高三物理 第一轮复习 热学-讲义

高三物理第一轮复习：热力学定律鲁教版【本讲教育信息】一、教学内容：热力学定律本章的知识点：（一）热力学第一定律1、热力学第一定律（1）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。

这个关系叫做热力学第一定律。

其数学表达式为：ΔU=W+Q（3）热力学第一定律说明了做功和热传递是系统内能改变的量度，没有做功和热传递就不可能实现能量的转化或转移，同时也进一步揭示了能量守恒定律。

（4）应用热力学第一定律解题的一般步骤：①根据符号法则写出各已知量（W、Q、ΔU）的正、负；②根据方程ΔU=W+Q求出未知量；③再根据未知量结果的正、负来确定吸热、放热情况或做功情况。

2、第一类永动机不可能制成任何机器运动时只能将能量从一种形式转化为另一种形式，而不可能无中生有地创造能量，即第一类永动机是不可能制造出来的。

（二）能量守恒定律（1）自然界存在着多种不同形式的运动，每种运动对应着一种形式的能量。

如机械运动对应机械能；分子热运动对应内能；电磁运动对应电磁能。

（2）不同形式的能量之间可以相互转化。

摩擦可以将机械能转化为内能；炽热电灯发光可以将电能转化为光能。

（3）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其总量不变。

这就是能量守恒定律。

（4）热力学第一定律、机械能守恒定律都是能量守恒定律的具体体现。

（5）能量守恒定律适用于任何物理现象和物理过程。

（6）能量守恒定律的重要意义第一，能量守恒定律是支配整个自然界运动、发展、变化的普遍规律，学习这个定律，不能满足于一般性的理解其内容，更重要的是，从能量形式的多样化及其相互联系，互相转化的事实出发去认识物质世界的多样性及其普遍联系，并切实树立能量既不会凭空产生，也不会凭空消失的观点，作为以后学习和生产实践中处理一切实际问题的基本指导思想之一。

第二，宣告了第一类永动机的失败。

（三）热力学第二定律1、可逆与不可逆过程（1）热传导的方向性热传导的过程可以自发地由高温物体向低温物体进行，但相反方向却不能自发地进行，即热传导具有方向性，是一个不可逆过程。

