目錄TOC\o"13"\h\z\u第58課時熱力學(xué)定律與能量守恒定律 1考點(diǎn)一熱力學(xué)第一定律 1考點(diǎn)二熱力學(xué)第二定律 3考點(diǎn)三熱力學(xué)第一定律與氣體實(shí)驗(yàn)定律的綜合應(yīng)用 5考點(diǎn)四熱力學(xué)第一定律在圖像中的應(yīng)用 7鞏固訓(xùn)練·提升能力 8考點(diǎn)一熱力學(xué)第一定律必備知識·回顧梳理1．改變物體內(nèi)能的兩種方式(1)做功：當(dāng)只有做功使物體的內(nèi)能發(fā)生改變時，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。(2)傳熱：當(dāng)只有傳熱使物體的內(nèi)能發(fā)生改變時，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．熱力學(xué)第一定律(1)內(nèi)容：一個熱力學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)能變化量等于外界向它傳遞的熱量與外界對它所做的功的和。(2)表達(dá)式：ΔU＝Q＋W。(3)ΔU＝Q＋W中物理量正、負(fù)號的意義與法則物理量＋－W外界對物體做功物體對外界做功Q物體吸收熱量物體放出熱量ΔU內(nèi)能增加內(nèi)能減少(4)ΔU＝Q＋W的三種特殊情況①若過程是絕熱的，則Q＝0，W＝ΔU，外界對系統(tǒng)做的功等于系統(tǒng)內(nèi)能的增加。②若外界對系統(tǒng)做功為0，即W＝0，則Q＝ΔU，系統(tǒng)吸收的熱量等于系統(tǒng)內(nèi)能的增加。此處的W包含機(jī)械功、電功等一切功。對于不涉及其他力做功的氣體的等容過程，W＝0，Q＝ΔU。③對于理想氣體，若過程是等溫的，即ΔU＝0，則W＋Q＝0或W＝－Q，外界對氣體做的功等于氣體放出的熱量。3．能量守恒定律（1）能量守恒定律的內(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)化為其他形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總量保持不變。（2）普遍性：能量守恒定律是自然界的普遍規(guī)律，某一種形式的能是否守恒是有條件的，例如，機(jī)械能守恒定律具有適用條件，而能量守恒定律是無條件的，是一切自然現(xiàn)象都遵守的基本規(guī)律。4．第一類永動機(jī)不需要任何動力或燃料，卻能不斷地對外做功的機(jī)器。違背能量守恒定律，因此不可能實(shí)現(xiàn)。關(guān)鍵能力·規(guī)律方法改變內(nèi)能的兩種方式的比較方式名稱比較項(xiàng)目做功傳熱區(qū)別內(nèi)能變化情況外界對系統(tǒng)做功，系統(tǒng)的內(nèi)能增加；系統(tǒng)對外界做功，系統(tǒng)的內(nèi)能減少系統(tǒng)吸收熱量，內(nèi)能增加；系統(tǒng)放出熱量，內(nèi)能減少從能量的角度看做功是其他形式的能與內(nèi)能相互轉(zhuǎn)化的過程不同系統(tǒng)間或同一系統(tǒng)不同部分之間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移能的性質(zhì)變化情況能的性質(zhì)發(fā)生了變化能的性質(zhì)不變相互聯(lián)系做一定量的功或傳遞一定量的熱量在改變內(nèi)能的效果上是相同的例題分析·考點(diǎn)題型1.如圖所示，豎直放置的圓柱形汽缸內(nèi)用橫截面積為S的輕質(zhì)活塞封閉1mol的理想氣體，汽缸密閉性良好，活塞可在汽缸內(nèi)無摩擦滑動。初始時，活塞靜止在距汽缸底部L處，活塞上方2L處有固定卡扣。