2020届高考物理人教版一轮复习热力学定律与能量守恒PPT课件(51张)

原因
不违背能量守恒，违 背热力学第二定律
【典例 2】 (多选)如图所示为电冰箱的工作原理示意图．压缩 机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环．在蒸发器中 制冷剂汽化吸收箱体内的热量，经过冷凝器时制冷剂液化，放出热 量到箱体外．下列说法正确的是( )
A．热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外 B．电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界， 是因为其消耗了电能 C．电冰箱的工作原理不违反热力学第一定律 D．电冰箱的工作原理违反热力学第二定律
【典例 1】 (多选)如图所示，一个封闭的绝热汽缸，被中间的 挡板分割成左右相等的两部分．左边充满一定量的某种理想气体， 右边真空．现将中间的挡板移去，待气体稳定后，则( )
A．气体的温度不发生变化 B．因为气体的体积膨胀了，所以内能降低 C．气体分子的平均动能减小 D．虽然气体的体积膨胀了，但是没有对外做功 E．气体分子在器壁单位面积上单位时间内发生碰撞的平均次 数变为原来的一半
2018年全国卷ⅠT33(1)(考查热力学 第一定律及相关知识) 全国卷ⅢT33(1)(考查热力学第一定 律)
命题预测
从近几年的 高考题来 看，热力学 定律仍是考 查的热点内 容，主要围 绕理想气体 图像进行命 题，难度中 等
[必备知识] 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)ΔU＝ Q＋W 中正、负号法则：
A．气体温度一直降低 B．气体内能一直增加 C．气体一直对外做功 D．气体一直从外界吸热 E．气体吸收的热量一直全部用于对外做功
【解析】 BCD 本题考查热力学第一定律、理想气体状态方 程．对于一定量的理想气体有pTV＝恒量．从 a 到 b，p 逐渐增大，V 逐渐增大，所以 p 与 V 的乘积 pV 增大，可知 T 增大，则气体的内 能一直增加，故 A 错误、B 正确．由于 V 逐渐增大，可知气体一直 对外做功，故 C 正确．由热力学第一定律 ΔU＝Q＋W，因 ΔU>0， W<0，可知 Q>0，即气体一直从外界吸热，且吸收的热量大于对外 做的功，故 D 正确、E 错误．
解析：D 热机的效率不可能达到 100%，A 错；绝对零度不可 能达到，B 错；汽车尾气中的有害气体不会与空气自动分离，C 错； 太阳能可以发电和进行加热，D 正确．
考点 3 气体实验定律与热力学定律的综合 求解此类综合问题的通用思路
【典例 3】 (多选)(2018·全国卷Ⅲ)如图，一定量的理想气体从 状态 a 变化到状态 b，其过程如 p－V 图中从 a 到 b 的直线所示．在 此过程中( )
解析：B U＝Ffx＝60×10 J＝600 J Ek＝F·x－U＝80×10 J－600 J＝200 J
考点 1 热力学第一定律 1．热力学第一定律的理解 (1)内能的变化都要用热力学第一定律进行综合分析． (2)做功情况看气体的体积：体积增大，气体对外做功，W 为负； 体积缩小，外界对气体做功，W 为正． (3)与外界绝热，则不发生热传递，此时 Q＝0. (4)如果研究对象是理想气体，则由于理想气体没有分子势能， 所以当它的内能变化时，主要体现在分子动能的变化上，从宏观上 看就是温度发生了变化．
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 m，木箱受到地面的摩擦力为 60 N，则转化为木箱与地 面系统的内能 U 和转化为木箱的动能 Ek 分别是(空气阻力不 计)( )
A．U＝200 J，Ek＝600 J B．U＝600 J，Ek＝200 J C．U＝600 J，Ek＝800 J D．U＝800 J，Ek＝200 J
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， 两定律的关系
共同构成了热力学知识的理论基础
3.两类永动机的比较
分类
第一类永动机
第二类永动机
设计要求
从单一热源吸收热 不需要任何动力或
量，使之完全变成 燃料，却能不断地对
功，而不产生其他影 外做功的机器
响的机器
不可能制成的 违背能量守恒
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．
【强化训练】 1．(多选)(2018·郑州模拟)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．气体分子热运动的平均动能减小