第三节热力学定律与能量守恒【基础梳理】提示：传递的热量所做的功W＋Q转化转移转化转移E2ΔE减低温高温【自我诊断】判一判(1)物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变．()(2)做功改变物体内能的过程是内能与其他形式的能相互转化的过程．()(3)自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，说明能量正在消失．()提示：(1)√(2)√(3)×做一做关于热力学定律，下列说法正确的是()A．为了增加物体的内能，必须对物体做功或向它传递热量B．对某物体做功，必定会使该物体的内能增加C．可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功D．不可能使热量从低温物体传向高温物体E．功转变为热的实际宏观过程是不可逆过程提示：选ACE.内能的改变可以通过做功或热传递进行，故A正确；对某物体做功，物体的内能不一定增加，B错误；在引起其他变化的情况下，可以从单一热源吸收热量，将其全部变为功，C正确；在有外界影响的情况下，可以使热量从低温物体传向高温物体，D错误；涉及热现象的宏观过程都具有方向性，故E正确．热力学第一定律【知识提炼】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4.温度、内能、热量、功的比较如图所示，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”．(1)该循环过程中，下列说法正确的是________．A．A→B过程中，外界对气体做功B．B→C过程中，气体分子的平均动能增大C．C→D过程中，单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多D．D→A过程中，气体分子的速率分布曲线不发生变化(2)该循环过程中，内能减小的过程是________(选填“A→B”“B→C”“C→D”或“D→A”)．若气体在A→B过程中吸收63 kJ的热量，在C→D过程中放出38 kJ的热量，则气体完成一次循环对外做的功为________kJ.[解析](1)在A→B的过程中，气体体积增大，故气体对外界做功，选项A错误；B→C 的过程中，气体对外界做功，W＜0，且为绝热过程，Q＝0，根据ΔU＝Q＋W，知ΔU＜0，即气体内能减小，温度降低，气体分子的平均动能减小，选项B错误；C→D的过程中，气体体积减小，单位体积内的分子数增多，故单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多，选项C正确；D→A的过程为绝热压缩，故Q＝0，W＞0，根据ΔU＝Q＋W，ΔU＞0，即气体的内能增加，温度升高，所以气体分子的速率分布曲线发生变化，选项D错误．(2)从A→B、C→D的过程中气体做等温变化，理想气体的内能不变，内能减小的过程是B→C，内能增大的过程是D→A.气体完成一次循环时，内能变化ΔU＝0，热传递的热量Q＝Q1－Q2＝(63－38)kJ＝25 kJ，根据ΔU＝Q＋W，得W＝－Q＝－25 kJ，即气体对外做功25 kJ.[答案](1)C(2)B→C25【迁移题组】迁移1改变内能的两种方式1．(2016·高考全国卷Ⅰ)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解析：选BDE.根据热力学第一定律，气体吸热的同时若对外做功，则内能不一定增大，温度不一定升高，选项A错误；对气体做功可以改变其内能，选项B正确；理想气体等压膨胀过程，对外做功，由理想气体状态方程可知，气体温度升高，内能增大，故气体一定吸热，选项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，选项D正确；根据热平衡定律，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，选项E正确．迁移2气体内能的变化判断2．某驾驶员发现中午时车胎内的气压高于清晨时的，且车胎体积增大．若这段时间胎内气体质量不变且可视为理想气体，那么()A．外界对胎内气体做功，气体内能减小B．外界对胎内气体做功，气体内能增大C．胎内气体对外界做功，内能减小D．胎内气体对外界做功，内能增大解析：选D.中午，车胎内气体温度升高，内能增大，车胎体积增大，气体对外做功．选项D正确．迁移3气态方程与热力学第一定律的综合应用3．(2017·高考全国卷Ⅲ) 如图，一定质量的理想气体从状态a出发，经过等容过程ab 到达状态b，再经过等温过程bc到达状态c，最后经等压过程ca回到初态a.下列说法正确的是()A．在过程ab中气体的内能增加B．在过程ca中外界对气体做功C．在过程ab中气体对外界做功D．在过程bc中气体从外界吸收热量E．在过程ca中气体从外界吸收热量解析：选ABD.ab过程，气体压强增大，体积不变，则温度升高，内能增加，A项正确；ab过程发生等容变化，气体对外界不做功，C项错误；一定质量的理想气体内能仅由温度决定，bc过程发生等温变化，内能不变，bc过程，气体体积增大，气体对外界做正功，根据热力学第一定律可知气体从外界吸热，D项正确；ca过程发生等压变化，气体体积减小，外界对气体做正功，B项正确；ca过程，气体温度降低，内能减小，外界对气体做正功，根据热力学第一定律可知气体向外界放热，E项错误．热力学第二定律【知识提炼】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．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也可以全部转化为机械能，如气体的等温膨胀过程．【跟进题组】1．下列关于热现象的描述不正确的是()A．根据热力学定律，热机的效率不可能达到100%B．做功和热传递都是通过能量转化的方式改变系统内能的C．