(新课标)高考物理一轮总复习 第十三章 第三讲 热力学定律与能量守恒定律教案-人教版高三全册物理教案

热力学定律与能量守恒定律知识点热力学第一定律Ⅰ1．改变物体内能的两种方式01做功；(2)传热。

2．热力学第一定律(1)内容02热量与外界对它所做的功的和。

(2)表达式：ΔU03Q＋W。

(3)ΔU＝Q＋W中物理量正、负号的意义物理量意义W Q ΔU符号＋外界对系统做功系统04吸收热量内能05增加－系统对外界做功系统06放出热量内能07减少①若过程是绝热的，则Q＝0，W＝ΔU08内能的增加。

②若外界对系统做功为0，即W＝0，则Q＝ΔU，系统吸收的热量等于系统09内能的增加。

此处的W包含机械功、电流功等一切功。

对于不涉及其他力做功的气体的等容过程，W＝0，Q＝ΔU。

③对于理想气体，若过程是等温的，即ΔU＝0，则W＋Q＝0或W＝－Q，10外界对气体做的功等于气体放出的热量。

知识点能量守恒定律Ⅰ1．能量守恒定律的内容：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式01转化为其他形式，或者从一个物体02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，例如，机械能守恒定律具有适用条件，而能量守恒定律是无条件的，是一切自然现象都遵守的基本规律。

3．第一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。

违背03能量守恒定律，因此不可能实现。

知识点热力学第二定律Ⅰ1．克劳修斯表述01自发地从低温物体传到高温物体。

2．开尔文表述02不产生其他影响。

或表述为03第二类永动机是不可能制成的。

”3．用熵的概念表示热力学第二定律04无序方向发展，即一个孤立系统的熵05不减少的。

(熵增加原理)4．第二类永动机从单一热库吸收热量并把它全部用来对外做功，而不产生其他影响的机器。

06热力学第二定律，不可能实现。

5．能源的利用(1)07品质降低。

(2)08环境的影响。

(3)要开发新能源(如09太阳能、生物质能、风能、水能等)。

一堵点疏通1．做功和传热的实质是相同的。

第3节热力学定律与能量守恒定律一、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的功的和。

(2)表达式：ΔU＝Q＋W。

(3)正、负号法则：物理量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。

一、思考辨析(正确的画“√”,错误的画“×”)1．外界压缩气体做功20 J,气体的内能可能不变。

(√) 2．给自行车打气时,发现打气筒的温度升高,这是因为打气筒从外界吸热。

3．可以从单一热源吸收热量,使之完全变成功。

(√) 4．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。

(×) 5．自由摆动的秋千摆动幅度越来越小,能量正在消失。

(×) 6．利用河水的能量使船逆水航行的设想,符合能量守恒定律。

(√)二、走进教材1．(人教版选修3－3P61T2)(多选)下列现象中能够发生的是( )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CD[由热力学第二定律可知,一切自发进行与热现象有关的宏观过程,都具有方向性,A 错误；热机的工作效率不可能达到100%,B错误；泥沙下沉,系统的重力势能减少,没有违背热力学第二定律,C正确；冰箱通过压缩机的工作,把热量从低温物体传到高温物体,该过程消耗了电能,没有违背热力学第二定律,D正确。

