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走向高考·物理路漫漫其修远兮吾将上下而求索人教版·高考一轮总复习选考内容选修3-3第3讲热力学定律与能量守恒定律考点体验题型突破课后强化作业考点体验考点自清1．内能任何一个热力学系统都必定存在一个只依赖于系统自身状态的物理量，这个物理量在的差别与外界在绝热过程中对系统所做的相联系。鉴于功是能量转化的量度，所以这个物理量必定是系统的一种，我们称它是系统的内能。两个状态功和内能功能量2．内能变化和做功的关系系统由状态1经绝热过程达到状态2时，内能的增加量，即绝热过程中：内能的增加量等于外界对系统所做的。当外力做正功时，系统内能，外力做负功时，系统内能，且内能变化量等于外力所做的功。ΔU＝W功增加减少归纳领悟1．做功改变物体内能的过程是将其他形式的能(如机械能)与内能相互转化的过程，做功使物体内能发生变化时，内能改变了多少用做功的数值来量度。外界对物体做多少功，物体的内能就增加多少；物体对外界做多少功，物体的内能就减少多少。2．在绝热过程中，压缩气体，外界对气体做了功，气体的内能增加，气体内能的增加量等于外界对气体做的功；气体膨胀，是气体对外界做功，气体内能减少，气体内能的减少量等于气体膨胀对外做的功。注意气体在真空中膨胀时，不会受到来自外界的压力，属于自由膨胀，气体不需要做功。考点自清1．热传递(1)两个不同的物体相互接触时，热量从物体传到物体。这样的过程叫做。(2)热传递有三种方式：、和。热和内能温度高温低温热传递热传导热对流热辐射2．热和内能(1)热量是在单纯的传热过程中系统内能变化的量度。当系统由状态1经过单纯的传热过程达到状态2，内能的增量ΔU＝U2－U1就等于外界向系统传递的热量Q，即。系统吸收了多少热量，系统的内能就多少；系统放出了多少热量，系统的内能就多少。(2)做功和热传递对改变物体的内能是的。ΔU＝Q增加减少等效归纳领悟1．热传递(1)热传递的条件：两物体温度不同。只要存在温度差，热传递过程就会进行，与原来物体内能的多少大小无关。热传递过程能量可以由内能大的物体传到内能小的物体上，也可以由内能小的物体传到内能大的物体上。(2)热传递的三种方式：热传导、热对流、热辐射热传递的三种方式各有特点。传导的特点在于沿着物体但不伴之以物质的迁移，所以多发生于固体上；对流则是靠物质的流动来传递热，所以对流是液体和气体特有的传热方式；辐射则无需物质作为媒介，而是以直线方式向外传递的。(3)热传递过程实质是能量转移的过程。2．做功和热传递在本质上是不同的做功使物体的内能改变，是其他形式的能量和内能之间的转化(不同形式能量间的转化)。热传递使物体的内能改变，是物体间内能的转移(同种形式能量的转移)。考点自清1．热力学第一定律当外界既对系统做功又对系统传热时，内能的增量应该是ΔU＝，也就是说，一个热力学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。这个关系叫做。W＋Q热力学第一定律热力学第一定律2．能量守恒定律能量既不能凭空，也不能凭空，它只能从一种形式为另一种形式，或者从一个物体到另一个物体，在转化和转移的过程中其总量不变，这就是能的转化与守恒定律。产生消失转化转移归纳领悟1．应用热力学第一定律时要明确(1)热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种改变内能过程是等效的，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。此定律是标量式，应用时热量的单位应统一为国际单位制中的焦耳。(2)应用此定律前应准确理解各物理量的意义。为方便、准确，通常规定各标量的正、负。正、负的含义如下：ΔU是物体内能的增量。当物体内能增加时取“＋”号，减少时取“－”号。W是外界对系统做的功。当外界对系统做功时取“＋”号，当系统对外界做功时取“－”号。Q是外界与系统之间传递的热量。当外界传递给系统热量(系统吸热)时取“＋”号，当系统向外界传递热量(系统放热)时取“－”号。2．