水的內(nèi)能增加 【解析】分析大氣壓力對水是否做功：打開閥門K后，根據(jù)連通器原理，最后A、B兩管中的水面將相平，如下圖所示，即A中水面下降，B中水面上升；設(shè)A管截面積為S1，水面下降距離為h1，B管截面積為S2，水面上升距離為h2，由于水的總體積保持不變，則有S1h1＝S2h2，A管中大氣壓力對水做的功：W1＝p0S1h1，B管中大氣壓力對水做的功：W2＝－p0S2h2，大氣壓

4、力對水做的總功：W＝W1＋W2＝p0S1h1－p0S2h2＝0；即大氣壓力對水不做功；分析水的內(nèi)能是否改變：打開閥門K后，A中的水逐漸向B中流，即A中水的重力做正功，B中水的重力做負功，但從最后的效果看，是A管中高度為h1的水移至較低的B管中高度為h2的地方，如圖所示，所以在這個過程中水的重力做正功；同時，整個裝置是絕熱的，根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝Q＋W，式中Q＝0，W為正值，所以ΔU為正值，即水的內(nèi)能增加，故D正確，A、B、C錯誤；故選D. 【答案】D 【小結(jié)】1.熱力學(xué)第一定律中的符號規(guī)定及意義 物理量意義符號 W Q ΔU ＋ 外界對物體做功 物體吸收熱量 內(nèi)能增

5、加 － 物體對外界做功 物體放出熱量 內(nèi)能減小 2.溫度、內(nèi)能、熱量、功之間的區(qū)別 概念 溫度 內(nèi)能 熱量 功 含義 表示物體的冷熱程度，是物體分子平均動能大小的標(biāo)志，它是大量分子熱運動的集體表現(xiàn)，對個別分子來說沒有意義 物體內(nèi)所有分子動能和勢能的總和，它是由大量分子的熱運動和分子的相對位置所決定的能 是熱傳遞過程中內(nèi)能的改變量，熱量用來度量熱傳遞過程中內(nèi)能轉(zhuǎn)移的多少 做功過程是機械能和其他形式的能(包括內(nèi)能)之間的轉(zhuǎn)化 關(guān)系 溫度和內(nèi)能是狀態(tài)量，熱量和功則是過程量．熱傳遞的前提條件是存在溫差，傳遞的是熱量而不是溫度，實質(zhì)上是內(nèi)能的轉(zhuǎn)移 針對訓(xùn)練

6、　 1．在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓p＝1.0×105 Pa下，水在沸騰時，1 g 水由液態(tài)變成同溫度的氣態(tài)，其體積由1 cm3變?yōu)? 701 cm3.已知水的汽化熱為L＝2 264 J/g.則體積膨脹時氣體對外做的功為__170__J__；氣體吸收的熱量為__2__264__J__． 【解析】體積膨脹時氣體對外做的功為W＝pΔV＝1.0×105×(1 701－1)×10－6 J＝170 J．氣體吸收的熱量為Q＝mL＝1×2 264 J＝2 264 J. 2．(多選)某汽車后備箱內(nèi)安裝有撐起箱蓋的裝置，它主要由汽缸和活塞組成．開箱時，密閉于汽缸內(nèi)的壓縮氣體膨脹，將箱蓋頂起，如圖所示．在此過程中，若缸內(nèi)氣

7、體與外界無熱交換，忽略氣體分子間相互作用，則缸內(nèi)氣體(AD) A．對外做正功 B．對外做負功 C．分子平均動能增大 D．分子的平均動能減小 【解析】密閉于氣缸內(nèi)的氣體膨脹對外做正功，即外界對氣體做負功，因而W<0，缸內(nèi)氣體與外界無熱交換說明Q＝0，根據(jù)熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q，可知內(nèi)能增加量ΔU<0，故內(nèi)能減小，分子平均動能減小，溫度降低，故A、D正確，B、C錯誤；故選AD. 3．下列關(guān)于能量守恒定律的認識，不正確的是(D) A．某種形式的能量減少，一定存在其他形式的能量增加 B．某個物體的能量減少，必然有其他物體的能量增加 C．對物體做功，物體的內(nèi)能可能減小 D．石