温度是描述热运动的物理量，一个系统与另一个系统达到热平衡时两系统温度相同D．物体由大量分子组成，其单个分子的运动是无规则的，大量分子的运动也是无规则的E．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，所以制冷机的工作不遵守热力学第二定律解析：选BDE.根据热力学第二定律可知，热机不可能从单一热源吸收热量全部用来做功而不引起其他变化，因此，热机的效率不可能达到100%，选项A正确；做功是通过能量转化改变系统的内能，热传递是通过能量的转移改变系统的内能，选项B错误；温度是表示热运动的物理量，热传递过程中达到热平衡时，温度相同，选项C正确；单个分子的运动是无规则的，大量分子的运动表现出统计规律，选项D错误；由热力学第二定律知，热量不可能从低温物体传到高温物体而不产生其他影响，空调机作为制冷机使用时，消耗电能，将热量从温度较低的室内送到温度较高的室外，选项E错误．2．以下现象不违背热力学第二定律的有()A．一杯热茶在打开盖后，茶会自动变凉B．没有漏气、没有摩擦的理想热机，其效率可能是100%C．桶中浑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．热量自发地从低温物体传到高温物体E．在地面上运动的物体逐渐停下来，机械能全部变为内能解析：选ACE.热茶自动变凉是热从高温物体传递到低温物体，A正确；任何热机效率都不可能达到100%，B错误；泥水分离是机械能(重力势能)向内能的转化，C正确；热量不能自发地从低温物体传到高温物体，D错误；物体因摩擦力而停下来，是机械能(动能)向内能的转化，是自发过程，E正确．(建议用时：40分钟)一、选择题1．根据你学过的热学中的有关知识，判断下列说法中正确的是()A．机械能可以全部转化为内能B．凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，在热传递中，热量只能从高温物体传递给低温物体，而不能从低温物体传递给高温物体C．制冷机在制冷过程中，从室内吸收的热量少于向室外放出的热量D．第一类永动机违背能量守恒定律，第二类永动机不违背能量守恒定律，随着科技的进步和发展，第二类永动机可以制造出来解析：选AC.机械能可以全部转化为内能，而内能在引起其他变化时也可以全部转化为机械能，A正确；凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，在热传递中，热量可以自发地从高温物体传递给低温物体，也能从低温物体传递给高温物体，但必须借助外界的帮助，B错误；由能量守恒知，制冷过程中，从室内吸收的热量与压缩机做的功之和等于向室外放出的热量，故C正确；第一类永动机违背能量守恒定律，第二类永动机不违背能量守恒定律，而是违背了热力学第二定律，第二类永动机不可能制造出来，D错误．2．重庆出租车常以天然气作为燃料，加气站储气罐中天然气的温度随气温升高的过程中，若储气罐内气体体积及质量均不变，则罐内气体(可视为理想气体)() A．压强增大，内能减小B．吸收热量，内能增大C．压强减小，分子平均动能增大D．对外做功，分子平均动能减小解析：选B.储气罐内气体体积及质量均不变，温度升高，气体从外界吸收热量，分子平均动能增大，内能增大，压强变大．因气体体积不变，故外界对气体不做功，只有B正确．3．景颇族的祖先发明的点火器如图所示，用牛角做套筒，木制推杆前端粘着艾绒．猛推推杆，艾绒即可点燃．对筒内封闭的气体，在此压缩过程中()A．气体温度升高，压强不变B．气体温度升高，压强变大C．外界对气体做正功，气体内能增加D．外界对气体做正功，气体内能减少E．艾绒燃烧，放出热量，气体内能增加解析：选BCE.压缩气体时，外界对气体做功，内能增加，温度升高，体积变小，压强增大，所以B、C正确，A、D错误，气体吸收艾绒放出的热量，内能增加，E正确．4．下列说法中正确的是()A．悬浮在液体中的固体颗粒越小，布朗运动就越明显B．用气筒给自行车打气，越打越费劲，说明气体分子之间的分子力表现为斥力C．当分子力表现为引力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的增大而减小D．一定质量的理想气体，温度升高，体积减小，则单位时间内撞击到器壁单位面积上的气体分子数增加E．内能全部转化为机械能的热机是不可能制成的解析：选ADE.悬浮在液体中的固体小颗粒越小，在某一瞬间跟它相撞的液体分子数就越少，撞击作用的不平衡性就表现得越明显，因而布朗运动就越明显，选项A正确；用气筒给自行车打气，越打越费劲，不能说明气体分子之间的分子力表现为斥力，选项B错误；当分子之间表现为引力时，分子势能随着分子之间距离的增大而增大，选项C错误；一定质量的理想气体，温度升高，体积减小时，单位时间内撞击到器壁单位面积上的气体分子数增加，所以其压强增大，选项D正确；热力学第二定律指出，任何热机的效率都不可能达到100%，选项E正确．5．如图为某实验器材的结构示意图，金属内筒和隔热外筒间封闭了一定体积的空气，内筒中有水，在水加热升温的过程中，被封闭的空气()A．内能增大B．压强增大C．分子间引力和斥力都减小D．所有分子运动速率都增大解析：选AB.在水加热升温的过程中，封闭气体的温度升高，内能增大，选项A正确；根据pT＝C知，气体的压强增大，选项B正确；气体的体积不变，气体分子间的距离不变，分子间的引力和斥力不变，选项C错误；温度升高，分子热运动的平均速率增大，但并不是所有分子运动的速率都增大，选项D错误．6. (2019·东北三省四市协作体联考)如图所示，一绝热容器被隔板K隔开成a、b两部分．已知a内有一定量的稀薄气体，b内为真空．抽开隔板K后，a内气体进入b，最终达到平衡状态．在此过程中()A．气体对外界做功，内能减少B．气体不做功，内能不变C．气体压强变小，温度降低D．气体压强变小，温度不变E．