能量转化与守恒定律的意义(1)能的转化与守恒定律是自然界的普遍规律，热力学第一定律就是能的转化与守恒定律在改变物体内能这一特定过程中的具体体现。(2)一切违背能的转化与守恒定律的过程是不可能实现的，能的转化与守恒定律证明永动机不可能制成。(3)能的转化与守恒定律是认识自然，改造自然的有力武器，这个定律将广泛的自然科学技术领域联系起来，使不同领域的科学工作者有一个共同语言。考点自清1．热力学第二定律的两种表述表述一：不可能使由低温物体传递到而不引起其他；表述二：不可能从并把它全部用来对外而不引起其他变化。热量高温物体变化单一热源吸收热量做功热力学第二定律2．第二类永动机：只从吸取热量，使之全部用来做功，而不引起其他变化的热机。单一热源归纳领悟1．热力学第二定律的理解(1)热力学第二定律揭示了自然界中进行的涉及热现象的宏观过程(或自然界中实际的宏观过程)都具有方向性。热现象是与大量分子的无规则运动相联系的，因此，自然界中存在的凡涉及与分子热运动有关的宏观过程都是有方向性的。这就是热力学第二定律的实质。(2)热力学第二定律说明自然界中各种不可逆过程都是相关联的，即由某一过程的不可逆性可推出另一过程的不可逆性。(3)热力学第二定律已在物理、化学、生物等自然学科中有着重要的应用，对我们认识自然、利用自然有重要的指导意义。2．热力学第二定律与热力学第一定律的关系热力学第一定律中，摩擦力做功可以全部转化为热。热力学第二定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。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动从低温物体传向高温物体。热力学第一定律说明在任何过程中能量必守恒，热力学第二定律却说明并非所有能量守恒过程均能实现，热力学第二定律是反映自然界过程进行的方向和条件的一个规律，它指出自然界中出现的过程是具有方向性的，某些方向的过程可以实现，而另一些方向的过程则不能实现。在热力学中，它和第一定律相辅相成，缺一不可。考点自清1．如果一个“宏观态”对应的“微观态”比较多，就说这个“宏观态”是比较的。2．自发的过程总是倾向于出现与对应的宏观态，因此自发的过程总是从向着发展的。无序热力学第二定律的微观解释较多微观态有序无序3．一切自然过程总是沿着分子热运动的的方向进行，这就是热力学第二定律的微观意义。无序性增大归纳领悟热力学第二定律微观意义的理解系统的热力学过程就是大量分子无序运动状态的变化。从微观看，在功转化为热的过程中，自然过程是大量分子从有序运动状态向无序运动状态转化的过程，但其逆过程却不能自动地进行，即不可能由大量分子无规则的热运动自动转变为有序运动。从微观看，热传递的过程中，自然过程是大量分子从无序程度小的运动状态向无序程度大的运动状态转化的过程，其逆过程不能自动进行。大量分子无序运动状态变化的方向总是向无序性增大的方向进行，即一切自然过程总是沿着无序性增大的方向进行，这就是热力学第二定律的微观意义。考点自清1．各种形式的能最终都转化成，流散到周围的环境中，分散在环境中的内能不管数量多么巨大，它也只不过能使地球大气稍稍变暖一点，却再也不能驱动机器做功了。这样的转化过程叫做“”。内能能量耗散能量耗散3．从可被利用的价值来看，内能较之机械能、电能等，是一种的能量。由此可知，能量耗散虽然不会导致能的总量，却会导致能量品质的，实际上是将能量从高度有用的形式降级为不大可用的形式。低品质减少降低归纳领悟1．煤、石油、天然气等能源储存着高品质的能量，在利用它们的时候，高品质的能量释放出来并最终转化为低品质的内能。2．能量虽然不会减少但能源会越来越少，所以要节约能源。题型突破命题规律根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q，判断通过做功和热传递改变物体内能或吸放热、做功的情况等。对热力学第一定律的理解和应用(2012·辽宁鞍山)氧气钢瓶充气后压强高于外界大气压，假设缓慢漏气时瓶内外温度始终相等且保持不变，忽略氧气分子之间的相互作用，在该漏气过程中瓶内氧气()A．分子总数减少，分子总动能不变B．密度降低，分子平均动能不变C．吸收热量，膨胀做功D．