（江苏专用）2020版高考物理新增分大一轮复习第十二章热学第3讲热力学定律与能量守恒定律课件.pptx

1、,第十二章 热 学,第3讲 热力学定律与能量守恒定律,大一轮复习讲义,NEIRONGSUOYIN,内容索引,过好双基关,研透命题点,随堂测试,回扣基础知识 训练基础题目,细研考纲和真题 分析突破命题点,随堂检测 检测课堂学习效果,课时作业,限时训练 练规范 练速度,过好双基关,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：U .,做功,热量,QW,(3)U 中正、负号法则：,QW,吸收,增加,放出,减少,自测1 一定质量的理想气体在某一过程中，外界对气

2、体做功7.0104 J，气体内能减少1.3105 J，则此过程 A.气体从外界吸收热量2.0105 J B.气体向外界放出热量2.0105 J C.气体从外界吸收热量6.0104 J D.气体向外界放出热量6.0104 J,二、能量守恒定律,1.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 到别的物体，在转化或 的过程中，能量的总量保持不变. 2.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，第一类永动机是不可能制成的，它违背了 .,转移,能量守恒定律,转移,自测2 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

3、段时间后房间的温度会 A.降低 B.不变 C.升高 D.无法判断,研透命题点,命题点一 理解热量与内能、温度的区别,温度、内能、热量、功的比较,例1 (多选)关于气体的内能，下列说法正确的是 A.质量和温度都相同的气体，内能一定相同 B.气体温度不变，整体运动速度越大，其内能越大 C.气体被压缩时，内能可能不变 D.一定量的某种理想气体的内能只与温度有关,解析 质量和温度都相同的气体，虽然分子平均动能相同，但是不同的气体，其摩尔质量不同，即分子个数不同，所以分子总动能不一定相同，A错误； 宏观运动和微观运动没有关系，所以宏观运动速度大，内能不一定大，B错误；,理想气体的分子势能为零，所以一定量

4、的某种理想气体的内能只与分子平均动能有关，而分子平均动能和温度有关，D正确.,变式1 关于热量、功、内能三个物理量，下列说法中正确的是 A.热量、功、内能的物理意义等同 B.热量、功都可以作为物体内能的量度 C.热量、功、内能的单位不相同 D.热量和功是由过程决定的，而内能是由物体状态决定的,命题点二 对热力学第一定律的理解,1.改变内能的两种方式的比较,2.UQW的三种特殊情况,3.应用热力学第一定律的三点注意 (1)做功看体积：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.气体向真空中自由膨胀，对外界不做功，W0. (2)与外界绝热，则不发生热传递，此时Q0. (3)由

5、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.,例2 (2018江苏单科12A(3)如图1所示，一定质量的理想气体在状态A时压强为2.0105 Pa，经历ABCA的过程，整个过程中对外界放出61.4 J热量.求该气体在AB过程中对外界所做的功.,图1,答案 138.6 J,解析 整个过程中，外界对气体做功WWABWCA， 且WCApA(VCVA) 由热力学第一定律UQW，得WAB(QWCA) 代入数据得WAB138.6 J 即气体对外界做的功为138.6 J.,变式2 (2018盐城市三模)如图2所示，在汽缸右侧封闭一定质量的理想气体，

6、压强与大气压强相同.把汽缸和活塞固定，使汽缸内气体升高到一定的温度，气体吸收的热量为Q1，气体的内能为U1.如果让活塞可以自由滑动(活塞与汽缸间无摩擦、 不漏气)，也使汽缸内气体温度升高相同温度，其吸收的热量为Q2，气体的内能为U2，则Q1 Q2，U1 U2.(均选填“大于”“等于”或“小于”),图2,小于,等于,变式3 (2018江苏百校12月大联考)空气能热水器采用“逆卡诺”原理，即使在 南极也有良好表现，高效节能.如图3所示，一定质量的理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后再回到状态A.其中AB和CD为等温过程，BC和DA为绝热过程(气体与外界无热量交换).在完成一次循环的过程中气体对

7、外做功10 J. 若已知气体在AB过程吸收热量12 J，则在CD过程放出多少热量？,图3,答案 2 J,解析 由热力学第一定律有：UQW 完成一次循环气体内能不变，即U0 又W10 J，故吸收的热量QW10 J AB过程吸收热量12 J，所以CD过程中放出热量2 J.,命题点三 热力学定律与气体实验定律的综合应用,基本思路,例3 (2018南京市、盐城市二模)如图4所示，一圆柱形绝热汽缸竖直固定放 置，通过绝热活塞封闭着一定质量的理想气体，活塞的质量为m，横截面积为S，与汽缸底部相距h，此时封闭气体的温度为T.现通过电热丝缓慢加热气体，当气体吸收热量Q时，气体温度上升到1.5T.已知大气压强为

