《（名師導學）2020版高考物理總復習 第十三章 第2節(jié) 熱力學定律 能量守恒定律教學案 新人教版》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《（名師導學）2020版高考物理總復習 第十三章 第2節(jié) 熱力學定律 能量守恒定律教學案 新人教版（8頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、第2節(jié)　熱力學定律　能量守恒定律 ?　　【p222】 夯實基礎　 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．熱力學第一定律 (1)內(nèi)容：一個熱力學系統(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 針對訓練

6、　 1．在標準大氣壓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　 1．熱力學第二定律 (1)熱力學第二定律的兩種表述 表述一(按照熱傳導的方向性來表述)：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出另一種表述． (2)熱力學第一定律和熱力學第二定律的關(guān)系 熱力學第一定律是和熱現(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，違背熱力學第二定律，不可能制成 2.熱力學第三定律 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)】對熱力學第二定律的理解 (1)在熱力學第二定律的表述中，“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)生熱力學方面的影響，如吸熱、放熱、做功等． (2)熱力學第二定律的實質(zhì)

12、： 熱力學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. 針對訓練　 4．(多選)下列有關(guān)熱學的說法中正確的是(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　【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球放在不導熱的水平面上，B球用不導熱細線掛起來，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 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，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、了熱力學第二定律 C．由熱力學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)熱力學第二定律，在自然過程中熵是不會減小的，故B正確；熱力學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．溫室效應嚴重威脅著人類生態(tài)環(huán)境的安全，為了減少溫室效應造成的負面影響，有的科學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 -