現(xiàn)加熱氣體，使其溫度從T緩慢升高至3T，該過程中氣體內(nèi)能增加3p0SL(p0為外界大氣壓強(qiáng))，此后氣體溫度繼續(xù)緩慢升高至(1)溫度升高至3T時，氣體的體積;(2)溫度從T升高至3T的過程中，氣體吸收的熱量;(3)摩爾熱容指的是1mol物質(zhì)溫度升高1K所吸收的熱量。摩爾熱容與氣體經(jīng)歷的變化過程有關(guān)，如果升溫是在體積不變條件下進(jìn)行，該熱容稱為等容摩爾熱容(CV);如果升溫是在壓強(qiáng)不變條件下進(jìn)行，該熱容稱為等壓摩爾熱容(Cp)題后反思應(yīng)用熱力學(xué)第一定律的三點(diǎn)注意(1)做功情況看氣體的體積：體積增大，氣體對外做功，W為負(fù)；體積減小，外界對氣體做功，W為正。(2)與外界絕熱，則不與外界發(fā)生傳熱，此時Q＝0。(3)如果研究對象是理想氣體，由于理想氣體沒有分子勢能，所以當(dāng)它的內(nèi)能變化時，體現(xiàn)為分子平均動能的變化，從宏觀上看就是溫度發(fā)生了變化。變式訓(xùn)練·舉一反三2.如圖，圓形線圈的匝數(shù)n=200，面積S=0.3m2，處在垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B隨時間t變化的規(guī)律為B=0.05t(T)，回路中接有阻值為R=5Ω的電熱絲，線圈的總電阻r=1Ω。電熱絲密封在體積為V=1×10-3m3(1)求流過電熱絲的電流;(2)開始通電活塞緩慢運(yùn)動，剛到達(dá)卡環(huán)時，汽缸內(nèi)氣體的內(nèi)能增加了100J，若電熱絲產(chǎn)生的熱量全部被氣體吸收，求此時汽缸內(nèi)氣體的溫度及電熱絲的通電時間。考點(diǎn)二熱力學(xué)第二定律必備知識·回顧梳理熱力學(xué)第二定律1．克勞修斯表述熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體。2．開爾文表述不可能從單一熱庫吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響?；虮硎鰹椤暗诙愑绖訖C(jī)是不可能制成的?！?．用熵的概念表示熱力學(xué)第二定律在自發(fā)過程中，系統(tǒng)總是自發(fā)地向無序方向發(fā)展，即一個孤立系統(tǒng)的熵值總是不減少的。(熵增加原理)4．熱力學(xué)第二定律的微觀意義一切自發(fā)過程總是沿著分子熱運(yùn)動的無序性增大的方向進(jìn)行。5．第二類永動機(jī)從單一熱庫吸收熱量并把它全部用來對外做功，而不產(chǎn)生其他影響的機(jī)器。違背熱力學(xué)第二定律，不可能實(shí)現(xiàn)。6．能源是有限的(1)每天我們使用的能源最后都轉(zhuǎn)化成了內(nèi)能，能源消耗使得周圍環(huán)境升溫。根據(jù)熱力學(xué)第二定律，分散在環(huán)境中的內(nèi)能不能自動聚集起來驅(qū)動機(jī)器做功了。這樣的轉(zhuǎn)化過程叫作“能量耗散”。(2)所謂能源，其實(shí)是指具有高品質(zhì)的容易利用的儲能物質(zhì)，例如石油、天然氣、煤等。能源的使用過程中雖然能的總量保持守恒，但能量的品質(zhì)下降了。雖然能量總量不會減少，但能源會逐步減少，因此能源是有限的資源。關(guān)鍵能力·規(guī)律方法1.熱力學(xué)第一、第二定律的比較定律名稱比較項(xiàng)目熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第二定律定律揭示的問題從能量守恒的角度揭示了功、熱量和內(nèi)能改變量三者的定量關(guān)系指出一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀自然過程都有特定的方向性機(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化通過做功機(jī)械能與內(nèi)能互相轉(zhuǎn)化內(nèi)能不可能在不引起其他變化的情況下完全轉(zhuǎn)化為機(jī)械能熱量的傳遞內(nèi)能的變化量等于外界做的功與吸收的熱量之和說明熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳向高溫物體表述形式只有一種表述形式有多種表述形式兩定律的關(guān)系在熱力學(xué)中，兩者既相互獨(dú)立，又互為補(bǔ)充，共同構(gòu)成了熱力學(xué)知識的理論基礎(chǔ)2.