第 3 讲热力学定律与能量守恒定律一、热力学第必定律1．改变物体内能的两种方式(1)做功； (2) 热传达．2．热力学第必定律(1)内容：一个热力学系统的内能增量等于外界向它传达的热量与外界对它所做功的和．(2)表达式： U＝ Q＋ W.(3)U＝ Q＋ W中正、负号法例：物理量意义W Q U 符号＋外界对物体做功物体汲取热量内能增添－物体对外界做功物体放出热量内能减少二、能量守恒定律1．内容能量既不会凭空产生，也不会凭空消逝，它只好从一种形式转变为另一种形式，或许是从一个物体转移到其余物体，在转变或转移的过程中，能量的总量保持不变．2．条件性能量守恒定律是自然界的广泛规律，某一种形式的能能否守恒是有条件的．3．第一类永动机是不行能制成的，它违反了能量守恒定律．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：热量不可以自觉地从低温物体传到高温物体．(2)开尔文表述：不行能从单调热库汲取热量，使之完整变为功，而不产生其余影响．或表述为“第二类永动机是不行能制成的．”2．用熵的观点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全部自觉过程老是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行．4．第二类永动机不行能制成的原由是违反了热力学第二定律．1．判断以下说法能否正确．(1)为了增添物体的内能，一定对物体做功或向它传达热量，做功和热传达的本质是同样的．(×)(2)绝热过程中，外界压缩气体做功20J，气体的内能可能不变． ( × )(3) 在给自行车打气时，会发现打气筒的温度高升，这是由于打气筒从外界吸热．( × )(4) 能够从单调热源汲取热量，使之完整变为功．( √ )2．必定质量的理想气体在某一过程中，外界对气体做功7.0 ×104J，气体内能减少 1.3 × 105J，则此过程 ( )A．气体从外界汲取热量 2.0 ×105JB．气体向外界放出热量 2.0 ×105JC．气体从外界汲取热量 6.0 ×104JD．气体向外界放出热量 6.0 ×104J答案 B3．木箱静止于水平川面上，此刻用一个80N 的水平推力推进木箱行进10m，木箱遇到的摩擦力为 60N，则转变为木箱与地面系统的内能U和转变为木箱的动能E k分别是( )A．＝ 200J，k ＝ 600JUEB．＝ 600J，k＝ 200JU EC．＝ 600J，k＝ 800JU ED．U＝ 800J，E k＝ 200J答案 B分析U＝ F f x＝60×10J＝600JE k＝F· x－ U＝80×10J－600J＝200J4． ( 人教版选修3－3P61 第 2 题改编 ) 以下现象中能够发生的是()A．一杯热茶在翻开杯盖后，茶会自动变得更热B．蒸汽机把蒸汽的内能所有转变为机械能C．桶中浑浊的泥水在静置一段时间后，泥沙下沉，上边的水变清，泥、水自动分别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答案CD5． ( 粤教版选修3－ 3P73 第 3 题 ) 在一个密闭隔热的房间里，有一电冰箱正在工作，假如打开电冰箱的门，过一段时间后房间的温度会()A．降低 B．不变C．高升 D．没法判断答案 C命题点一热力学第必定律与能量守恒定律1．热力学第必定律不单反应了做功和热传达这两种改变内能的过程是等效的，并且给出了内能的变化量和做功与热传达之间的定量关系．此定律是标量式，应用时功、内能、热量的单位应一致为国际单位焦耳．2．三种特别状况(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添；(2)若过程中不做功，即 W＝0，则 Q＝ U，物体汲取的热量等于物体内能的增添；(3) 若过程的初、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．例 1 (2016 ·全国Ⅲ卷· 33(1)) 对于气体的内能，以下说法正确的选项是()A．质量和温度都同样的气体，内能必定同样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D．必定量的某种理想气体的内能只与温度相关E．必定量的某种理想气体在等压膨胀过程中，内能必定增添答案CDE分析质量和温度都同样的气体，固然分子均匀动能同样，可是不一样的气体，其摩尔质量不同，即分子个数不一样，因此分子总动能不必定同样，A 错误；宏观运动和微观运动没相关系，pV因此宏观运动速度大，内能不必定大， B 错误；依据T ＝C可知，假如等温压缩，则内能不变；等压膨胀，温度增大，内能必定增大，C、 E 正确；理想气体的分子势能为零，因此一定量的某种理想气体的内能只与分子均匀动能相关，而分子均匀动能和温度相关，D正确．