高考复习-第十三章-物态及物态变化-热力学定律.doc

《新课标》高三物理（人教版）第一轮复习单元讲座

物理3－3 选修教材（选考内容）

第十三章 物态和物态变化 热力学定律

课时安排：2课时
教学目标：1．知道热力学第一定律的内容，会讨论物体内能的变化情况
2．知道热力学第二定律的内容，了解热传导的方向性
3．能够运用所学知识分析解决有关的热现象
本讲重点：热力学第一定律，物体内能的变化
本讲难点：1．热力学第一定律，物体内能的变化
2．热力学第二定律，热传导的方向性
考点点拨：1．关于物体的内能及内能变化――热力学第一定律
2．关于热传导的方向性――热力学第二定

第一课时

一、考点扫描
（一）知识整合
1．内能的概念
（1）分子的平均动能______是分子平均动能的标志．______越高，分子平均动能越大．
（2）分子势能：
①意义：由于分子间存在____________所以分子具有由它们的位置决定的能，称为分子势能．
②分子势能的决定因素。
微观上：决定于分子间距和分子排列情况．宏观上：跟物体体积有关．
分子势能的变化与分子间距离的变化有关，宏观上，跟物体的体积有关，当r > r。时，分子力为引力，当r增大时，分子力做____功，分子势能______；当r < r。时．分子力为斥力，r 减小，分子力做___ 功，分子势能______；当r=r。时，分子势能______（不等于零）。
（3）物体的内能：______________________________；叫物体的内能．
内能是状态量．物体的内能是由物质的______、______、______等因素所决定的。
2．物体的内能的变化
改变物体的内能有两种方式：①做功是其他形式的能与内能_____的过程，内能改变了多少用______量度．②热传递是______的过程，内能改变了多少用______来量度。
热传递的条件：________________________，热量自动地从__________向_________传递，当______时达到平衡即热平衡。
做功和热传递在改变物体的内能上是等效的，但本质有区别。
3．热力学第一定律
（1）内容：__________________________________________________
（2）表达式：________________________________________________
（3）符号法则：_______________________________________________
4热力学第二定律
内容：______________________________________________________
表述一：____________________________________________________
表述二：____________________________________________________
5．能的转化和守恒定律
内容：____________________________________________________
6．第一类永动机违背_________________________________________
第二类永动机虽然不违背____________，但违背_________________
（二）重难点阐释
1、功与热的异同
（1）功与热的相同点：它们在引起物体内能的变化上是等效的。
（2）功与热传递的不同点：热传递是一个物体的内能转移为另一个物体的内能，做功是其他形式的能与物体内能间的转化。
2、温度、内能、热量、热能等概念的区别
（1）温度：表示物体的冷热程度，是物体分子平均动能大小的标志，它是大量分子热运动的集体表现，对个别分子来说，温度没有意义。
（2）内能：物体内所有分子动能和势能的总和，它是由大量分子的热运动和分子的相对位置所决定的能。
（3）热量：是热传递过程中内能的改变量，热量用来量度热传递过程中内能转移的量
（4）热能：是内能通俗的说法。
温度和内能是状态量，热量则是过程量，热传递的前提条件是存在温差，传递的是热量，实质上是内能的转移。
4．分析物体内能变化的方法有两种