单位时间内和容器壁碰撞的分子数目减少解析：选BDE.a内气体向真空膨胀，不对外界做功，故A错误；又因容器绝热，Q＝0，由热力学第一定律知，ΔU＝0，故B正确；由玻意耳定律知压强减小；稀薄气体可看做理想气体，内能不变，则温度不变，C错误，D、E正确．7．下列说法正确的是()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，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，其内能可能不变解析：选C.根据热力学第一定律(公式ΔU＝Q＋W)可知，做功和热传递都可以改变物体的内能，当外界对物体做的功大于物体放出的热量或物体吸收的热量大于物体对外做的功时，物体的内能增加，选项A、B错误，选项C正确；物体放出热量同时对外做功，则Q ＋W<0，内能减小，选项D错误．8．夏天，小明同学把自行车轮胎上的气门芯拔出的时候，会觉得从轮胎里喷出的气体凉，如果把轮胎里的气体视为理想气体，则关于气体喷出的过程，下列说法正确的是() A．气体的内能减少B．气体的内能不变C．气体来不及与外界发生热交换，对外做功，温度降低D．气体膨胀时，热量散得太快，使气体温度降低了E．气体分子的平均动能减小解析：选ACE.气体喷出时，来不及与外界交换热量，发生绝热膨胀，Q＝0，对外做功，热力学第一定律的表达式为W＋Q＝ΔU，内能减少，温度降低，温度是分子平均动能的标志，则A、C、E正确．9. 一定质量的理想气体被活塞封闭在透热的汽缸中，如图所示．不计活塞与汽缸的摩擦，当用外力向上缓慢拉动活塞的过程中，环境温度保持不变．下列判断正确的是()A．拉力对气体做正功，气体内能增加，吸收热量B．气体对外做功，内能不变，吸收热量C．外界对气体做功，内能不变，放出热量D．气体吸收的热量等于气体对活塞做功E．气体分子平均动能不变，压强变小解析：选BDE.活塞缓慢上移的过程中，气体膨胀对活塞做功，而气体温度保持不变，内能不变，由热力学第一定律ΔU＝W＋Q＝0知，Q＞0，即吸收热量，故B、D正确；由于温度保持不变，故分子平均动能不变，气体做等温膨胀，由p V＝C知，压强变小，故E正确．10．一定量的理想气体从状态a开始，经历三个过程ab、bc、ca回到原状态，其p－T 图象如图所示．下列判断正确的是()A．过程ab中气体一定吸热B．过程bc中气体既不吸热也不放热C．过程ca中外界对气体所做的功等于气体所放的热D．a、b和c三个状态中，状态a分子的平均动能最小E．b和c两个状态中，容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数不同解析：选ADE.由p－T图象可知过程ab是等容变化，温度升高，内能增加，体积不变，由热力学第一定律可知过程ab中气体一定吸热，选项A正确；过程bc中温度不变，即内能不变，由于过程bc体积增大，所以气体对外做功，由热力学第一定律可知，气体一定吸收热量，选项B错误；过程ca中压强不变，温度降低，内能减少，体积减小，外界对气体做功，由热力学第一定律可知，放出的热量一定大于外界对气体做的功，选项C错误；温度是分子平均动能的标志，由p－T图象可知，a状态气体温度最低，则分子平均动能最小，选项D正确；b、c两状态温度相等，分子平均动能相等，由于压强不相等，所以单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数不同，选项E正确．二、非选择题11. 一定质量的理想气体，状态从A→B→C→D→A的变化过程可用如图所示的p－V 图描述，图中p1、p2、V1、V2和V3为已知量．(1)气体状态从A到B是________过程(选填“等容”“等压”或“等温”)；(2)状态从B到C的变化过程中，气体的温度________(选填“升高”“不变”或“降低”)；(3)状态从C到D的变化过程中，气体________(选填“吸热”或“放热”)；(4)状态从A→B→C→D的变化过程中，气体对外界所做的总功为________．解析：(1)A→B，对应压强值恒为p2，即为等压过程．(2)B →C ，由p V T＝恒量，V 不变，p 减小，T 降低． (3)C →D ，由p V T＝恒量，p 不变，V 减小，可知T 降低．外界对气体做功，内能减小，由ΔU ＝W ＋Q 可知C →D 过程放热．(4)A →B ，气体对外界做功W AB ＝p 2(V 3－V 1)B →C ，V 不变，气体不做功C →D ，V 减小，外界对气体做功W CD ＝－p 1(V 3－V 2)状态从A →B →C →D 的变化过程中，气体对外界做的总功W ＝W AB ＋W BC ＋W CD ＝p 2(V 3－V 1)－p 1(V 3－V 2)．答案：(1)等压 (2)降低 (3)放热(4)p 2(V 3－V 1)－p 1(V 3－V 2)12．我国“蛟龙”号深海探测船载人下潜超过七千米，再创载人深潜新纪录．在某次深潜实验中，“蛟龙”号探测到990 m 深处的海水温度为280 K ．某同学利用该数据来研究气体状态随海水深度的变化．如图所示，导热良好的汽缸内封闭一定质量的气体，不计活塞的质量和摩擦，汽缸所处海平面的温度T 0＝300 K ，压强p 0＝1 atm ，封闭气体的体积V 0＝3 m 3，如果将该汽缸下潜至990 m 深处，此过程中封闭气体可视为理想气体．(1)求990 m 深处封闭气体的体积(1 atm 相当于10 m 深的海水产生的压强)．(2)下潜过程中封闭气体________(选填“吸热”或“放热”)，传递的热量________(选填“大于”或“小于”)外界对气体所做的功．解析：(1)当汽缸下潜至990 m 时，设封闭气体的压强为p ，温度为T ，体积为V ，由题意可知p ＝100 atm根据理想气体状态方程得p 0V 0T 0＝p V T代入数据得V ＝2.8×10－2 m 3.(2)下潜过程中温度降低，则ΔU <0，气体体积减小，则W >0，由ΔU ＝Q ＋W 知，Q <0，放热，且|Q |>W .答案：(1)2.8×10－2 m3(2)放热大于。

