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2022届新高考一轮复习人教版 第十三章 第3讲 热力学定律与能量守恒定律 课件（40张）
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这是一份2022届新高考一轮复习人教版 第十三章 第3讲 热力学定律与能量守恒定律 课件（40张），共40页。PPT课件主要包含了Q＋W，普遍规律，能量守恒定律，自发地，不产生其他影响，第二类，无序性，热力学第二定律，ABD，两类永动机的比较等内容，欢迎下载使用。
一、热力学第一定律1．改变物体内能的两种方式(1) ；(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 与外界对它所做的功的和。(2)表达式：ΔU＝ 。
二、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 为另一种形式，或者是从一个物体 到别的物体，在 或 的过程中，能量的 保持不变。2．条件性能量守恒定律是自然界的 ，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 。
三、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 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 。或表述为“ 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 。
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 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 。
2．对公式ΔU＝Q＋W符号的确定
3.三种特殊情况(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。即外界对物体做的功等于物体放出的热量。
1．(多选)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。待气体达到稳定后，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( )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
解析：气体向真空扩散过程中不对外做功，且又因为汽缸绝热，可知气体自发扩散前后内能相同，A正确，C错误；气体在被压缩的过程中活塞对气体做功，因汽缸绝热，则气体内能增大，B、D正确。
2．(2019·高考全国卷Ⅰ)某容器中的空气被光滑活塞封住，容器和活塞绝热性能良好，空气可视为理想气体。初始时容器中空气的温度与外界相同，压强大于外界。现使活塞缓慢移动，直至容器中的空气压强与外界相同。此时，容器中空气的温度________(选填“高于”“低于”或“等于”)外界温度，容器中空气的密度________(选填“大于”“小于”或“等于”)外界空气的密度。
解析：由于初始时容器中的空气压强大于外界，活塞光滑、容器绝热，容器内空气推动活塞对外做功，由ΔU＝W＋Q知，气体内能减少，温度降低。气体的压强与温度和单位体积内的分子数有关，由于容器内空气的温度低于外界温度，但压强相同，则容器中空气的密度大于外界空气的密度。答案：低于 大于
3．一定质量的气体，在从状态1变化到状态2的过程中，吸收热量280 J，并对外做功120 J，试问：(1)这些气体的内能发生了怎样的变化？(2)如果这些气体又返回原来的状态，并放出了240 J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？
解析：(1)由热力学第一定律可得ΔU＝W＋Q＝－120 J＋280 J＝160 J，气体的内能增加了160 J。(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的过程中内能的变化应等于从状态1到状态2的过程中内能的变化，则从状态2到状态1的内能应减少160 J，即ΔU′＝－160 J，又Q′＝－240 J，根据热力学第一定律得ΔU′＝W′＋Q′，所以W′＝ΔU′－Q′＝－160 J－(－240 J)＝80 J，即外界对气体做功80 J。答案：(1)增加了160 J (2)外界对气体做功 80 J
方法技巧判定物体内能变化的方法(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，体现在分子动能的变化上，从宏观上看就是温度的变化。
4．(多选)下列关于热力学第二定律的说法正确的是( )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，内能也可以全部用来做功而转化成机械能D．气体向真空的自由膨胀是可逆的
解析：符合能量守恒定律，但违背热力学第二定律的宏观过程不能发生，选项A错误；一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的，选项B正确；机械能可以全部转化为内能，在外界影响下，内能也可以全部用来做功而转化成机械能，选项C正确；气体向真空的自由膨胀是不可逆的，选项D错误。