1．对于必定质量的理想气体，以下说法正确的选项是()A．保持气体的压强不变，改变其体积，能够实现其内能不变B．保持气体的压强不变，改变其温度，能够实现其内能不变C．若气体的温度渐渐高升，则其压强能够保持不变D．气体温度每高升1K 所汲取的热量与气体经历的过程相关E．当气体体积渐渐增大时，气体的内能必定减小答案CD分析必定质量的某种理想气体的内能只与温度相关系，温度变化则其内能必定变化， B 项错；保持气体的压强不变，改变其体积，则其温度必定改变，故内能变化， A 项错误；气体pV温度高升的同时，若其体积也渐渐变大，由理想气体状态方程T＝ C可知，则其压强能够不变， C项正确；由热力学第必定律U＝Q＋ W知，气体温度每高升 1 K 所汲取的热量Q与做功 W相关，即与气体经历的过程相关， D 选项正确；当气体做等温膨胀时，其内能不变， E项错．故C、 D 正确．2．(2015 ·北京理综· 13) 以下说法正确的选项是()A．物体放出热量，其内能必定减小B．物体对外做功，其内能必定减小C．物体汲取热量，同时对外做功，其内能可能增添D．物体放出热量，同时对外做功，其内能可能不变答案 C分析由热力学第必定律U＝ W＋ Q可知，改变物体内能的方式有两种：做功和热传达．若但 Q 未知，所之内能不必定减小， B 选项错误；物体汲取热量 Q ＞ 0，同时对外做功 W ＜ 0，W＋ Q 可正、可负、还可为 0，所之内能可能增添，故C 选项正确；物体放出热量＜0，同时Q对外做功＜ 0，因此＜ 0，即内能必定减小，D 选项错误．W U命题点二 热力学第二定律1．热力学第二定律的涵义(1) “自觉地” 指了然热传达等热力学宏观现象的方向性，不需要借助外界供给能量的帮助．(2) “不产生其余影响”的涵义是发生的热力学宏观过程只在本系统内达成，对四周环境不产生热力学方面的影响， 如吸热、放热、 做功等．在产生其余影响的条件下内能能够所有转变为机械能，如气体的等温膨胀过程．2．热力学第二定律的本质 热力学第二定律的每一种表述，都揭露了大批分子参加的宏观过程的方向性，从而令人们认识到自然界中进行的波及热现象的宏观过程都拥有方向性．3．热力学过程方向性实例热量 Q 能自觉传给(1) 高温物体?????????????低温物体．热量 Q 不可以自觉传给能自觉地完整转变为 (2) 功 ????????????热．不可以自觉地转变为能自觉膨胀到 (3) 气体体积V??????????气体体积 V ( 较大 ) ．1不可以自觉缩短到2能自觉混淆成(4) 不一样气体A 和B ??????????? 混淆气体 AB .不可以自觉分别成4．热力学第一、第二定律的比较热力学第必定律热力学第二定律它从能量守恒的角度揭露了功、 热量它指出自然界中出现的过程是有定律揭露的问题和内能改变量三者的定量关系方向性的机械能和内能的当摩擦力做功时， 机械能能够所有转 内能不行能在不惹起其余变化的转变化为内能状况下完整变为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，二者既互相独立，又互为增补，共同组成了热力学知识的两定律的关系理论基础5. 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，却能不停地对从单调热源汲取热量，使之完整变为功，设计要求外做功的机器而不产生其余影响的机器不行能制不违反能量守恒定律，违反热力学第二违反能量守恒定律成的原由定律例 2 (2016 ·全国Ⅰ卷· 33(1)) 对于热力学定律，以下说法正确的选项是()A．气体吸热后温度必定高升B．对气体做功能够改变其内能C．理想气体等压膨胀过程必定放热D．热量不行能自觉地从低温物体传到高温物体E．假如两个系统分别与状态确立的第三个系统达到热均衡，那么这两个系统相互之间也必定达到热均衡答案BDE分析气体内能的改变U＝ Q＋ W，故对气体做功可改变气体内能， B 选项正确；气体吸热为 Q，但不确立外界做功W的状况，故不可以确立气体温度变化， A 选项错误；理想气体等压pV膨胀， W<0，由理想气体状态方程T ＝C，p不变，V增大，气体温度高升，内能增大，U>0，由 U＝ Q＋ W，知 Q>0，气体必定吸热，C选项错误；由热力学第二定律，D选项正确；依据热均衡性质， E 选项正确．3．依据热力学定律，以下说法正确的选项是()A．电冰箱的工作表示，热量能够从低温物体向高温物体传达B．空调机在制冷过程中，从室内汲取的热量少于向室外放出的热量C．科技的不停进步使得人类有可能生产出从单调热源吸热所有用来对外做功而不惹起其余变化的热机D．即便没有漏气、摩擦、不用要的散热等损失，热机也不可以够把燃料产生的内能所有转变为机械能E．