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选择性必修三学案第三章热力学定律总结提升体系构建L见耳的实舱一绝热过程功.热和内挖的改尘,功与内能的改变热与内能的At质-1变^,L=2Q厂表达文州热力学第一定律卜丁符号法则Ag
③热力―应用学定律能址守恒定律永动机不可处制成克劳修期表述故曾不找“自发地从低温物体传到高温物体开尔文表述不可能从单一热库呱枚热量.使之言尤金史成功,而不产生其他热力学第二定彩脸律微量耗散能游的使用过作中虽燕葩的总学保持守恒.但能能说是有限的量的
⑥品质下降了自发地
⑤§品质综合提升
①②Q
③Q+W
④提升一热力学第一定律及其应用例在如图所示的坐标系中,一定质量的某种理想气体先后发生以下两种状态变化过程第一种变化是从状态A到状态B,外界对该气体做功为;第二种变化是从状态A到状态该气体从外界吸收的热量为1图线的反向延长线过坐标原点B、两状态的温度相同,理想气体的分子势能为零求6J C,9J4C0,C从状态到状态的过程,该气体对外界做的功勿和其内能的增量△%;从状态/到状态的过程,该气体内能的增量及其从外界吸收的热量1A1答案2B AU22解析由题意知从状态/到状态的过程,气体发生等容变化109J29J3J该气体对外界做的功卬1C根据热力学第一定律有1=0△U\=-WA内能的增量+Q]状态A到状态B与状态到状态C升高相同的温度,故内能增量相同到B的过程,体AUi=Qi=9J积减小,温度升高244该气体内能的增量根据热力学第一定律有AU=△/=9J从外界吸收的热量〃+Q2综合能力提升Q2=Ag-2=3J公式△/=其揭示了内能的增Q量、外界对物体做功仞与物体从外界吸热之间的关系
1.+/•各物理量符号的意义AU Q2物理量△U WQ大于零物体的内能增加外界对物体做功物体吸热小于零物体的内能减少物体对外界做功物体放热物体对外界或外界对物体不做功等于零物体内能不变物体与外界绝热,应用热力学第一定律应注意的问题只有绝热过程△/=〃,用做功可判断内能的变化3只有在气体体积不变时,W=0,XU=Q,用吸热、放热情况可判断内能的变化1Q=0,若物体内能不变,即△/=,小和不一定等于零,而是小功和热量符号相反、2大小相等,因此判断内能变化问题一定要全面考虑3Q+Q=0,对于气体,做功小的正负一般要看气体体积变化,气体体积缩小,小〉气体体积增大,W04o0;迁移应用多选河北任丘第一中学高三月考如图所示,一定质量的理想气体从状态/依次经过状态、后又回到状态其中为等温过程下列说法正确的是L20218C4C-4过程中,单位时间内、单位面积上与器壁碰撞的分子数增加TA.A B过程中,气体放出热量过程中,气体分子的平均动能保持不变B.B-C过程中,气体吸收热量C.CT4D.C-4答案解析过程中,压强不变,体积变大,分子数密度减小,温度升高,分子平均速率变大,B;C则单位时间内、单位面积上与器壁碰撞的分子数减小,项错误;过程中,气体体积不变4-B小温度降低内能减小△/根据〃可知,气体放出热量,项正确;过程A8-C中,气体温度不变,则分子的平均动能保持不变,项正确;过程中,气体温度不变,内=0,0,AU=+Q BC-4能不变,即△/=;气体体积减小,外界对气体做功,即勿则根据△/=〃+可知,C C-4气体放出热量,项错误0,Q.对于一定质量的理想气体,下列说法错误的是D若气体的压强和体积都不变,其内能也一定不变2若气体的温度不断升高,其压强也一定不断增大A.若气体温度升高其等容过程所吸收的热量一定小于等压过程所吸收的热量B.当气体温度升高时,气体的内能一定增大C.1K,答案D.解析一定质量的理想气体的内能与温度有关,若气体的压强和体积都不变,则温度不变,其B内能也一定不变,项正确;由牛知,气体的温度不断升高,压强不一定增大,项错误;根据热力学第一定律有△〃=〃,气体温度升高相同,等容过程勿等压过程,A=C B体积增大,则勿故等容过程所吸收的热量一定小于等压过程所吸收的热量,项正确;温2+IK,AU=0,度升高,理想气体的内能一定增大,项正确V0,C提升二热力学第二定律及其D应用例多选地球上有很多的海水,它的总质量约为如果这些海水的温度降低将要放出的热量,有人曾设想利用海水放出的热量使它完全变成机械能来解决能源危2l.4xl0i8t,
0.1℃,23机,但这种机器是不能制成的,关于其原因下列说法中不正确的是