（1）根据物体内能的组成来分析，物体的内能是组成物体的所有分子动能和势能的总和，由温度的变化来判断分子平均动能的变化．由体积的变化来判断分子力做功的正负从而判断分子势能的变化，最后确定物体内能的变化。
（2）根据能量守恒定律，热力学第一定律来分析，先弄清楚能量的转化关系和转化的方向，即物体是吸热还是放热，是物体对外做功还是外界对物体做功，最后判断内能是增加还是减小．例如有些固体溶解为液体，无法判断分子势能的变化，则只能运用第二种方法分析。
二、高考要点精析
（一）关于物体的内能及内能变化――热力学第一定律
☆考点点拨
内能：物体内所有分子动能和势能的总和，它是由大量分子的热运动和分子的相对位置所决定的能。要同时考虑做功和热传递两个途径来确定内能的变化。即根据能量守恒定律，热力学第一定律来分析，先弄清楚能量的转化关系和转化的方向，即物体是吸热还是放热，是物体对外做功还是外界对物体做功，最后判断内能是增加还是减小．例如有些固体溶解为液体，无法判断分子势能的变化，则只能运用第二种方法分析。
【例1】 关于物体的内能．正确的说法是（ ）
A.温度、质量相同的物体具有相等的内能
B．物体的内能与物体的体积有关
C．机械能越大的物体，内能也一定越大
D．温度相同的两物体具有相同的内能
解析：物体内所有分子的动能与势能之和叫内能，温度相同，分子平均动能相同；质量相同，分子个数不一定相同，还有分子势能，故A、D不正确，机械能大的物体内能不一定大，故C不正确。答案：B
【例2】 一定质量的气体从外界吸收了4. 2 × 105 J的热量．同时气体对外做了6×105J的功，问：（1）物体的内能变化了多少？（2）分子势能是增加还是减少？（3）分子动能如何变化？
解析：可根据热力学第一定律：∆E= W+Q定量分析。
（1）因气体从外界吸收热量，所以Q=4. 2 × 105 J
气体对外做功6×105J，则外界对气体做功W= –6×105J
据热力学第一定律∆E= W+Q得∆E = –6×105+4. 2 × 105 J= –1.8× 105 J
所以物体内能减少了1. 8 ×105J.
（2）因为气体对外做功，体积膨胀．分子间距离增大了，分子力做负功，气体的分子势能增加了．
（3）因为气体内能减少了，而分子势能增加了，所以分子动能必然减少了．且分子动能的减少量一定大于分子势能的增量。
【例3】如图所示，固定容器及可动活塞P都是绝热的，中间有一导热的固定隔板B, B的两边分别盛有气体甲和乙,现将活塞P缓慢地向B移动一段距离，已知气体的温度随其内能的增加而升高,在移动P的过程中（ ）
A．外力对乙做功；甲的内能不变。
B．外力对乙做功；乙的内能不变。
C．乙传递热量给甲；乙的内能增加。
D．乙的内能增加；甲的内能不变。
解析：审题时要弄清隔板是固定且导热．当活塞P向B移动时．外力做功．气体乙的内能增加．气体乙的温度升高，乙通过导热板B向气体甲传热．因此甲的内能增加．因此选项A、B、D错误．选项C正确．本题考生的主要失误：在分析气体乙内能时，部分考生认为外力做功使乙的内能增加．但乙向甲传热又会使乙的内能减少．无法判断乙的内能增加或减少或不变．产生困惑。正确答案为选项C。
☆考点精炼
1．有一个小气泡从水池底缓慢地上升，气泡跟水不发生热传递，而气泡内气体体积不断增大，小气泡上升过程中（ ）
A．由于气泡克服重力做功，内能减少
B．由于重力和浮力的合力对气泡做功，内能增加
C．由于气泡内气体膨胀做功，内能增加
D．由于气泡内气体膨胀做功，内能减少
2．下列关于热现象的说法．正确的是（ ）
A．外界对物体做功．物体的内能一定增加
B．气体的温度升高，气体的压强一定增大
C．任何条件下，热量都不会由低温物体传递到高温物体
D．任何热机都不可能使燃料释放的热量完全转化为机械能
h
甲
乙
3．如图所示．气缸放置在水平地面上，质量为m的活塞将气缸分成甲、乙两气室，两气室充有气体，汽缸、活塞是绝热的且不漏气．开始活塞被销钉固定，现将销钉拔掉、活塞最终静止在据原位置下方h处，设活塞移动前后甲气体内能的变化量为∆E，不计气体重心改变的影响，下列说法的是（ ）
A．∆E=mgh
B．∆E> mgh
C．∆E<mgh
D．以上三种均有可能