对能源的过分耗费使自然界的能量不停减少，形成“能源危机”答案ABD分析热量能够在外界做功的状况下从低温物体向高温物体传达，但不可以自觉进行，A正确；空调机在制冷过程中，从室内汲取的热量少于向室外放出的热量， B 正确；不行能从单调热源吸热所有用来对外做功而不惹起其余变化，故 C 错误；依据热力学第二定律，即便没有漏气、摩擦、不用要的散热等损失，热机也不可以够把燃料产生的内能所有转变为机械能，故 D 正确；对能源的过分耗费将形成“能源危机”，但自然界的总能量守恒，故 E 错误．4．对于热力学定律，以下说法正确的选项是()A．热量能够自觉地从高温物体传到低温物体B．不行能使热量从低温物体传向高温物体C．第二类永动机违犯了热力学第二定律D．气体向真空膨胀的过程是不行逆过程E．功转变为热的本质宏观过程是可逆过程答案ACD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例 3 (2016 ·全国Ⅱ卷· 33(1)) 必定量的理想气体从状态 a 开始，经历等温或等压过程ab、bc、 cd、 da 回到原状态，其pT图象如图 1 所示，此中对角线ac 的延伸线过原点O.以下判断正确的选项是 ()图 1A．气体在a、 c 两状态的体积相等B．气体在状态 a 时的内能大于它在状态 c 时的内能C ．在过程 cd 中气体向外界放出的热量大于外界对气体做的功D ．在过程 da 中气体从外界汲取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对角线 ac 的延伸线过原点 O .答案 ABEpVC分析 由理想气体状态方程 T ＝C 得， p ＝V T ，由图象可知， V a ＝ V c ，选项 A 正确；理想气体的内能只由温度决定，而a > c ，故气体在状态 a 时的内能大于在状态 c 时的内能，选项 BT T正确；由热力学第必定律U ＝Q ＋ W 知， cd 过程温度不变，内能不变，则 Q ＝－ W ，选项 C错误； da 过程温度高升，即内能增大，则汲取的热量大于对外界做的功，选项D 错误；由p a V a p b V b p c V c p d V d＝ C ，即 p a V a ＝ CT a ， p b V b ＝ CT b ， p c V c ＝ CT c ， p d V d 理想气体状态方程知： T a ＝T b＝T c ＝T d ＝CT . 设过程 bc 中压强为 p 0＝ p ＝ p ，过程 da 中压强为 p 0′＝ p ＝ p . 由外界对气体做功 Wdb cd a＝ p ·Δ V 知，过程 bc 中外界对气体做的功 W bc ＝ p 0( V b －V c ) ＝ C ( T b － T c ) ，过程 da 中气体对外界做的功 W da ＝ p 0′ ( V a － V d ) ＝ C ( T a － T d ) ， T a ＝T b ， T c ＝ T d ，故 W bc ＝W da ，选项 E 正确．例 4必定质量的理想气体被活塞关闭在汽缸内，如图2 所示水平搁置．活塞的质量m ＝220kg ，横截面积 S ＝ 100cm ，活塞可沿汽缸壁无摩擦滑动但不漏气，开始使汽缸水平搁置，活塞与汽缸底的距离 L 1＝ 12cm ，离汽缸口的距离L 2＝ 3cm.外界气温为 27℃，大气压强为 1.05× 10 Pa ，将汽缸迟缓地转到张口向上的竖直地点，待稳固后对缸内气体渐渐加热，使活塞上表面恰巧与汽缸口相平，已知g ＝ 10m/s 2，求：图 2(1) 此时气体的温度为多少？(2) 在对缸内气体加热的过程中，气体膨胀对外做功，同时汲取Q ＝ 370J 的热量，则气体增加的内能U 多大？①迟缓、稳固；②活塞上表面恰巧与汽缸口相平．答案(1)450K (2)310J分析(1)当汽缸水平搁置时， p0＝1.0×105Pa，V0＝L1S， T0＝(273＋27) K＝300 K当汽缸口向上，活塞抵达汽缸口时，活塞的受力剖析如下图，有p S＝p S＋ mg1 0则1＝mg 5Pa ＋200 5Pa 0＋＝1.0 × 10 － 2 Pa＝1.2×10p p S 10 V＝(L＋L)S1 1 2由理想气体状态方程得p0L1S p1 L1＋ L2 S0 ＝ 1T Tp1 L1＋ L2 5则 T1＝ 1.2 ×10 ×150 1 T0＝1.0 ×105×12×300 K＝450 K.p L(2)当汽缸口向上，未加热稳准时：由玻意耳定律得p L S＝p LS0 1 1则 L＝p0L1 1.0 × 105× 121 ＝ 1.2×105cm ＝ 10 cm p加热后，气体做等压变化，外界对气体做功为W＝－ p0( L1＋ L2－L) S－ mg( L1＋ L2－ L)＝－60 J依据热力学第必定律U＝ W＋ Q得U＝310 J.5.