5.8x10J内能不能转化成机械能内能转化成机械能不满足热力学第一定律A.只从单一热源吸收热量并完全转化成机械能的机械不满足热力学第二定律B.机械能可全部转化为内能,内能不可能全部转化为机械能,同时不引起其他变化C答案D.解析内能可以转化成机械能,如热机,项错误;内能转化成机械能的过程满足热力学第一A;B定律,项错误;热力学第二定律告诉我们不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功,A而不引起其他变化,、项正确BC D综合能力提升.热力学第二定律的几种表现形式()热传递具有方向性11两个温度不同的物体进行接触时,热量会自发地从高温物体传给低温物体,而低温物体不可能自发地将热量传给高温物体要实现低温物体向高温物体传递热量,必须借助外界的帮助,来产生其他影响或引起其他变化()气体的扩散现象具有方向性两种2不同的气体可以自发地进入对方,最后成为均匀的混合气体,但这种均匀的混合气体,绝不会自发地分开,成为两种不同的气体()机械能和内能的转化过程具有方向性物体3在水平面上运动,因摩擦而逐渐停下来,但绝不可能出现物体吸收原来传递出去的热量后,在地面上重新运动起来()气体向真空膨胀具有方向性4气体可自发地向真空容器膨胀,但绝不可能出现气体自发地再从容器中流回,使容器变为真空.热力学第一定律与热力学第二定律的比较()关于摩擦生热热力学第一定律中,滑动摩擦力做功可以全部转化为热热力学第二定2律却说明这一热量不可能在不引起其他变化的情况下完全变成功1()关于热量的传递热力学第一定律说明,热量可以从高温物体自动传向低温物体,而热力学第二定律却说明热量不能自发地从低温物体传向高温物体2()关于能量热力学第一定律说明在任何过程中能量必定守恒,热力学第二定律却说明并非所有能量守恒过程均能实现,能量转化具有方向性3()两定律的关系热力学第一定律是和热现象有关的物理过程中能量守恒的特殊表达形式,说明功及热量与内能改变的定量关系,而热力学第二定律指出了能量转化与守恒能否实现的条4件和过程进行的方向,指出了一切变化过程的自然发展方向不可逆所以二者相互独立,又相互补充迁移应用(多选)下列说法正确的是()
1.冰箱能使热量从低温物体传递到高温物体,因此不遵循热力学第二定律A.空调工作时消耗的电能比室内温度降低所放出的热量要多自发的热传导是不可逆的B.可以通过给物体加热而使它运动起来,但不产生其他影响C.D.答案解析有外界的帮助和影响,热量可以从低温物体传递到高温物体,空调消耗的电能必大于室B;C内温度降低所放出的热量,项错误,项正确;不可能通过给物体加热而使它运动起来但不产生其他影响,这违背了热力学第二定律,项错误,项正确A BDC提升三能量守恒定律的应用例如图所示,绝热的容器内密闭一定质量的气体(不考虑分子间的作用力),用电阻丝缓慢对其加热时,绝热活塞无摩擦地上升,下列说法错误的是()3电激单位时间内气体分子对活塞碰撞的次数减少.气体吸热,气体对外做功,气体内能可能减少A.气体吸热,气体对外做功,气体内能一定增加B气体吸热一定大于气体对外做功C.答案D.解析由B题意知,气体压强不变,活塞上升,体积增大,由华为恒量知,气体温度升高,内能一定增加,由热力学第一定律知,气体吸热一定大于气体对外做功,项错误,项正确;由气体压强的微观解释知温度升高,气体分子与活塞碰撞一次对活塞的冲B击力增大,D而压强不变,综合单位时间内对活塞的冲击力不变因此单位时间内对活塞的碰撞次数减少,项正确能力提升A应用能量守恒定律解题的方法步骤()认清有多少种形式的能(例如动能、势能、内能、电能、化学能、光能等)在相互转化()分别写出减少的能量减和增加的能量增的表达式12AE AE()根据下列两种思路列出能量守恒方程槽3
①某种形式的能减少,一定存在其他形式的能增加,且减少量与增加量一定相等
②某个物体的能量减少,一定存在其他物体的能量增加,且减少量与增加量一定相等()解方程,代入数据,计算结果4各速率区间的分子数占总分子数的百分比A分子的速率某双层玻璃保温杯夹层中有少量空气,温度为久时,压强为当夹层中空气的温度升至求此时夹层中空气的压强;
2273.0x103pa当保温杯外层出现裂隙,静置足够长时间,求夹层中增加的空气质量与原有空气质量的比i37值设环境温度为大气压强为ii27l.0xl5pa答案大于;
①Y3解析1对活塞有血+2i
3.中1x细1沙0多Pa,ii中活塞下降多,外界对中气体做功多,中气体内能大于中气体内能,中气体温度高,根据分子速率分布规律可知温度升高时分子100$=25,4444速率分布峰值向右移,故曲线