兩類永動機(jī)的比較分類第一類永動機(jī)第二類永動機(jī)設(shè)計(jì)要求不需要任何動力或燃料，卻能不斷地對外做功的機(jī)器從單一熱庫吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響的機(jī)器不可能制成的原因違背能量守恒定律不違背能量守恒定律，違背熱力學(xué)第二定律例題分析·考點(diǎn)題型3.如圖，圓形線圈的匝數(shù)n=200，面積S=0.3m2，處在垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B隨時間t變化的規(guī)律為B=0.05t(T)，回路中接有阻值為R=5Ω的電熱絲，線圈的總電阻r=1Ω。電熱絲密封在體積為V=1×10-3m(1)求流過電熱絲的電流;(2)開始通電活塞緩慢運(yùn)動，剛到達(dá)卡環(huán)時，汽缸內(nèi)氣體的內(nèi)能增加了100J，若電熱絲產(chǎn)生的熱量全部被氣體吸收，求此時汽缸內(nèi)氣體的溫度及電熱絲的通電時間。題后反思對熱力學(xué)第二定律的理解(1)在熱力學(xué)第二定律的表述中，“自發(fā)地”“不產(chǎn)生其他影響”的含義：①“自發(fā)地”指不需要借助外界提供能量的幫助，指明了傳熱等熱力學(xué)宏觀現(xiàn)象的方向性；②“不產(chǎn)生其他影響”的含義是發(fā)生的熱力學(xué)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(xué)方面的影響，如吸熱、放熱、做功等。(2)熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)：自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性。變式訓(xùn)練·舉一反三4.（單選）對于一定質(zhì)量的理想氣體，下列說法正確的是(

)A.絕熱膨脹過程中，氣體分子的平均動能增大B.等溫壓縮過程中，氣體向外界放出熱量C.等壓膨脹過程中，氣體的內(nèi)能可能不變D.從高溫?zé)釒煳諢崃渴怪耆兂晒κ菬o法實(shí)現(xiàn)的考點(diǎn)三熱力學(xué)第一定律與氣體實(shí)驗(yàn)定律的綜合應(yīng)用關(guān)鍵能力·規(guī)律方法1．熱力學(xué)第一定律與氣體實(shí)驗(yàn)定律的綜合問題的處理方法(1)氣體實(shí)驗(yàn)定律的研究對象是一定質(zhì)量的理想氣體。(2)解決具體問題時，分清氣體的變化過程是求解問題的關(guān)鍵，根據(jù)不同的變化，找出相關(guān)的氣體狀態(tài)參量，利用相關(guān)規(guī)律解決。(3)對理想氣體，只要體積變化，外界對氣體(或氣體對外界)做功W＝pΔV；只要溫度發(fā)生變化，其內(nèi)能就發(fā)生變化。(4)結(jié)合熱力學(xué)第一定律ΔU＝W＋Q求解問題。2．解答此類問題的基本流程例題分析·考點(diǎn)題型5.如圖所示，圓柱形絕熱汽缸固定在傾角為θ的斜面上，汽缸深度為H，汽缸口有固定卡槽。汽缸內(nèi)用質(zhì)量為m、橫截面積為S的絕熱活塞封閉了一定質(zhì)量的理想氣體，此時活塞到汽缸底部的距離為H2，汽缸內(nèi)氣體溫度為T0?，F(xiàn)緩慢對氣體加熱，一直到氣體溫度升高到3T0，加熱過程中電熱絲產(chǎn)生熱量Q。若電熱絲產(chǎn)生的熱量全部被氣體吸收，大氣壓強(qiáng)恒為(1)氣體溫度升高到3T(2)氣體溫度從T0升高到3T0變式訓(xùn)練·舉一反三6.