8、p0，重力加速度为g，不计活塞与汽缸的摩擦.求： (1)加热后活塞到汽缸底部的距离；,图4,答案 1.5h,(2)加热过程中气体的内能增加量.,答案 Q0.5h(p0Smg),Wp(hh)S 由热力学第一定律UWQ 联立解得：UQ0.5h(p0Smg).,变式4 (2018苏锡常镇一调)如图5所示，轻质活塞将体积为V0、温度为3T0的理想气体，密封在内壁光滑的圆柱形导热汽缸内.已知大气压强为p0，大气的 温度为T0，气体内能U与温度的关系为UaT(a为常量).在汽缸内气体温度缓慢降为T0的过程中，求： (1)气体内能的减少量；,图5,答案 2aT0,解析 UU1U2a3T0aT02aT0,(2

9、)气体放出的热量.,由热力学第一定律UWQ得，,命题点四 热力学定律与图象问题的综合,1.分析图象得出气体三个状态参量(p，V，T)的变化.注意pV图象里的等温线，pT图象里的等容线，VT图象里的等压线. 2.一定质量的理想气体内能取决于温度(T)，做功情况取决于气体体积的变化，然后再由UQW确定热量Q的正负，判断吸热或放热.,例4 (2018常州市一模)一定质量的理想气体，其状态变化的pV图象如图6所示.已知气体在状态A时的温度为260 K，则气体在状态B时的温度为 K，从状态A到状态C气体与外界交换的热量为 J.,图6,780,600,解析 由题可知，TA260 K，VA1103 m3，V

10、B3103 m3，,气体状态参量：pA3105 Pa，VA1103 m3，pC1105 Pa，VC3103 m3，,A、C两个状态的温度相等，内能相等，内能变化量U0 A到B过程气体体积增大，气体对外做功：WpV3105(31)103 J600 J， 由热力学第一定律UWQ得：QUW0(600) J600 J0， 气体从外界吸收600 J的热量.,变式5 (2018苏锡常镇二模)如图7为一定质量的理想气体的体积V随热力学温度T的变化关系图象.由状态A变化到状态B的过程中气体吸收热量Q1220 J， 气体在状态A的压强为p01.0105 Pa.求： (1)气体在状态B时的温度T2；,图7,答案

11、600 K,(2)气体由状态B变化到状态C的过程中，气体向外放出的热量Q2.,答案 120 J,解析 A到B过程气体从外界吸热，对外界做功，内能增加：UWQ1，Wp0V，C状态与A状态内能相等，B到C为等容过程，对外界不做功：Q2U，代入数据解得Q2120 J.,随堂测试,1.下列说法正确的是 A.物体放出热量，其内能一定减小 B.物体对外做功，其内能一定减小 C.物体吸收热量，同时对外做功，其内能可能增加 D.物体放出热量，同时对外做功，其内能可能不变,1,2,3,4,5,解析 由热力学第一定律UWQ可知，改变物体内能的方式有两种：做功和热传递.若物体放热Q0，但做功W未知，所以内能不一定减

12、小，A选项错误； 物体对外做功W0，但Q未知，所以内能不一定减小，B选项错误； 物体吸收热量Q0，同时对外做功W0，WQ可正、可负、还可为0，所以内能可能增加，故C选项正确； 物体放出热量Q0，同时对外做功W0，所以U0，即内能一定减小，D选项错误.,1,2,3,4,5,2.(2018阜宁中学调研)对于一定质量的理想气体，下列说法正确的是 A.保持气体的压强不变，改变其体积，可以实现其内能不变 B.保持气体的压强不变，改变其温度，可以实现其内能不变 C.若气体的温度逐渐升高，则其压强可以保持不变 D.当气体体积逐渐增大时，气体的内能一定减小,1,2,3,4,5,解析 一定质量的某种理想气体的内

13、能只与温度有关系，温度变化则其内能一定变化，B项错误； 保持气体的压强不变，改变其体积，则其温度一定改变，故内能变化，A项错误；,当气体做等温膨胀时，其内能不变，D项错误.,1,2,3,4,5,3.(2018江苏省高考压轴冲刺卷)如图8所示，导热性能良好、内壁光滑的汽缸内部存有一定质量的理想气体，缸外环境保持恒温.现用外力F拉杆，使活塞缓慢向右移动，此过程中缸内气体质量保持不变，下列说法正确的是 A.缸内气体的体积增大，内能增加 B.缸内气体等温膨胀，对外做功 C.单位时间内缸内气体分子对活塞的碰撞次数增多 D.缸内气体的体积增大，内能减小,图8,1,2,3,4,5,解析 汽缸导热性能良好，缸