高考物理热学复习优秀课件一、教学内容1. 热力学第一定律2. 热力学第二定律3. 热力学第三定律4. 热传递与热量5. 气体动理论6. 液体和固体的性质二、教学目标1. 理解并掌握热力学基本定律，能够运用热力学定律分析实际问题。

2. 掌握热传递的三种方式，了解热量计算的基本方法。

3. 理解气体动理论的基本观点，能够运用气体动理论解释气体现象。

三、教学难点与重点教学难点：热力学第二定律的理解与应用，气体动理论的基本观点。

教学重点：热力学第一定律、热传递与热量、气体动理论在实际问题中的应用。

四、教具与学具准备1. 教具：PPT课件、黑板、粉笔、实验器材（如温度计、烧瓶、酒精灯等）。

2. 学具：笔记本、教材、练习册。

五、教学过程1. 导入：通过展示生活中常见的热现象，引导学生思考热学知识在实际生活中的应用。

a. 实践情景引入：对比热水袋和暖宝宝的使用效果，探讨热传递的方式和热量计算。

b. 例题讲解：计算一个热水袋中的热量，并与暖宝宝进行比较。

2. 知识回顾：引导学生回顾热力学基本定律、热传递与热量、气体动理论等核心知识。

3. 随堂练习：针对热力学定律和热传递，设计相关练习题，让学生独立完成。

a. 练习题1：运用热力学第一定律计算一个热机的工作效率。

b. 练习题2：分析一个热传递现象，判断其属于哪种传热方式。

4. 知识拓展：介绍热学在科技领域的应用，如热能发电、空调制冷等。

六、板书设计1. 热力学第一定律、第二定律、第三定律的公式和概念。

2. 热传递的三种方式和热量计算公式。

3. 气体动理论的基本观点和公式。

七、作业设计1. 作业题目：a. 计算题：根据热力学第一定律，求一个热机工作时的效率。

b. 分析题：分析一个实际热传递现象，判断其传热方式。

2. 答案：a. 效率计算公式：η = (W/Q1) × 100%，其中W为有用功，Q1为热机从高温热源吸收的热量。

b. 传热方式判断：根据热流方向、物体性质和温度差进行分析。