必定质量的理想气体经历了如图 3 所示的A→B→C→D→A循环，该过程每个状态视为均衡态，各状态参数如下图． A 状态的压强为1×105Pa，求：图 3(2)达成一次循环，气体与外界热互换的热量．答案(1)600 K(2) 放热 150 J分析(1) 理想气体从A状态到B状态的过程中，压强保持不变，依据盖—吕萨克定律有A BV ＝VA BT TV B代入数据解得T B＝T A＝600 KV A(2)理想气体从 A 状态到 B 状态的过程中，外界对气体做功W1＝－ p A( V B－ V A)解得 W1＝－100 J气体从 B 状态到 C状态的过程中，体积保持不变，依据查理定律有p B p C＝T B T C解得 p C＝2.5×105Pa从 C状态到 D状态的过程中，外界对气体做功W2＝p C( V B－ V A)解得 W2＝250 J一次循环过程中外界对气体所做的总功W＝ W1＋ W2＝150 J理想气体从 A 状态达成一次循环，回到A状态，始末温度不变，所之内能不变．依据热力学第必定律有U＝W＋Q解得 Q＝－150 J故达成一次循环，气体向外界放热150 J.6. 如图 4 所示，用轻质活塞在汽缸内关闭必定质量的理想气体，活塞与汽缸壁间摩擦忽视不计，开始时活塞距离汽缸底部高度H 1＝ 0.60m ，气体的温度 T 1＝ 300K ；现给汽缸迟缓加热至2＝480K ，活塞迟缓上涨到距离汽缸底部某一高度2处，此过程中缸内气体增添的内能UTH＝300J ．已知大气压强p 0＝ 1.0 ×105Pa ，活塞横截面积＝ 5.0 × 10－3m 2. 求：S图 4(1) 活塞距离汽缸底部的高度 H 2 ；(2) 此过程中缸内气体汲取的热量Q . 答案(1)0.96m(2)480JH 1S H 2S 分析 (1)气体做等压变化，依据盖—吕萨克定律得：T ＝ T120.60 mH2即 300 K ＝480 K解得 H 2＝ 0.96 m(2) 在气体膨胀的过程中，气体对外做功为：W ＝p5－0.60) ×5.0 ×10－ 30 V ＝[1.0 ×10 ×(0.96]J ＝180J依据热力学第必定律可得气体内能的变化量为U ＝－ W 0＋ Q ，得 Q ＝ U ＋ W 0＝ 480 J.题组 1 热力学第必定律的理解和应用1．在装有食品的包装袋中充入氮气，而后密封进行加压测试，测试时，对包装袋迟缓施加压力，将袋内的氮气视为理想气体，在加压测试过程中，以下说法中正确的选项是( )A ．包装袋内氮气的压强增大B ．包装袋内氮气的内能不变C ．包装袋内氮气对外做功D．包装袋内氮气放出热量E．包装袋内氮气的所有分子运动速率都保持不变答案ABD2．以下说法中正确的选项是()A．物体速度增大，则分子动能增大，内能也增大B．必定质量气体的体积增大，但既不吸热也不放热，内能减小C．同样质量的两种物体，提升同样的温度，内能的增量必定同样D．物体的内能与物体的温度和体积都相关系E．凡是与热现象相关的宏观过程都拥有方向性答案BDE分析速度增大，不会改变物体的分子的动能，故 A 错误；体积增大时，气体对外做功，不吸热也不放热时，内能减小，故 B 正确；质量同样，但物体的物质的量不一样，故温度提升相同的温度时，内能的增量不必定同样，故C错误；物体的内能取决于物体的温度和体积，故D正确；由热力学第二定律可知，凡是与热现象相关的宏观过程都拥有方向性，故 E 正确．题组 2热力学第二定律的理解3．依据你学过的热学中的相关知识，判断以下说法中正确的选项是()A．机械能能够所有转变为内能，内能也能够所有用来做功转变为机械能B．凡与热现象相关的宏观过程都拥有方向性，在热传达中，热量只好从高温物体传达给低温物体，而不可以从低温物体传达给高温物体C．只管科技不停进步，热机的效率仍不可以达到100%，制冷机却能够使温度降到－293℃D．第一类永动机违反能量守恒定律，第二类永动机不违反能量守恒定律，跟着科技的进步和发展，第二类永动机能够制造出来答案 A分析机械能能够所有转变为内能，而内能在惹起其余变化时也能够所有转变为机械能， A 正确；凡与热现象相关的宏观过程都拥有方向性，在热传达中，热量能够自觉地从高温物体传达给低温物体，也能从低温物体传达给高温物体，但一定借助外界的帮助， B 错误；只管科技不停进步，热机的效率仍不可以达到100%，制冷机也不可以使温度降到－293 ℃，只好无限靠近－ 273.15℃，C错误；第一类永动机违反能量守恒定律，第二类永动机不违反能量守恒定律，而是违反了热力学第二定律，第二类永动机不行能制造出来， D 错误．A ．第二类永动机不行能制成是由于违犯了热力学第必定律B ．第一类永动机不行能制成是由于违犯了热力学第二定律C ．由热力学第必定律可知做功不必定改变内能，热传达也不必定改变内能，但同时做功和 热传达必定会改变内能D ．