①表示汽缸中气体分子的速率分布规律B4夹层内气体原状态、83温度升高后、求2i=273+27K=300K=
3.0x10Pa等容变化臂=詈=273+37K=310K p解得:3设夹层容积为V,夹层中增加的气体在压强为状态下的体积为nV,大气压强为P2=
3.1x10Pa等温变化ii pipopiVpn+V7ib=poV解得n=m pV97Am_973课标3分下列关于能量转换过程的叙述,违背热力学第一定律的有,不违背热力学第一定律、但违背热力学第二定律的有填正确答案标号
2.2020II,33,5汽车通过燃烧汽油获得动力并向空气中散热冷水倒入保温杯后,冷水和杯子的温度都变得更低A..某新型热机工作时将从高温热源吸收的热量全部转化为功,而不产生其他影响B.冰箱的制冷机工作时从箱内低温环境中提取热量散发到温度较高的室内C答案D.B;C解析燃烧汽油产生的内能一方面向机械能转化,同时向空气中散热,符合热力学第一定律和热力学第二定律;冷水倒入保温杯后,没有对外做功,同时也没有热传递,内能不可能减少,故违背热力学第一定律;某新型热机工作时将从高温热源吸收的热量全部转化为功,必然产生其他影响,故违背热力学第二定律;制冷机消耗电能工作时从箱内低温环境中提取热量散发到温度较高的室内,发生了内能的转移,同时对外界产生了影响,既不违背热力学第一定律,也不违背热力学第二定律(多选)(课标分)如图,一开口向上的导热汽缸内,用活塞封闭了一定质量的理想气体,活塞与汽缸壁间无摩擦现用外力作用在活塞上,使其缓慢下降环境温度保
3.2020ni,33,5持不变,系统始终处于平衡状态在活塞下降过程中()气体体积逐渐减小,内能增加气体压强逐渐增大,内能不变A.气体压强逐渐增大,放出热量B.外界对气体做功,气体内能不变C.外界对气体做功,气体吸收热量D.答案E.解析理想气体的内能只与温度有关,温度保持不变,所以内能不变,项错误;由理想气体B;C;D状态方程牛可知体积减小,温度不变,所以压强增大,因为温度不变A,内能不变,项正确;体积减少=C,,外界对做功,但内能不变,由热力学第一定律〃可知,气体放热B,、两项正确,项错误AU=+Q C(山东,分)一定质量的理想气体从状态开始,经a—b、btc、三个D E过程后回到初始状态其,图像如图所示已知三个状态的坐标分别为(匕))、
4.20206,3Q c—a(,)、()以下判断正确的是()a,p-a,2p b2Vo poc3Vo,2po气体在过程中对外界做的功小于在过程中对外界做的功A.a tb bt c气体在过程中从外界吸收的热量大于在过程中从外界吸收的热量在过程中,外界对气体做的功小于气体向外界放出的热量B.Q-b b T C气体在过程中内能的减少量大于过程中内能的增加量答案C.c-a解析根据气体做功的表达式/=・,可知,图线和体积横轴围成的面积表示做功大小,所D.c-a b-c C以在过程中气体对外界做的功等于过程中气体对外界做的功,项错误;气体从p△p-满足玻意耳定律a tb bt cA QTb,pV所以乙=几,所以根据热力学第一定律小可知/业气体从btc,温度升高,所以根据热力学第一定律可知△〃%=小儿,结合项可知W=C,AUab=0,AU=Q+0=Qab+bc所以Qab,bT过程气体吸收的热量大于过程气体吸收的热量,项错误;AAU0,Qbc+A“Qb=气体从温度降低,所以气体体积减小,外界对气体做功,所以皿曲根据热力0,Qbcc a—b B学第一定律可知放出热量,项正确;理想气体的内能只与温度有关,根据兀=兀可知CTQ,AUcaVO,0,,所以气体与在过程中内能的减少量等于过程中内能的增加量,Qca0,C项错误lATcal=lATbcl CTQ bTCD(天津,分)水枪是孩子们喜爱的玩具,常见的气压式水枪储水罐示意如图从储水罐充气口充入气体,达到一定压强后,关闭充气口扣动扳机将阀门打开,水即从枪
5.20205,5口喷出若在水不断喷出的过程中,罐内气体温度始终保持不变,则气体()M压强变大对外界做功A.对外界放热B.分子平均动能变大C.答案D.解析随着水向外喷出,气体的体积增大,由于温度不变,根据可知罐内气体压强减小,B项错误;由于气体体积增大,对外界做功,气体温度不变,内能不变,根据热力学第一定律pl/=C可知气体一定从外界吸收热量,项正确,项错误;温度是分子平均动能的标志,温度不变,A分子平均动能不变,项错误B CD。