【物理】2020届一轮复习人教版 热力学定律 学案

【物理】2020届一轮复习人教版 热力学定律 学案

第十三章 选修3-3‎ ‎1.本章的基本概念和规律在高考要求中都属于Ⅰ级，从过去几年的高考题看，出现频率较高的知识点如下：分子动理论的基本观点，物体的内能及其改变，热力第一、二定律，气体状态参量等．知识与现实联系密切。‎ ‎2.高考热命题的重点内容有：(1)分子动理论要点，分子力、分子大小、质量、数目估算；题型多为选择题和填空题，绝大多数选择题只要求定性分析，极少数填空题要求应用阿伏加德罗常数进行计算(或估算)；（2）理想气体状态方程和用图象表示气体状态的变化；气体实验定律的理解和简单计算；固、液、气三态的微观解释和理解；‎ ‎1.知道改变内能的两种方式，理解热力第一定律.‎ ‎2.知道与热现象有关的宏观物理过程的方向性，了解热力第二定律.‎ ‎3.掌握能量守恒定律及其应用．‎ ‎1． 物体内能的改变 ‎(1)做功是其他形式的能与内能的相互转化过程，内能的改变量可用做功的数值来量度．‎ ‎(2)热传递是物体间内能的转移过程，内能的转移量用热量来量度．‎ ‎2． 热力第一定律 ‎(1)内容：一个热力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． 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，能量的总量不变，这就是能量守恒定律．‎ ‎(2)任何违背能量守恒定律的过程都是不可能的，不消耗能量而对外做功的第一类永动机是不可能制成的．‎ ‎4． 热力第二定律 ‎(1)两种表述 ‎①第一种表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体(克劳修斯表述)．‎ ‎②第二种表述：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(开尔文表述)．‎ ‎(2)第二类永动机是指设想只从单一热库吸收热量，使之完全变为有用的功而不产生其他影响的热机．这类永动机不可能制成的原因是违背了热力第二定律．#‎ 考点一 对热力第一定律的理解及应用 ‎1． 热力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 符号 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 ‎3. 几种特殊情况 ‎(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量．‎ ‎(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量．‎ ‎(3)若过程的始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．‎ ‎★重点归纳★‎ 应用热力第一定律应注意 ‎（1）热力第一定律反映功、热量与内能改变量之间的定量关系：ΔU＝W＋Q，使用时注意符号法则(简记为：外界对系统取正，系统对外取负)．对理想气体，ΔU仅由温度决定，W仅由体积决定，绝热情况下，Q＝0.‎ ‎（2）对于理想气体，可以直接根据温度的变化来确定内能的变化．吸、放热不能直接确定时，则要放在最后，根据热力第一定律来确定．必须指出的是，一般来说系统对外界做功，系统体积膨胀；外界对系统做功，系统体积则被压缩．但在某些特定条件下，例如气体自由膨胀(外界为真空)时，气体就没有克服外力做功．另外，在判断内能变化时，还必须结合物态变化以及能的转化与守恒来进行．‎ ‎★典型案例★下列说法正确的是 A． 外界对气体做功，气体的内能一定增大 B． 气体从外界吸收热量，气体的内能一定增大 C． 气体的温度越低，气体分子无规则运动的平均动能越大 D． 温度一定，分子密集程度越大，气体的压强越大 ‎【答案】D ‎【点睛】在运用 来分析问题时，首先必须理解表达式的物理意义，掌握它的符号法则：①W＞0，表示外界对系统做功；W＜0，表示系统对外界做功；②Q＞0，表示系统吸热；Q＜0，表示系统放热；③△U＞0，表示系统内能增加；△U＜0，表示内能减少．我们判断内能变化时，做功和热传递都要考虑．/‎ ‎★针对练习1★如图所示，一定质量的理想气体，由状态A沿直线AB过程变化到状态B，再由B沿直线BC过程变化到状态C，然后由C沿直线CA过程变化到状态A，在此循环过程中，下列说法正确的是_______（填正确答案标号。选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分；每选错l个扣3分，最低得分为0分）。