由热力学第二定律可知热量从低温物体传向高温物体是可能的，从单调热源汲取热量， 完整变为功也是可能的答案D分析第一类永动机违犯能量守恒定律，第二类永动机违犯热力学第二定律，A 、B 错；由热力学第必定律可知W ≠ 0，Q ≠0，但 U ＝W ＋ Q 能够等于 0， C 错；由热力学第二定律可知D 中现象是可能的，但会惹起其余变化，D 对．题组 3热力学定律与气体实验定律的综合5．(2015 ·福建· 29(2)) 如图 1，必定质量的理想气体，由状态 a 经过 ab 过程抵达状态 b或许经过 ac 过程抵达状态 c . 设气体在状态 b 和状态 c 的温度分别为 T b 和 T c ，在过程 ab 和 ac 中汲取的热量分别为ab和ac，则 ()Q Q图 1A ．T ＞T ，Q ＞QB ．T ＞T ，Q ＜QbcabacbcabacC ． T b ＝ T c ， Q ab ＞ Q acD ． T b ＝ T c ， Q ab ＜ Q ac答案 C2 0分析 a →b 过程为等压变化，由盖－吕萨克定律得： V V baT a ＝ T b ，得T ＝ 2T ，a → c 过程为等容变化，由查理定律得： p 0 ＝2p 0ca bcTT，得 T＝ 2T ，因此T ＝T .a c由热力学第必定律， a → b ： W ab ＋ Q ab ＝ U aba → c ： W ac ＋ Q ac ＝ U ac又 W ab ＜ 0， W ac ＝ 0，U ab ＝ U ac >0，则有 Q ab ＞ Q ac ，故 C 项正确．6. 如图 2 所示，必定质量的理想气体从状态A 变化到状态，再由状态 B 变化到状态. 已知B C状态 A 的温度为 300K.图 2(1) 求气体在状态 B 的温度；(2) 由状态 B 变化到状态 C 的过程中，气体是吸热仍是放热？简要说明原由． 答案(1)1 200 K(2) 放热，原由看法析p V p V(1) 由理想气体的状态方程 A A B B分析 T A＝T B解得气体在状态 B 的温度 T B ＝ 1 200 Kp B p C(2) 由 B → C ，气体做等容变化，由查理定律得：＝T B T CT C ＝600 K气体由 B 到 C 为等容变化，不做功，但温度降低，内能减小，依据热力学第必定律，U ＝ W＋Q ，可知气体要放热．7. 如图 3 所示，体积为 V 、内壁圆滑的圆柱形导热汽缸顶部有一质量和厚度均可忽视的活塞；汽缸内密封有温度为 2.4 0、压强为 1.2的理想气体，p 0与 0 分别为大气的压强和温度． 已T p T知：气体内能 U 与温度 T 的关系为 U ＝ αT ， α 为正的常量；容器内气体的所有变化过程都是迟缓的．求：图 3(1) 汽缸内气体与大气达到均衡时的体积V 1；(2) 在活塞降落过程中，汽缸内气体放出的热量Q .答案 看法析分析 (1) 在气体由压强 p ＝ 1.2 p 0 降落到 p 0 的过程中， 气体体积不变， 温度由 T ＝ 2.4 T 0 变为1，由查理定律得： p ＝p 0，TT T 1解得 T 1＝ 2T 0在气体温度由 T 1 变为 T 0 过程中，体积由 V 减小到 V 1，气体压强不变，由盖—吕萨克定律得V V 1T 1＝T 01得 V 1＝ 2V(2) 在活塞降落过程中，活塞对气体做的功为W ＝ p 0( V － V 1)在这一过程中，气体内能的减少为U ＝α( T 1－ T 0)由热力学第必定律得，汽缸内气体放出的热量为Q ＝W ＋ U1解得 Q ＝ 2p 0V ＋ αT 0.8．如图 4 所示，一个绝热的汽缸竖直搁置，内有一个绝热且圆滑的活塞，中间有一个固定的导热性能优秀的隔板，隔板将汽缸分红两部分，分别密封着两部分理想气体A 和B .活塞的质量为 m ，横截面积为 S ，与隔板相距 h . 现经过电热丝迟缓加热气体，当A 气体汲取热量Q 时，活塞上涨了 h ，此时气体的温度为 T 1. 已知大气压强为 p 0，重力加快度为 g .图 4(1) 加热过程中，若 A 气体内能增添了U ，求 B 气体内能增添量U .12(2) 现停止对气体加热，同时在活塞上迟缓增添砂粒，当活塞恰巧回到本来的地点时 A 气体的温度为2.求此时增添砂粒的总质量.Tm22答案 (1)1T －1)( SpQ － ( mg ＋ p S ) h － U (2)( T 1 g ＋ m )分析(1) B 气体对外做的功： ＝ ＝( 0 ＋)W pShp S mg h由热力学第必定律得 U 1＋ U 2＝Q － W解得U 2＝ Q － ( mg ＋ p 0S ) h －U 1(2) 停止对气体加热后， B 气体的初状态：mg p 1＝p 0＋SV 1＝2hS ， T 1B 气体的末状态：m ＋ mgp 2＝p 0＋SV2＝hS， T2由理想气体状态方程p1V1 T1＝解得p2V2T22T2Sp0m＝(T1－1)(g ＋m)．。