压强降低，不对外做功[解析]因分子热运动的平均动能由温度决定，漏气过程分子平均动能不变，由Ek总＝nEk，所以分子总数减少，分子总动能也减少，故A错；由ρ＝mV，因m减少，V不变，故密度降低，故B正确；因漏气过程，瓶内氧气体积膨胀，对外做功，由ΔU＝W＋Q，因分子势能为零，故ΔU＝0，则Q0，所以漏气过程瓶内氧气吸收热量，故C正确，D错误。[答案]BC(2012·广东理综)景颇族的祖先发明的点火器如图所示，用牛角做套筒，木制推杆前端粘着艾绒，猛推推杆，艾绒即可点燃，对筒内封闭的气体，在此压缩过程中()A．气体温度升高，压强不变B．气体温度升高，压强变大C．气体对外界做正功，气体内能增加D．外界对气体做正功，气体内能减少[答案]B[解析]猛推推杆，封闭在套筒中的气体被压缩，外界对气体做功，套筒由牛角做成，导热能力很差，且压缩过程用时极短，故压缩过程可看做绝热过程．由ΔE＝W可知气体的内能增加，温度升高，根据pVT＝C可知因T增大，V减小，故P增大，选项B正确。命题规律根据能的转化和守恒定律，确定物体内能的变化情况。能的转化和守恒定律如图所示，内壁光滑的圆柱形气缸竖直固定在水平地面上，气缸开口向上，一面积为0.01m2的活塞密封了一定量的空气，在活塞的上方竖直固定一支架，在支架的O点通过细线系一质量为m＝8kg的球，球心到O点的距离为L＝2m。活塞与支架的总质量为M＝12kg，已知当地的重力加速度g＝10m/s2，大气压强p＝1.00×105Pa，气缸和活塞都是绝热的。现将细线拉直到水平，稳定后由静止释放球，当球第一次运动到最低点时，活塞下降了h＝0.2m且活塞的速度恰好为零，此时细线中的拉力为F＝252N。求球由静止释放到第一次运动到最低点的过程中气缸中的气体增加的内能ΔU。[解析]设球在第一次运动到最低点时的速度为v，则根据牛顿第二定律得：F－mg＝mv2L根据热力学第一定律和能量守恒定律可知，球由静止释放到第一次运动到最低点的过程中气缸中气体增加的内能为：ΔU＝pSh＋Mgh＋mg(L＋h)－12mv2联立两式，代入数值得ΔU＝228J。[答案]228J(2012·济南高三模拟二)某学校科技兴趣小组，利用废旧物品制作了一个简易气温计：在一个空葡萄酒瓶中插入一根两端开口的玻璃管，玻璃管内有一段长度可忽略的水银柱，接口处用蜡密封，将酒瓶水平放置，如图所示。已知：该装置密封气体的体积为560cm3，玻璃管内部横截面积为0.5cm2，瓶口外的有效长度为48cm。当气温为7℃时，水银柱刚好处在瓶口位置。(1)求该气温计能测量的最高气温；(2)假设水银柱从瓶口处缓慢移动到最右端的过程中，密封气体从外界吸收3.2J热量，问在这一过程中该气体的内能如何变化？变化了多少？(已知大气压为1×105Pa)[答案](1)19℃(2)增加0.8J[解析](1)当水银柱到达管口时，所测气温最高，设为T2，此时气体体积为V2初状态：T1＝(273＋7)K＝280K；V1＝560cm3末状态V2＝(560＋48×0.5)cm3＝584cm3由等压变化知：V1T1＝V2T2代入数据得T2＝292K即19℃(2)内能增加水银柱移动过程中，外界对气体做功W＝－p0SL＝－1×105×0.5×10－4×48×10－2J＝－2.4J由热力学第一定律知内能变化为ΔU＝W＋Q＝－2.4J＋3.2J＝0.8J。命题规律根据热力学第二定律，判断有关说法是否正确。如图所示为电冰箱的工作原理示意图。压缩机工作时，强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环，蒸发器中的制冷剂汽化吸收箱体内的热量，经过冷凝器时制冷剂液化，放出热量到箱体外。下列说法中正确的是()热力学第二定律的理解A．热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外B．电冰箱的制冷系统能够不断地把冰箱内的热量传到外界，是因为其消耗了电能C．电冰箱的工作原理不违反热力学第二定律D．电冰箱的工作原理违反热力学第二定律[解析]由热力学第二定律可知，热量不能自发地从低温物体传给高温物体，除非有外界的影响或帮助。电冰箱把热量从低温的内部