如圖所示，豎直放置的固定汽缸內(nèi)由活塞封閉一定質(zhì)量的理想氣體，活塞能無摩擦地滑動，汽缸的橫截面積為S，將整個裝置放在大氣壓恒為p0的空氣中，開始時缸內(nèi)氣體的溫度為T0，空氣柱長度為l0。用電熱絲對氣體緩慢加熱，活塞緩慢向上移動，缸內(nèi)氣體只與電熱絲發(fā)生熱交換，當(dāng)缸內(nèi)氣體吸熱為Q時，缸內(nèi)空氣柱長度增加量為ΔlA.內(nèi)能可能不變 B.內(nèi)能一定增大 C.Δl1考點(diǎn)四熱力學(xué)第一定律在圖像中的應(yīng)用關(guān)鍵能力·規(guī)律方法處理熱力學(xué)第一定律與氣體圖像問題的思路1．根據(jù)氣體圖像的特點(diǎn)判斷氣體的溫度、體積的變化情況，從而判斷氣體與外界的吸、放熱關(guān)系及做功關(guān)系。2．在pV圖像中，圖線與V軸圍成的面積表示氣體對外界或外界對氣體做功的大小。3．結(jié)合熱力學(xué)第一定律判斷有關(guān)問題。例題分析·考點(diǎn)題型7.（單選）一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a開始，經(jīng)a→b、b→c、c→a三個過程后回到初始狀態(tài)a，其p-?V圖像如圖所示.A.氣體在a→b過程中對外界做的功小于在B.氣體在a→b過程中從外界吸收熱量大于在C.在c→D.氣體在c→a過程中內(nèi)能的減少量大于8.（單選）一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A緩慢經(jīng)過B、C、D再回到狀態(tài)A，其熱力學(xué)溫度T和體積V的關(guān)系圖像如圖所示。BA和CD的延長線均過原點(diǎn)O，氣體在狀態(tài)A時的壓強(qiáng)為p0，下列說法正確的是(

)A.A→B過程中，氣體發(fā)生等容變化 B.C.C→D過程中，外界對氣體做功 D.變式訓(xùn)練·舉一反三9.（單選）如圖所示，一定質(zhì)量的某種理想氣體在狀態(tài)A時的體積為V0。從狀態(tài)A到狀態(tài)C，該氣體從外界吸收的熱量為Q，在p-T圖像中圖線AC反向延長線通過坐標(biāo)原點(diǎn)O，從狀態(tài)C到狀態(tài)B溫度不變，從狀態(tài)B到狀態(tài)A，該氣體對外界做的功為W。用A.氣體在狀態(tài)B時的體積為2B.從狀態(tài)B到狀態(tài)A，氣體與外界交換的熱量為WC.從狀態(tài)B到狀態(tài)C，氣體對外放熱，內(nèi)能減少D.狀態(tài)C與狀態(tài)A相比，N10.（多選）一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a經(jīng)過狀態(tài)b、c、d回到狀態(tài)a，其壓強(qiáng)p與體積倒數(shù)1V的關(guān)系如圖所示。下列說法正確的是A.b→B.d→C.a→D.b→c過程中外界對氣體做的功大于鞏固訓(xùn)練·提升能力一、單選題。1.常見的氣壓式水槍玩具內(nèi)部原理如圖所示.從儲水罐充氣口充入氣體，達(dá)到一定壓強(qiáng)后，關(guān)閉充氣口.現(xiàn)將閥門M打開，水立即從槍口噴出.若在水快速噴出的過程中，罐內(nèi)氣體來不及與外界進(jìn)行熱交換，則噴水時(

)A.氣體溫度升高 B.外界對氣體做正功 C.氣體內(nèi)能減少 D.氣體內(nèi)能不變2.如圖所示，兩個相通的容器P、Q間裝有閥門K，P中充滿氣體，Q為真空，整個系統(tǒng)與外界沒有熱交換.打開閥門K后，P中的氣體進(jìn)入Q中，最終達(dá)到平衡，則(