第3节热力学定律与能量守恒一、热力学第一定律1。

改变物体内能的两种方式(1）做功:将其他形式的能转化为内能。

(2)热传递：物体间内能的转移。

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的功的和.（2)表达式：ΔU=Q+W。

二、热力学第二定律及微观意义1。

热力学第二定律的两种表述（1)克劳修斯表述:不可能使热量从低温物体传向高温物体而不引起其他变化。

(2）开尔文表述：不可能从单一热源吸取热量，使之完全变为有用功而不引起其他变化。

或表述为“第二类永动机不可能制成.”三、能量守恒定律和两类永动机1。

能量守恒定律能量既不会消失，也不会创生，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另一个物体,而能量的总值保持不变.2.两类永动机（1）第一类永动机：不消耗任何能量，却源源不断地对外做功的机器.违背能量守恒定律,因此不可能实现.（2)第二类永动机：从单一热源吸收热量并把它全部用来对外做功,而不引起其他变化的机器.违背热力学第二定律，不可能实现。

1。

思考判断(1)做功和热传递的实质是相同的.（×）（2）外界压缩气体做功20 J，气体的内能可能减少.（√)（3）在给自行车打气时,会发现打气筒的温度升高,这是因为外界对气体做功.(√)(4)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。

（×)(5)电冰箱将热量从低温物体向高温物体传递过程违背了热力学第二定律。

(×)(6)自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，能量正在消失.(×) 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(B)A.气体从外界吸收热量2。

