2020年高考物理一轮复习第14章第63讲热力学定律能量守恒定律学案（含解析）（选修3_3）

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1、第63讲　热力学定律　能量守恒定律考点一　热力学第一定律1．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。2．热力学第一定律符号意义3．能的转化和守恒定律(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。(2)第一类永动机：违背能量守恒定律的机器被称为第一类永动机。它是不可能制成的。4．三种特殊情况(1)若过程是绝热的，即Q＝0，则W＝ΔU，外界对物体做的功等于物体内能的增加量。(2)若过程中不做功，即W＝0

2、，则Q＝ΔU，物体吸收的热量等于物体内能的增加量。(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。1．在一个密闭隔热的房间里，有一电冰箱正在工作，如果打开电冰箱的门，过一段时间后房间的温度会(　　)A．降低B．不变C．升高D．无法判断答案　C解析　电冰箱工作时，将部分电能转化为热能散发到房间内，所以房间内温度升高，C正确。2．(多选)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．

3、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答案　ACE解析　气体喷出时，来不及与外界交换热量，发生绝热膨胀，即Q＝0、W<0，根据ΔU＝W＋Q可知ΔU<0，即内能减少，温度降低，气体分子的平均动能减小，A、C、E正确。3．[教材母题]　(人教版选修3－3P56·T1)用活塞压缩汽缸里的空气，对空气做了900J的功，同时汽缸向外散热210J，汽缸里空气的内能改变了多少？[变式子题]　一定质量的气体，在从状态1变化到状态2的过程中，吸收热量280J，并对外做功120J，试问：(1)气体的内能怎样发生变化？变化了多少？

4、(2)如果气体又返回原来的状态，并放出了240J热量，那么在返回的过程中是气体对外界做功，还是外界对气体做功？做功多少？答案　(1)增加'160J'(2)外界对气体做功'80J解析　(1)由热力学第一定律可得ΔU＝W＋Q＝－120J＋280J＝160J，气体的内能增加了160J。(2)由于气体的内能仅与状态有关，所以气体从状态2回到状态1的过程中内能应减少，其减少量应等于从状态1到状态2的过程中内能的增加量，则从状态2到状态1的内能应减少160J，即ΔU′＝－160J，又Q′＝－240J，根据热力学第一定律得：ΔU′＝W′＋Q′，所以W′＝ΔU′－Q′＝－160J－(－240J)＝80J

5、，即外界对气体做功80J。考点二　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解释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．对热力学第二定律的理解(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

6、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自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。如：①高温物体低温物体②机械能内能③气体体积V1气体体积V2(较大)④不同气体A和B混合气体AB5．两类永动机的比较1．[教材母题]　(人教版选修3－3P61·T2)以下哪些现象能够发生、哪些不能发生？能够发生的现象是否违背热力学第二定律？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．电

7、冰箱通电后把箱内低温物体的热量传到箱外高温物体。[变式子题]　(2018·青岛模拟)(多选)以下哪个现象不违背热力学第二定律(　　)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答案　ACE解析　热茶自动变凉是热量从高温物体传递到