8、子從空中落下，最后停止在地面上，說明機械能消失了 【解析】根據(jù)能量守恒定律得知，某種形式的能減少，其他形式的能一定增加，故A正確；某個物體的總能量減少，根據(jù)能量守恒定律得知，必然有其他物體的能量增加，故B正確；對物體做功，但若物體同時向外界放熱，物體的內(nèi)能可能減小，故C正確；石子在運動和碰撞中機械能轉(zhuǎn)化為了物體及周圍物體的內(nèi)能，能量并沒有消失；故D錯誤． ?　　【p223】 夯實基礎(chǔ)　 1．熱力學(xué)第二定律 (1)熱力學(xué)第二定律的兩種表述 表述一(按照熱傳導(dǎo)的方向性來表述)：熱量不可能自發(fā)地從__低溫__ 物體傳到__高溫__ 物體． 表述二(按照機械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化過程的方向性來表述

9、)：不可能從單一熱源吸收熱量，全部對外做功，而不產(chǎn)生__其他影響__．它也可以表述為：第二類永動機是__不可能__制成的． 這兩種表述是等效的，即可以從一種表述導(dǎo)出另一種表述． (2)熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律的關(guān)系 熱力學(xué)第一定律是和熱現(xiàn)象有關(guān)的物理過程中能量守恒的特殊表達形式，而第二定律指出了能量轉(zhuǎn)化與守恒能否實現(xiàn)的條件和過程的方向，指出了一切變化過程的自然發(fā)展是不可逆的，除非靠外界影響，所以二者既相互聯(lián)系又相互補充． (3)兩類永動機的比較 第一類永動機 第二類永動機 不需要任何動力或燃料，卻能不斷地對外做功的機器 從單一熱源吸收熱量，全部對外做功，而不產(chǎn)生其他影響的

10、機器 違背能量守恒，不可能制成 不違背能量守恒，違背熱力學(xué)第二定律，不可能制成 2.熱力學(xué)第三定律 不可能把一個物體冷卻到__絕對零度__ (__絕對零度__ 不可能達到)． 考點突破　　 例2關(guān)于熱力學(xué)第二定律，下列說法正確的是(　　) A．空調(diào)既能制熱又能制冷，說明熱傳遞不存在方向性 B．“第二類永動機”不可能制成是因為它違反了能量守恒定律 C．自然發(fā)生的熱傳遞過程是向著分子熱運動無序性增大的方向進行的 D．自然界進行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性，是不可逆的 【解析】空調(diào)既能制熱又能制冷，是消耗了電能，不是自發(fā)進行的，故A錯誤．“第二類永動機”不可能制成是因為它

11、違反了熱力學(xué)第二定律，不違反能量守恒定律，選項B錯誤；根據(jù)熵原理，自然發(fā)生的熱傳遞過程是向著分子熱運動無序性增大的方向進行的，選項C正確；根據(jù)熱力學(xué)第二定律，自然界進行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性，是不可逆的，選項D正確；故選CD. 【答案】CD 【小結(jié)】對熱力學(xué)第二定律的理解 (1)在熱力學(xué)第二定律的表述中，“自發(fā)地”“不產(chǎn)生其他影響”的涵義： ①“自發(fā)地”指明了熱傳遞等熱力學(xué)宏觀現(xiàn)象的方向性，不需要借助外界提供能量的幫助； ②“不產(chǎn)生其他影響”的涵義是發(fā)生的熱力學(xué)宏觀過程只在本系統(tǒng)內(nèi)完成，對周圍環(huán)境不產(chǎn)生熱力學(xué)方面的影響，如吸熱、放熱、做功等． (2)熱力學(xué)第二定律的實質(zhì)