【解析】 ADE 气体在向真空膨胀的过程中没有力的作用， 所以不做功，绝热过程，内能不变，故温度不变，故 A 正确，B 错 误，D 正确；温度是分子热运动平均动能的标志，温度不变，故分 子的平均动能不变，故 C 错误；气体的温度不变，体积增加为 2 倍， 故分子热运动的平均动能不变，分子数密度减小为一半，故气体分 子在器壁单位面积上单位时间内发生碰撞的平均次数变为原来的一 半，故 E 正确．
考点 2 热力学第二定律的理解应用 1．热力学第二定律的含义 (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．
2．热力学第一、第二定律的比较
【反思启迪】 热力学常见用语的含义 (1)理想气体温度升高：内能增大． (2)气体体积增大：气体对外做功．气体体积减小：外界对气体 做功． (3)绝热：没有热交换． (4)导热性能良好：表示与外界温度相同．
热力学第一定律
热力学第二定律
它从能量守恒的角度
它指出自然界中出
定律揭示的问 揭示了功、热量和内能
现的宏观过程有方
题
改变量三者的定量关
向性
系
当摩擦力做功时，机械 内能不可能在不引
机械能和内能
能可以全部转化为内 起其他变化的情况
的转化
能
下完全变成机械能
热量可以从高温物体 热量的传递
自发地传向低温物体
热量不能自发地从 低温物体传向高温 物体
【解析】 BC 热力学第一定律是热现象中内能与其他形式能 的转化规律，是能的转化和守恒定律的具体表现，适用于所有的热 学过程，故选项 C 正确．由热力学第二定律可知，热量不能自发地 从低温物体传给高温物体，除非有外界的影响或帮助；电冰箱把热 量从低温的内部传到高温的外部，需要压缩机的帮助并消耗电能， 选项 B 正确，A、D 错误．
解析：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＝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．
2.(多选)(2017·全国卷Ⅱ)如图，用隔板将一绝热汽缸分成两部 分，隔板左侧充有理想气体，隔板右侧与绝热活塞之间是真空．现 将隔板抽开，气体会自发扩散至整个汽缸．等气体达到稳定后，缓 慢推压活塞，将气体压回到原来的体积．假设整个系统不漏气．下 列说法正确的是( )
第 3 讲 热力学定律与能量守恒
[全国卷五年命题解读]
考纲要求
1.热力学第一 二定律Ⅰ
考情分析
2014年全国卷ⅠT33(1)(根据理想气 体p－T图像，判断吸热、放热及 平均动能关系)
2016年全国卷ⅠT33(1)(考查热力学 定律、气体及其相关知识)
2017年全国卷ⅢT33(1)(考查热力学 第一定律及理想气体状态方程)
A．气体自发扩散前后内能相同 B．气体在被压缩的过程中内能增大 C．在自发扩散过程中，气体对外界做功 D．气体在被压缩的过程中，外界对气体做功 E．气体在被压缩的过程中，气体分子的平均动能不变 解析：ABD 抽开隔板，气体自发扩散过程中，气体对外界不 做功，与外界没有热交换，因此气体的内能不变，A 项正确，C 项错 误；气体在被压缩的过程中，外界对气体做正功，D 项正确；由于 气体与外界没有热交换，根据热力学第一定律可知，气体在被压缩 的过程中内能增大，因此气体的温度升高，气体分子的平均动能增 大，B 项正确，E 项错误．
解析：B 由热力学第一定律知 ΔU＝W＋Q 即：－1.3×105 J＝7.0×104 J＋Q 得 Q＝－2.0×105 J，故 B 正确．
2．(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 解析：CD A 项违背热传导的方向性，故 A 项错误；B 项违背 开尔文关于热力学第二定律的表述，故 B 项错误；C、D 符合热力 学第二定律的表述，故 C、D 正确．
【强化训练】 1．(多选)(2018·霸州模拟)下列关于热力学第二定律的说法中正 确的是( ) A．所有符合能量守恒定律的宏观过程都能真的发生 B．一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的 C．机械能可以全部转化为内能，但内能无法全部转化成机械 能而不产生其他影响 D．气体向真空的自由膨胀是可逆的 E．热运动的宏观过程有一定的方向性
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.
三、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 .