5．(多选)关于两类永动机和热力学的两个定律，下列说法正确的是( )A．第二类永动机不可能制成是因为违反了热力学第一定律B．第一类永动机不可能制成是因为违反了热力学第二定律C．由热力学第一定律可知做功可以改变内能，热传递也可以改变内能，但同时做功和热传递不一定会改变内能D．由热力学第二定律可知，热量从低温物体传向高温物体是可能的，从单一热源吸收热量，完全变成功也是可能的
解析：第一类永动机违反能量守恒定律，第二类永动机违反热力学第二定律，两类永动机不可能制造出来，A、B错误；由热力学第一定律可知W≠0，Q≠0，但ΔU＝W＋Q可以等于0，C正确；由热力学第二定律可知D中现象是可能的，但会引起其他变化，D正确。
规律总结热力学第一、第二定律的比较
[答案] 2×105 J
热力学第一定律与气体实验定律的综合应用[典例2] (2021·山东济南模拟)如图所示，绝热汽缸倒扣放置，质量为M的绝热活塞在汽缸内封闭一定质量的理想气体，活塞与汽缸间的摩擦可忽略不计，活塞下部空间与外界连通，汽缸底部连接一U形细管(管内气体的体积忽略不计)。初始时，封闭气体温度为T0，活塞距离汽缸底部为h0，细管内两侧水银柱存在高度差。已知水银密度为ρ，大气压强为p0，汽缸横截面积为S，重力加速度为g。
(1)求U形细管内两侧水银柱的高度差；(2)通过加热装置缓慢提升气体温度使活塞下降Δh0，求此时的温度；此加热过程中，若气体吸收的热量为Q，求气体内能的变化。
6．(多选)如图所示，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( )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
7．(2021·湖北宜昌一中龙泉中学高三联考)一定质量的理想气体从状态A变化到状态B，再变化到状态C，其状态变化过程的p-V图象如图所示。则根据图象上所提供的数据可以得到该气体从状态A到状态C的过程中内能的变化量是________；该气体从状态A到状态C的过程中________(选填“吸收”或“放出”)的热量是________J。(大气压强p0＝1.0×105 Pa)
解析：A、C两个状态的温度相等，所以内能的变化量ΔU＝0。从状态A到状态C的过程中，气体体积增大，对外做功W＝－p0ΔV＝－2 000 J根据热力学第一定律得ΔU＝W＋Q，此过程中需要吸收热量，吸收的热量Q＝2 000 J。答案： 0 吸收 2 000
8．(2021·适应性测试重庆卷)如图所示，密闭导热容器A、B的体积均为V0，A、B浸在盛水容器中，达到热平衡后，A中压强为p0，温度为T0，B内为真空，将A中的气体视为理想气体。打开活栓C，A中部分气体进入B。
(1)若再次达到平衡时，水温未发生变化，求此时气体的压强；(2)若密闭气体的内能与温度的关系为ΔU＝k(T2－T1)(k为大于0的已知常量，T1、T2分别为气体始末状态的温度)，在(1)所述状态的基础上，将水温升至1.2T0，重新达到平衡时，求气体的压强及所吸收的热量。
根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知气体吸收的热量为Q＝ΔU＝0.2kT0
一、热力学第一定律1．改变物体内能的两种方式(1) ；(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 与外界对它所做的功的和。(2)表达式：ΔU＝ 。
二、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 为另一种形式，或者是从一个物体 到别的物体，在 或 的过程中，能量的 保持不变。2．条件性能量守恒定律是自然界的 ，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 。
三、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 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 。或表述为“ 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 。
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 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 。
2．对公式ΔU＝Q＋W符号的确定
3.三种特殊情况(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。即外界对物体做的功等于物体放出的热量。
1．(多选)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。待气体达到稳定后，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( )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
解析：气体向真空扩散过程中不对外做功，且又因为汽缸绝热，可知气体自发扩散前后内能相同，A正确，C错误；气体在被压缩的过程中活塞对气体做功，因汽缸绝热，则气体内能增大，B、D正确。
2．(2019·高考全国卷Ⅰ)某容器中的空气被光滑活塞封住，容器和活塞绝热性能良好，空气可视为理想气体。初始时容器中空气的温度与外界相同，压强大于外界。现使活塞缓慢移动，直至容器中的空气压强与外界相同。此时，容器中空气的温度________(选填“高于”“低于”或“等于”)外界温度，容器中空气的密度________(选填“大于”“小于”或“等于”)外界空气的密度。