12、： 熱力學(xué)第二定律的每一種表述，都揭示了大量分子參與宏觀過程的方向性，進而使人們認識到自然界中進行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性． ①高溫物體低溫物體 ②功熱 ③氣體體積V1氣體體積V2(較大) ④不同氣體A和B混合氣體AB. 針對訓(xùn)練　 4．(多選)下列有關(guān)熱學(xué)的說法中正確的是(BDE) A．氣體放出熱量，其分子的平均動能一定減小 B．氣體溫度升高，分子的平均動能一定增大 C．隨著科技的進步，物體的溫度可以降低到－300 ℃ D．熱量可以從低溫物體傳遞到高溫物體 E．不需要任何外界的動力而持續(xù)對外做功的機器——永動機不可能制成 【解析】氣體放出熱量的同時若外界對

13、物體做功，物體的內(nèi)能可能增大，則其分子的平均動能可能增大，A錯誤；溫度是分子的平均動能的標(biāo)志，物體溫度升高，分子的平均動能一定增大，B正確；－273.15 ℃是一切低溫的極限，故C錯誤；不需要任何外界的動力而持續(xù)對外做功的機器——永動機，違反了能量的轉(zhuǎn)化和守恒定律，不可能制成，E正確． 考 點 集 訓(xùn)　【p351】 A組 　　　　　　　　　　　　　　　　　　 1．(多選)關(guān)于內(nèi)能，下列說法正確的是(AB) A．氣體被壓縮時，內(nèi)能可能不變 B．一定量的某種理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān) C．內(nèi)能是物體的動能和勢能的總和 D．質(zhì)量和溫度都相同的氣體，內(nèi)能一定相同 【解析】氣體被壓

14、縮，外界對氣體做功，如果氣體對外界放熱，內(nèi)能可能不變，A正確；理想氣體的分子勢能為零，所以一定量的某種理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)，B正確；內(nèi)能是分子的動能與分子勢能之和，C錯誤；氣體的內(nèi)能由物質(zhì)的量、溫度決定，質(zhì)量和溫度都相同的氣體，內(nèi)能可能不同，D錯誤． 2．如圖所示，有兩個完全相同的銅球A和B，其中A球放在不導(dǎo)熱的水平面上，B球用不導(dǎo)熱細線掛起來，現(xiàn)供給兩球相同的熱量，它們的溫度分別升高了(B) A．ΔtA＞ΔtB B．ΔtA＜ΔtB C．ΔtA＝ΔtB D．ΔtA、ΔtB無法比較 【解析】兩球受熱后體積都要增大，A球因為放在不導(dǎo)熱的水平面上，受熱膨脹后，重心升高，重力做負

15、功，根據(jù)能量守恒定律可得，A球吸收的熱量一部分轉(zhuǎn)化為自身的內(nèi)能，使溫度升高，另一部分需克服重力做功，使重力勢能增加；對B球，同樣要受熱膨脹，膨脹時重心下降，重力做正功，同樣由能量守恒定律可得，B球吸收的熱量和重力做的功都要轉(zhuǎn)化成自身的內(nèi)能，從而使溫度升高．由以上分析可知，B球增加的內(nèi)能比A球增加的多，B球的溫度升高得多，所以ΔtA＜ΔtB.故B項正確，A、C、D三項錯誤． 3．關(guān)于能源的利用中，下列說法不正確的是(A) A．自然界的能量守恒，所以不需要節(jié)約能源 B．煤炭和石油產(chǎn)品燃燒會造成空氣污染和溫室效應(yīng) C．能量耗散表明能源的利用是有條件的，也是有代價的 D．一座城市的能量耗散使