14、内气体温度不变，活塞向右运动，体积增大，对外做功，B正确； 一定质量的理想气体，温度不变，则内能不变，A、D错误； 由理想气体状态方程可知，体积增大，则压强减小，所以单位时间内缸内气体分子对活塞碰撞的次数减小，选项C错误.,1,2,3,4,5,4.(2018南师附中5月模拟)一定质量的理想气体从状态a开始，经历三个过程ab、bc、ca回到原状态，其pT图象如图9所示.a、b和c三个状态中分子平均动能最小的是 (选填“a”“b”或“c”)，气体在过程ab中吸收的热量 (选填“大于”“等于”或“小于”)过程ca中放出的热量.,图9,a,小于,1,2,3,4,5,解析 由题图可知，a状态温度最低，分

15、子平均动能最小，一定质量理想气体的内能取决于温度，气体在状态a时的内能小于它在状态c时的内能； ab为等容过程，温度升高，压强增大，内能增加U10，气体不做功W0，据WQU，气体从外界吸收的热量等于内能的增加量，即Q1U1； ca为等压过程，温度下降，体积减小，内能减少U20，据WQU，得Q2|U2|W， 由于ab过程中温度变化量和ca过程中温度变化量相等， 所以内能变化量的绝对值相等，即U1|U2|，故Q1Q2.,1,2,3,4,5,5.(2018南京市三模)一定质量的理想气体变化情况如图10所示.已知在状态B时，气体温度TB300 K. (1)求气体在状态A时的温度；,图10,答案 600

16、 K,解析 由题图可知pA2105 Pa，pB1105 Pa,代入数据解得 TA600 K,1,2,3,4,5,(2)气体由状态DB的过程中放出热量为4.5102 J，则此过程中气体内能增量为多少？,图10,答案 150 J,解析 由D到B过程中外界对气体做功为WpBV11053103 J300 J 由热力学第一定律得，气体内能增量为UWQ300 J4.5102 J150 J,1,2,3,4,5,课时作业,1.(多选)关于热力学定律，下列说法正确的是 A.气体吸热后温度一定升高 B.对气体做功可以改变其内能 C.理想气体等压膨胀过程一定放热 D.如果两个系统分别与状态确定的第三个系统达到热平衡

17、，那么这两个系统彼此之间也必定达到热平衡,双基巩固练,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,2.某驾驶员发现中午时车胎内的气压高于清晨时的，且车胎体积增大.若这段时间胎内气体质量不变且可视为理想气体，那么 A.外界对胎内气体做功，气体内能减小 B.外界对胎内气体做功，气体内能增大 C.胎内气体对外界做功，内能减小 D.胎内气体对外界做功，内能增大,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,解析 车胎体积增大，故胎内气体对外界做功，胎内气体温度升高，故胎内气体内能增大，D项正确.,3.(多选)下列说法中正确的是 A.物体速度增大，则分子动能增大，内能也增大 B.一定质量气体的体积

18、增大，但既不吸热也不放热，内能减小 C.相同质量的两种物体，升高相同的温度，内能的增量一定相同 D.物体的内能与物体的温度和体积都有关系,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,解析 物体速度增大，不会改变物体分子的动能，故A错误； 体积增大时，气体对外做功，不吸热也不放热时，内能减小，故B正确； 质量相同，但物体的物质的量不同，故升高相同的温度时，内能的增量不一定相同，故C错误； 物体的内能与物体的温度和体积都有关系，故D正确.,4.(多选)(2018东台创新学校月考)一定质量的理想气体由状态A变化到状态B，气体的压强随热力学温度的变化如图1所示，则此过程 A.气体的密度增大 B.外

19、界对气体做功 C.气体从外界吸收了热量 D.气体分子的平均动能增大,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,图1,解析 由题图可知，在从A到B的过程中，气体温度不变，压强变大，由玻意耳定律可知，气体体积变小，VBVA.气体质量不变，体积变小，由密度公式可知气体密度变大，故A正确； 气体体积变小，外界对气体做功，故B正确； 气体温度不变，内能不变，U0，外界对气体做功，W0，由热力学第一定律UQW可知：Q0，气体要放出热量，故C错误； 气体温度不变，分子平均动能不变，故D错误.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,5.(2018金陵中学等三校四模)一定质量的理想气体的状态变化