0×105 JB。

气体向外界放出热量2.0×105 JC。

气体从外界吸收热量6。

0×104 JD。

气体向外界放出热量6.0×104 J解析:由热力学第一定律ΔU=Q+W得Q=ΔU—W=-1。

第三讲热力学定律与能量守恒适用学科高中物理适用年级高三适用区域全国人教版课时时长（分钟）120知识点 1.热力学第一定律2.能量守恒定律3.热力学第二定律的一种表述．4.热力学第二定律的另一种表述．5.热力学第一、第二定律的对比．教学目标一、知识与技能1.理解热力学第一定律，并掌握其表达式．2.能运用热力学第一定律解释自然界能量的转化、转移问题．3.理解能量守恒定律，知道能量守恒定律是自然界普遍遵从的基本规律．4.知道第一类永动机是不可能制成的.5.能用热力学第二定律解释自然界中的能量转化、转移及方向性问题．6.尝试运用热力学第二定律解决一些实际问题.二、过程与方法1．通过有关史实，了解热力学第一定律和能量守恒定律的发现过程．体会科学探索中的挫折和失败对科学发现的意义．2．认识热力学第一定律．理解能量守恒定律．用能量守恒观最新修正版点解释自然现象．体会能量守恒定律是最基本、最普遍的自然规律之一．3.通过自然界中热传导方向性的实例，了解热力学第二定律，并能用热力学第二定律解释第二类永动机不能制造成功的原因．三、情感、态度与价值观1.培养学生尊重科学的素养以及勇于在失败中总结教训的精神.2.培养学生学以致用，把学到的知识运用到生活实践中的探索精神．教学重点 1.热力学第一定律的定性分析和定量计算．2.能量守恒定律的理解和综合应用．3.热力学第二定律的两种不同表述．以及两种表述的物理实质．4.第二类永动机及其不能制成的原因．教学难点 1.热力学第一定律的应用．2.第一类永动机的理解．3.热力学第二定律的两种描述的理解．4.用热力学第二定律分析实际问题．教学过程一、复习预习提出问题：如图中左边为风力发电机，发出的电供给右边的电风扇，电风扇把风吹到发电机上发电，循环往复，不需要消耗其他能量风扇就可以一直工作下去．在能源短缺的现在，这是多么美好的愿望啊！同学们，这种愿望能实现吗？二、知识讲解课程引入：本节我们来学习热力学定律和能量守恒定律，这部分内容是历年高考的重点，同学们应引起足够的重视.考点/易错点1、热力学第一定律(1)热力学第一定律是研究功、热量和内能之间关系的规律．(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的功的和．②表达式：ΔU＝Q＋W.(3)对ΔU＝W＋Q的理解热力学第一定律将单纯的绝热过程和单纯的热传递过程推广到一般情况，既有做功又有热传递的过程，其中ΔU表示内能改变的数量，W表示做功的数量，Q表示外界与物体间传递的热量．(4)对公式ΔU、Q、W符号的规定W Q ΔU 符号外界对物体做功物体吸收热量内能增加正号物体对外界做功物体放出热量内能减少负号注意：一般情况下外界对物体特别是气体做功与否，需看物体的体积是否变化．1．若物体体积增大，表明物体对外界做功，W<0.2．若物体体积变小，表明外界对物体做功，W>0.考点/易错点2、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)意义①各种形式的能可以相互转化．②各种物理现象可以用能量守恒定律联系在一起．③第一类永动机a．概念：不消耗或少消耗能量却能源源不断地对外做功的机器．b．原因：违背能量守恒定律．c．结果：无一例外地归于失败．(3)某种形式的能减少，一定有其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等．(4)某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等．(5)各种形式的能在转化和转移过程中总能量守恒无需任何条件，而某种或几种形式的能的守恒是有条件的．例如，物体的机械能守恒，必须是只有重力做功．(6)能量守恒定律的发现，使人们进一步认识到，任何一部机器，只要对外做功，都要消耗能量，都只能使能量从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到其他物体，而不能无中生有地创造能量．不消耗能量，却可以源源不断地对外做功的机器(第一类永动机)是不可能制成的．在应用能量守恒定律分析问题时，应注意：1．哪种形式的能量减少，哪种形式的能量增加．2．哪个物体的能量减少，哪个物体的能量增加．考点/易错点3、热力学第二定律的一种表述(1)热传导的方向性①热量可以自发地由高温物体传给低温物体．②热量不能自发地由低温物体传给高温物体．③热传导过程是有方向性的．(2)热力学第二定律的克劳修斯表述热量不能自发地从低温物体传到高温物体．即热传导的过程具有方向性．考点/易错点4、热力学第二定律的另一种表述(1)机械能和内能转化过程具有方向性：即机械能全部转化为内能的过程是可以自发进行的，内能全部转化为机械能的过程，是不能自发进行的，要将内能全部转化为机械能，必然会引起其他影响．(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．(即机械能与内能转化具有方向性)(3)克劳修斯表述指明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，其物理本质是揭示了热传递过程是不可逆的．(4)开尔文表述中的“单一热源”指温度恒定且均匀的热源．“不引起其他变化”是指唯一效果是热量全部转变为功而外界及系统都不发生任何变化．其物理实质揭示了热变功过程是不可逆的．(5)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一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性，都是不可逆的．注意：1．在可以引起其他影响的情况下，热量可以从低温物体传到高温物体，如空调、冰箱等．2．分析热力学第二定律的应用问题时都不能忽视“自发性”和“不引起其他变化”的物理意义．考点/易错点5、热力学第一、第二定律的对比1．热力学第一定律是能量守恒定律在热学中的一种表述形式，是从能的角度揭示不同物质运动形式相互转化的可能性．告诫人们：第一类永动机不可能制成．2．热力学第二定律揭示了大量分子参与的宏观过程的方向性．如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而不引起其他变化，进一步揭示了各种有关热的物理过程都具有方向性．告诫人们：第二类永动机不可能制成．三、例题精析【例题1】【题干】如图所示，一内壁光滑的气缸固定于水平地面上，在距气缸底部L=54cm 处有一固定于气缸上的卡环，活塞与气缸底部之间封闭着一定质量的理想气体，活塞在图示位置时封闭气体的温度t 1=267℃，压强p 1=1．5atm ．设大气压强ρ0恒为1atm ，气缸导热性能良好，不计活塞的厚度．由于气缸缓慢放热，活塞最终会左移到某一位置而平衡．求活塞刚要离开卡环处时封闭气体的温度；②封闭气体温度下降到t 3=27℃时活塞与气缸底部之间的距离。