解析：由于初始时容器中的空气压强大于外界，活塞光滑、容器绝热，容器内空气推动活塞对外做功，由ΔU＝W＋Q知，气体内能减少，温度降低。气体的压强与温度和单位体积内的分子数有关，由于容器内空气的温度低于外界温度，但压强相同，则容器中空气的密度大于外界空气的密度。答案：低于 大于
3．一定质量的气体，在从状态1变化到状态2的过程中，吸收热量280 J，并对外做功120 J，试问：(1)这些气体的内能发生了怎样的变化？(2)如果这些气体又返回原来的状态，并放出了240 J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？
解析：(1)由热力学第一定律可得ΔU＝W＋Q＝－120 J＋280 J＝160 J，气体的内能增加了160 J。(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的过程中内能的变化应等于从状态1到状态2的过程中内能的变化，则从状态2到状态1的内能应减少160 J，即ΔU′＝－160 J，又Q′＝－240 J，根据热力学第一定律得ΔU′＝W′＋Q′，所以W′＝ΔU′－Q′＝－160 J－(－240 J)＝80 J，即外界对气体做功80 J。答案：(1)增加了160 J (2)外界对气体做功 80 J
方法技巧判定物体内能变化的方法(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，体现在分子动能的变化上，从宏观上看就是温度的变化。
4．(多选)下列关于热力学第二定律的说法正确的是( )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，内能也可以全部用来做功而转化成机械能D．气体向真空的自由膨胀是可逆的
解析：符合能量守恒定律，但违背热力学第二定律的宏观过程不能发生，选项A错误；一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的，选项B正确；机械能可以全部转化为内能，在外界影响下，内能也可以全部用来做功而转化成机械能，选项C正确；气体向真空的自由膨胀是不可逆的，选项D错误。
5．(多选)关于两类永动机和热力学的两个定律，下列说法正确的是( )A．第二类永动机不可能制成是因为违反了热力学第一定律B．第一类永动机不可能制成是因为违反了热力学第二定律C．由热力学第一定律可知做功可以改变内能，热传递也可以改变内能，但同时做功和热传递不一定会改变内能D．由热力学第二定律可知，热量从低温物体传向高温物体是可能的，从单一热源吸收热量，完全变成功也是可能的
解析：第一类永动机违反能量守恒定律，第二类永动机违反热力学第二定律，两类永动机不可能制造出来，A、B错误；由热力学第一定律可知W≠0，Q≠0，但ΔU＝W＋Q可以等于0，C正确；由热力学第二定律可知D中现象是可能的，但会引起其他变化，D正确。
规律总结热力学第一、第二定律的比较
[答案] 2×105 J
热力学第一定律与气体实验定律的综合应用[典例2] (2021·山东济南模拟)如图所示，绝热汽缸倒扣放置，质量为M的绝热活塞在汽缸内封闭一定质量的理想气体，活塞与汽缸间的摩擦可忽略不计，活塞下部空间与外界连通，汽缸底部连接一U形细管(管内气体的体积忽略不计)。初始时，封闭气体温度为T0，活塞距离汽缸底部为h0，细管内两侧水银柱存在高度差。已知水银密度为ρ，大气压强为p0，汽缸横截面积为S，重力加速度为g。
(1)求U形细管内两侧水银柱的高度差；(2)通过加热装置缓慢提升气体温度使活塞下降Δh0，求此时的温度；此加热过程中，若气体吸收的热量为Q，求气体内能的变化。
6．(多选)如图所示，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( )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
7．(2021·湖北宜昌一中龙泉中学高三联考)一定质量的理想气体从状态A变化到状态B，再变化到状态C，其状态变化过程的p-V图象如图所示。则根据图象上所提供的数据可以得到该气体从状态A到状态C的过程中内能的变化量是________；该气体从状态A到状态C的过程中________(选填“吸收”或“放出”)的热量是________J。(大气压强p0＝1.0×105 Pa)
解析：A、C两个状态的温度相等，所以内能的变化量ΔU＝0。从状态A到状态C的过程中，气体体积增大，对外做功W＝－p0ΔV＝－2 000 J根据热力学第一定律得ΔU＝W＋Q，此过程中需要吸收热量，吸收的热量Q＝2 000 J。答案： 0 吸收 2 000
8．(2021·适应性测试重庆卷)如图所示，密闭导热容器A、B的体积均为V0，A、B浸在盛水容器中，达到热平衡后，A中压强为p0，温度为T0，B内为真空，将A中的气体视为理想气体。打开活栓C，A中部分气体进入B。
(1)若再次达到平衡时，水温未发生变化，求此时气体的压强；(2)若密闭气体的内能与温度的关系为ΔU＝k(T2－T1)(k为大于0的已知常量，T1、T2分别为气体始末状态的温度)，在(1)所述状态的基础上，将水温升至1.2T0，重新达到平衡时，求气体的压强及所吸收的热量。
根据热力学第一定律ΔU＝Q＋W可知气体吸收的热量为Q＝ΔU＝0.2kT0
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