16、其環(huán)境溫度略高于周圍農(nóng)村的溫度 【解析】能源不是能量，自然界的能量是守恒的，但是能源是有限的，故需要節(jié)約能源，A錯誤；根據(jù)能源消耗后是否造成環(huán)境污染可分為污染型能源和清潔型能源，污染型能源包括煤炭、石油等，燃燒后產(chǎn)生的大量含硫化合物和二氧化碳，會造成空氣污染和溫室效應(yīng)，B正確；能量耗散表明能源的利用是有條件的，也是有代價的，C正確；能量耗散使除內(nèi)能外的其他能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，故一座城市的能量耗散使其環(huán)境溫度略高于周圍農(nóng)村的環(huán)境溫度，D正確． 4．關(guān)于兩類永動機和熱力學(xué)的兩個定律，下列說法正確的是(D) A．第二類永動機不可能制成是因為違反了熱力學(xué)第一定律 B．第一類永動機不可能制成是因為違反

17、了熱力學(xué)第二定律 C．由熱力學(xué)第一定律可知做功不一定改變內(nèi)能，熱傳遞也不一定改變內(nèi)能，但同時做功和熱傳遞一定會改變內(nèi)能 D．由熱力學(xué)第二定律可知熱量從低溫物體傳向高溫物體是可能的，從單一熱源吸收熱量，完全變成功也是可能的 【解析】第二類永動機不違反能量守恒定律，違反了熱力學(xué)第二定律，A錯誤；第一類永動機不可能制成是因為違反了熱力學(xué)第一定律，B錯誤；改變內(nèi)能的方式有做功和熱傳遞，二者在內(nèi)能的改變上是一樣的，若對外做功的同時吸收熱量，內(nèi)能可能不變，C錯誤；由熱力學(xué)第二定律可知熱量從低溫物體傳向高溫物體是可能的，從單一熱源吸收熱量，完全變成功也是可能的，但要產(chǎn)生其他影響，D正確． 5．下列關(guān)

18、于熵的有關(guān)說法錯誤的是(C) A．熵是系統(tǒng)內(nèi)分子運動無序性的量度 B．在任何自然過程中，一個孤立系統(tǒng)的總熵不會減小 C．熱力學(xué)第二定律也叫做熵減小原理 D．熵值越大，代表系統(tǒng)內(nèi)分子運動越無序 【解析】熵是系統(tǒng)內(nèi)分子運動無序性的量度，在一個孤立的系統(tǒng)中，熵越大，系統(tǒng)的無序度越大，故A正確；根據(jù)熱力學(xué)第二定律，在自然過程中熵是不會減小的，故B正確；熱力學(xué)第二定律也叫熵增原理，故C錯誤；在一個孤立的系統(tǒng)中，熵越大，系統(tǒng)的無序度越大，故D正確；此題選擇錯誤的選項，故選C. 6．如圖所示，在上端有活塞的厚玻璃管底部，放一小塊硝化棉，用手很快地向下壓縮，管內(nèi)的硝化棉會燃燒．在下壓過程中，厚

19、玻璃管中氣體的體積減小，壓強__變大__，溫度__升高__． 【解析】壓縮玻璃筒內(nèi)的空氣，氣體的壓強變大，機械能轉(zhuǎn)化為筒內(nèi)空氣的內(nèi)能，空氣的內(nèi)能增加，溫度升高，當(dāng)達到棉花的燃點后，棉花會燃燒． 7．有下列四個物理過程： (1)鐵絲在酒精燈火焰上灼燒變熱； (2)鐵絲來回彎曲會變熱； (3)隕石進入大氣層后會逐漸變成火紅球體； (4)隕石落到地球上后逐漸變冷． 其中屬于通過做功來改變物體內(nèi)能的有__(2)和(3)__，通過熱傳遞來改變物體內(nèi)能的有__(1)和(4)__． 【解析】做功用來描述一個過程能量從一種形式轉(zhuǎn)化成另一種形式，熱傳遞是描述一個過程能量轉(zhuǎn)移了多少，沒有發(fā)生能量類