‎ A． 在AB过程中，气体分子的平均速率先增大后减小 B． 在AB过程中，气体对外做的功大于气体吸收的热量 C． 在BC过程中，气体的内能增大 D． 在CA过程中，气体对外不做功 E. 经过ABCA一个循环过程，气体对外做的功等于从外界吸收的热量 ‎【答案】ADE ‎★针对练习2★（多选）节日里我们会释放氢气球，气球在空气浮力作用下慢慢地升向高空，最终破裂。已知大气层的温度和压强都随高度而减小。关于氢气球在上升过程中的说法中错误的是（ ）‎ A． 氢气对外做功，同时放热，其内能减小 B． 氢气对外做功，同时吸热，其内能增加 C． 单位时间内，氢气分子对气球内壁单位面积作用力增大 D． 单位时间内，氢气分子对气球内壁单位面积的碰撞次数减小 ‎【答案】BC ‎【解析】‎ ‎【详解】‎ AB．由于随高度升高大气层的温度和压强减小，氢气球体积增大，氢气对外做功，同时放热，根据热力第一定律，内能减小，故A正确，B错误；‎ CD．由于氢气体积增大，温度降低，根据理想气体状态方程，氢气压强减小，单位时间内，氢气分子对气球内壁单位面积的碰撞次数减小，氢气分子对气球内壁单位面积作用力减小，故C错误，D正确。‎ 本题选择错误答案，故选：BC 考点二 对热力第二定律的理解 ‎1． 在热力第二定律的表述中，“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宏观过程只在本系统内完成，对周围环境不产生热力方面的影响．如吸热、放热、做功等．‎ ‎2． 热力第二定律的实质 热力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．‎ 特别提醒　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可以全部转化为机械能，如气体的等温膨胀过程．‎ ‎3． 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，却能不断地对外做功的机器 从单一热源吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响的机器 违背能量守恒定律，不可能制成 不违背能量守恒定律，但违背热力第二定律，不可能制成 ‎★重点归纳★‎ 解答热力第二定律问题时应注意 ‎（1）热力第一定律说明发生的任何过程中能量必定守恒，热力第二定律说明并非所有能量守恒的过程都能实现．&‎ ‎（2）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可以全部转化为机械能，如气体的等温膨胀过程．‎ ‎★典型案例★下列说法正确的是_________。（填正确答案标号。选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分。每选错1个扣3分，最低得分为0分）‎ A．一定质量的理想气体的内能随着温度升高一定增大 B．第一类永动机和第二类永动机研制失败的原因是违背了能量守恒定律 C．当分子间距 时，分于间的引力随着分子间距的增大而增大，分子间的斥力随着分子间距的增大而减小，所以分子力表既为引力 D．大雾天气生感觉到教室潮湿，说明教室内的相对湿度较大 E.气体从外界吸收热量、其内能不一定增加 ‎【答案】ADE ‎★针对练习1★（多选）关于热力定律，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 ‎【答案】AC ‎【解析】做功和热传递是改变物体内能的两种方法，由热力第一定律知：为了增加物体的内能，必须对物体做功或向它传递热量，故A正确；对某物体做功，对物体做功，物体的内能不一定增加，因为物体可能向外界放热，故B错误；在外界的影响下，可以从单一热源吸收热量，使之完全变为功，故C正确；根据热力第二定律，知不可能使热量自发地从低温物体传向高温物体，但在外界的作用下，能使热量从低温物体传向高温物体，比如电冰箱，故D错误。所以AC正确，BD错误。‎ ‎★针对练习2★（多选）关于永动机，下列说法正确的是 A． 第一类永动机不能制造成功的原因是没有找到合理的方案 B． 第一类永动机不能制造成功的原因是违反了能量守恒定律 C． 第二类永动机不可能制造成功的原因是违反了能量守恒定律 D． 第二类永动机不可能制造成功的原因是违反了热力第二定律 ‎【答案】BD ‎【解析】第一类永动机违反了能量的转化与守恒，永远不可能实现，第二类永动机不违反能量守恒定律，但违反了热力第二定律，内能在转化为机械能的过程中要生热，所以要引起其它变化，BD正确．‎