)A.容器中氣體的內(nèi)能減少 B.容器中氣體分子的平均動能增加C.容器中氣體分子的數(shù)密度減小 D.Q中的氣體能自發(fā)地全部退回到P中去3.如圖，一定質(zhì)量的理想氣體，用活塞封閉在開口向上的導(dǎo)熱氣缸內(nèi)．若環(huán)境溫度不變，活塞與氣缸壁間無摩擦，現(xiàn)對活塞施加向下壓力使其緩慢下降，此過程中A.氣體壓強(qiáng)增大，內(nèi)能增加 B.氣體壓強(qiáng)增大，吸收熱量C.外界對氣體做功，氣體內(nèi)能不變 D.氣體對外界做功，氣體吸收熱量4.如圖所示，一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a，經(jīng)過等溫過程ab到狀態(tài)b，再經(jīng)過等壓過程bc到狀態(tài)c，又經(jīng)等容過程ca回到狀態(tài)a。下列說法正確的是(

)A.在過程ab中，氣體的內(nèi)能增加 B.在過程bc中，氣體對外界做功C.在過程ca中，氣體對外界放熱 D.在過程abca中，氣體對外界做功5.一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a開始，經(jīng)歷狀態(tài)b、c后又回到狀態(tài)a，在該過程中氣體體積V隨熱力學(xué)溫度T變化的圖像如圖所示。下列說法正確的是(

)A.a→b過程中氣體的壓強(qiáng)減小B.b→c過程中單位時間內(nèi)、單位面積上碰撞器壁的分子數(shù)不變C.a→b過程中外界對氣體做的功小于b→c過程中氣體對外界做的功D.c→a過程中氣體放出的熱量大于其內(nèi)能減少量二、多選題。6.下列說法正確的是(

)A.外界對物體做功時，物體的內(nèi)能一定增加B.利用太陽光譜中的暗線可以分析太陽大氣層中含有的元素C.在浸潤現(xiàn)象中，附著層的液體分子比液體內(nèi)部的分子稀疏D.某同學(xué)制作一個簡易的收音機(jī)，若想接收一個頻率較高的電臺，則應(yīng)該減小線圈的匝數(shù)7.圖1是一底面積為S且導(dǎo)熱性能良好的圓柱形薄壁氣缸，氣缸內(nèi)距其水平底部高L0處有可視為質(zhì)點(diǎn)的卡點(diǎn)，氣缸上端有一密封良好且可無摩擦滑動的輕活塞，氣缸內(nèi)封閉有一定質(zhì)量的理想氣體。緩慢改變氣缸內(nèi)的溫度，使缸內(nèi)封閉氣體由狀態(tài)A經(jīng)狀態(tài)B變化到狀態(tài)C，該過程中，活塞到氣缸底部的高度L與氣缸內(nèi)熱力學(xué)溫度T的關(guān)系如圖2所示，整個過程中缸內(nèi)封閉氣體吸收的熱量為Q。已知外界環(huán)境氣壓始終為p0，氣缸內(nèi)初始熱力學(xué)溫度為T0A.在狀態(tài)A時，缸內(nèi)封閉氣體的壓強(qiáng)為0.5B.在狀態(tài)C時，LC.整個過程中，缸內(nèi)封閉氣體的內(nèi)能增加量為QD.直線BC一定不過坐標(biāo)原點(diǎn)8.一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)a經(jīng)狀態(tài)b、c、d回到狀態(tài)a，此過程氣體的p-V關(guān)系圖像如圖所示，其中b→c過程為雙曲線的一部分，a→b、c→d、d→a過程平行于坐標(biāo)軸.已知在狀態(tài)a時氣體溫度為T0，則下列說法正確的是(

)A.在狀態(tài)c時氣體的溫度為TB.a→b過程氣體放熱C.b→c過程外界對氣體做功12D.從狀態(tài)a經(jīng)一次循環(huán)再回到狀態(tài)a的過程中氣體向外吸熱大于12三、計(jì)算題。9.導(dǎo)熱性能良好、內(nèi)壁光滑的汽缸開口豎直向上放置，其上端口裝有固定卡環(huán)，如圖1所示。質(zhì)量m=0.8kg、橫截面積S=2.5×10-4m2的活塞將一定質(zhì)量的理想氣體封閉在缸內(nèi)?，F(xiàn)緩慢升高環(huán)境溫度，氣體從狀態(tài)A變化到狀態(tài)C的V-T圖像如圖2所示，已知大氣壓強(qiáng)p(1)狀態(tài)C時氣體的壓強(qiáng);(2)氣體從A到C的過程中氣體內(nèi)能增加了7.2×104J10.如圖所示，在豎直