20、型的變化；所以(2)和(3)是做功改變內(nèi)能，(1)和(4)是高溫物體向低溫物體轉(zhuǎn)移內(nèi)能的過程． 8．如圖所示，氣缸內(nèi)封閉一定質(zhì)量的某種理想氣體，活塞通過滑輪和一重物連接并保持平衡，已知活塞距缸口0.2 m，活塞面積10 cm2，大氣壓強1.0×105 Pa，物重50 N，活塞質(zhì)量及一切摩擦不計，緩慢升高環(huán)境溫度，使活塞剛好升到缸口，封閉氣體吸收了60 J的熱量，則封閉氣體的壓強將__不變__(填“增加”“減小”或“不變”)，氣體內(nèi)能變化量為__50__ J. 【解析】氣缸內(nèi)氣體壓強等于大氣壓與活塞對氣體產(chǎn)生的壓強之差，大氣壓不變，活塞產(chǎn)生的壓強不變，則氣體壓強不變；活塞向上移動時，氣體

21、對外做功W＝(p0S－mg)h＝50 N×0.2 m＝10 J；氣體吸收的熱量Q＝60 J，由熱力學(xué)第一定律可知，氣體內(nèi)能的變化量ΔU＝Q－W＝60 J－10 J＝50 J. B組 9．溫室效應(yīng)嚴重威脅著人類生態(tài)環(huán)境的安全，為了減少溫室效應(yīng)造成的負面影響，有的科學(xué)家受到了啤酒在較高壓強下能夠溶解大量的二氧化碳的啟發(fā)，設(shè)想了一個辦法：可以用壓縮機將二氧化碳送入深海海底，永久儲存起來．在海底深處，壓強很大，溫度很低，海底深水肯定能夠溶解大量的二氧化碳，這樣就為溫室氣體二氧化碳找到了一個永遠的“家”．在將二氧化碳送入深海底的過程中，以下說法錯誤的是(D) A．壓縮機對二氧化碳做功，能夠使其

22、內(nèi)能增大 B．二氧化碳與海水間的熱傳遞能夠使其內(nèi)能減少 C．二氧化碳分子平均動能會減少 D．每一個二氧化碳分子的動能都會減少 【解析】用壓縮機將二氧化碳壓入海底，外界對二氧化碳氣體做正功能夠使其內(nèi)能增大，故A正確；二氧化碳氣體在深海溶解在海水中后放熱使其內(nèi)能減少，故B正確；在海底深處，壓強很大，溫度很低，故二氧化碳氣體放熱，溫度降低；分子熱運動的平均動能減小，但不是每個分子的動能都減小，故C正確，D錯誤；此題選擇錯誤的選項，故選D. 10．一氣泡從湖底上升到湖面的過程中溫度保持不變，若將氣泡內(nèi)的氣體視為理想氣體，氣泡從湖底上升到湖面的過程中，對外界做了0.6 J的功，氣泡到達湖面后，

23、溫度上升的過程中，又對外界做了0.1 J的功，同時吸收了0.3 J的熱量．求： (1)整個過程中，氣泡內(nèi)氣體內(nèi)能的增加量； (2)已知氣泡內(nèi)氣體的密度為ρ＝1.29 kg/m3，平均摩爾質(zhì)量為M＝0.29 kg/mol.阿伏加德羅常數(shù)NA＝6.02×1023 mol－1，取氣體分子的平均直徑為d＝2 ×10－10 m，若氣泡內(nèi)的氣體能完全變?yōu)橐后w，請估算液體體積與原來氣體體積的比值．(結(jié)果保留一位有效數(shù)字) 【解析】(1)水中等溫過程內(nèi)能不變，水面升溫過程 ΔU＝Q＋W＝0.3 J－0.1 J＝0.2 J (2)設(shè)氣體體積為V0，液體體積為V 氣體分子數(shù)N＝ NA，又V＝N·π·()3 則＝ 代入數(shù)據(jù)得： ＝1×10－5 - 8 -