20、过程如图2所示，MN为一条直线，则气体从状态M到状态N的过程中，气体内能_ (选填“先增大后减小”“先减小后增大”或“始终保持不变”)，气体吸收的热量_气体对外所做功(选填“大于”“等于”或“小于”).,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,图2,先增大后减小,等于,解析 pVCT，C不变，pV越大，T越高.状态在(2,2)处温度最高. 在M和N状态，pV乘积相等，所以温度先升高，后又减小到初始温度； 气体的内能先增加某一值，再减少同样的值，故气体内能先增大后减小. 气体膨胀就会推动活塞对外界做功，整个过程中气体初、末温度相等，所以整个过程内能变化为0. 根据热力学第一定律UWQ，由

21、于U0， 故气体吸收的热量等于气体对外所做的功.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,6.(2018泰州中学四模)一定质量的理想气体压强p与摄氏温度t的关系如图3所示，气体从状态A变到状态B，则气体在状态A的体积 (选填“”“”或“”)在状态B的体积；此过程中，气体做功的绝对值为W，内能变化量的绝对值为U，则气体与外界之间传递的热量为 .,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,图3,WU,解析 将A、B两点与绝对零度连线，分析其斜率变化，判断体积变化，斜率越大，体积越小.B与绝对零度273 连线的斜率小于A与绝对零度273 连线的斜率，则B状态气体的体积大于A状态气体的体

22、积，根据热力学第一定律可得QWU.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,7.(2018南京市、盐城市一模)如图4所示，一定质量的理想气体由状态A经等压变化到状态B，气体吸收热量为Q1；再由B状态经等容变化到状态C，气体放出热量为Q2.状态A：VA0.2 m3，TA200 K；状态B：VB m3，TB400 K； 状态C：TC200 K，则Q1 Q2 (选填“”、“”或“”).,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,图4,0.4,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,因为TATC，故AB增加的内能与BC减小的内能相同， 而AB过程气体对外做正功，BC过程气体不做功

23、，由热力学第一定律可知Q1大于Q2.,8.(2019新海中学月考)一定质量的理想气体从状态M可以经历过程1或者过程2到达状态N，其pV图象如图5所示.在过程1中，气体始终与外界无热量交换；在过程2中，气体先经历等容变化再经历等压变化.则在过程1中气体的温度(填“升高”“降低”或“不变”)；气体经历过程1对外做的功 (填“大于”“小于”或“等于”)气体经历过程2对外做功.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,综合提升练,图5,降低,大于,解析 气体经过过程1，压强减小，体积变大，对外做功，内能减少，温度降低， 根据pV图象与V轴所围面积表示气体做功可知：,1,2,3,4,5,6,7,

24、8,9,10,11,气体经过过程1对外做功为S1 在过程2中,气体经过过程2对外做功为S2 从图象上可以看出气体经历过程1对外做功大于气体经历过程2对外做功.,9.(2018南通市等六市一调)如图6所示，某同学制作了一个简易的气温计，一导热容器连接横截面积为S的长直管，用一滴水银封闭了一定质量的气体，当温度为T0时水银滴停在O点，封闭气体的体积为V0.大气压强不变，不计水银与管壁间的摩擦.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,图6,(1)若封闭气体某过程从外界吸收0.50 J的热量，内能增加0.35 J，求气体对外界做的功.,答案 0.15 J,解析 由热力学第一定律有UQW 代入

25、数据得：W0.15 J 所以气体对外界做的功为0.15 J,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,图6,(2)若环境温度缓慢升高，求水银滴在直管内相对O点移动的距离x随封闭气体热力学温度T的变化关系.,10.(2018盐城中学最后一卷)某同学估测室温的装置如图7所示，汽缸导热性能良好，用绝热的活塞封闭一定质量的理想气体，室温时气体的体积为V166 mL，将汽缸竖直放置于冰水混合物中，稳定后封闭气体的体积V260 mL，不计活塞重力及活塞与缸壁间的摩擦，室内大气压强p01.0105 Pa.求： (1)室温；,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,图7,答案 27.3 ,解析

26、对活塞研究，因不计活塞重力、活塞与缸壁间的摩擦，活塞只受外部气体对其向下的压力和内部气体对其向上的托力，两力平衡，所以汽缸内的气体为等压变化，,(2)上述过程中，外界对气体做的功.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,答案 0.60 J,解析 因压强恒定，所以外界对气体做功为Wp0Vp0(V1V2)，代入数据解得：W0.60 J.,11.(2018如皋市模拟四)一定质量的理想气体经历了如图8所示的ABCDA循环，p1、p2、V1、V2均为已知量.已知A状态的温度为T0，求： (1)C状态的温度T；,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,图8,解析 设状态D的温度为TD,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,(2)完成一个循环，气体与外界热交换的热量Q.,答案 (p2p1)(V2V1),解析 WBCp2(V2V1) WDAp1(V2V1) 全过程有WWBCWDA(p1p2)(V2V1) 由热力学第一定律UQW0 解得Q(p2p1)(V2V1)0，气体吸热.,