第二课时

（二）关于热传导的方向性――热力学第二定律
☆考点点拨
（1）热传导的方向性。热传导的过程是有方向性的，这个过程可以向一个方向自发地进行（热量会自发地从高温物体传给低温物体），但是向相反的方向却不能自发地进行。
（2）第二类永动机不可能制成。我们把没有冷凝器，只有单一热源，从单一热源吸收热量全部用来做功，而不引起其它变化的热机称为第二类永动机。这表明机械能和内能的转化过程具有方向性：机械能可以全部转化成内能，内能却不能全部转化成机械能。
（3）热力学第二定律。表述：①不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化（按热传导的方向性表述）。②不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化（按机械能和内能转化过程的方向性表述）。③第二类永动机是不可能制成的。
热力学第二定律使人们认识到：自然界种进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。它揭示了有大量分子参与的宏观过程的方向性，使得它成为独立于热力学第一定律的一个重要的自然规律。
（4）能量耗散。自然界的能量是守恒的，但是有的能量便于利用，有些能量不便于利用。很多事例证明，我们无法把流散的内能重新收集起来加以利用。这种现象叫做能量的耗散。它从能量转化的角度反映出自然界中的宏观现象具有方向性。
【例4】 图中气缸内盛有一定量的理想气体，气缸壁是导热的，缸外环境保持恒温，活塞与气缸壁的接触是光滑的，但不漏气。现将活塞杆与外界连接使其缓慢的向右移动，这样气体将等温膨胀并通过杆对外做功。若已知理想气体的内能只与温度有关，则下列说法正确的是
A．气体是从单一热源吸热，全用来对外做功，因此此过程违反热力学第二定律
B．气体是从单一热源吸热，但并未全用来对外做功，所以此过程不违反热力学第二定律
C．气体是从单一热源吸热，全用来对外做功，但此过程不违反热力学第二定律
D．ABC三种说法都不对
解析：活塞向右缓慢移动，封闭气体有足够长的时间与外界发生热传递，封闭气体的温度保持不变，因此封闭气体的内能保持不变；封闭气体的体积变大，对外界做功，由内能不变可知气体是从单一热源吸热，全用来对外做功，由于此过程要借助外界“帮助”才能实现，故过程不违反热力学第二定律。
答案：C
☆考点精炼
4．关于对永动机的认识，下列说法正确的是：
A．第一类永动机和第二类永动机都违背了能量守恒定律，所以都不可能制成
B．第一类永动机违背了能量守恒定律，第二类永动机没有违背能量守恒定律，因此，随着科学技术的迅猛发展，第二类永动机是可以制成的。
C．第一类永动机违反了热力学第一定律，第二类永动机违反了热力学第二定律，这两类永动机都不可能制成。
D．两类永动机的实质和工作原理是相同的，都是人们的美好设想，是永远不会实现的。

考点精炼参考答案
1．D 2．D 3．B
4．C 解析：第一类永动机违背了能量守恒定律，不可能制成；第二类永动机违反了热力学第二定律，也不能制成。

三、考点落实训练
1．下列说法中正确的是
A．物体吸热后温度一定升高
B．物体温度升高一定是因为吸收了热量
C．0℃的冰化为0℃的水的过程中内能不变
D．100℃的水变为100℃的水汽的过程中内能增大
2．如图所示的绝热容器，把隔板抽掉，让左侧气体自由膨胀到右侧直至平衡
A．气体对外做功，内能减少，温度降低
B．气体对外做功，内能不变，温度不变
C．气体不做功，内能不变，温度不变，压强减小
D．气体不做功，内能减少，压强减小
点评：学生容易出现的错误：认为气体体积变大就对外做功；认为压强减小，温度降低
3．如图所示，导热气缸开口向下，内有理想气体，缸内活塞可以自由滑动且不漏气，活塞下挂一个砂桶，桶内装满砂子时，活塞恰好静止。现在把砂桶底部钻一个小洞，细砂缓慢流出，并缓慢降低气缸外部环境温度，则 （ ）
A．气体压强增大，内能可能不变
B．气体对外界作功，气体温度可能降低
C．气体体积减小，压强增大，内能一定减小
D．外界对气体作功，气体内能一定增加
B
A
h2
h1
M
m
4．如图所示，开口向上的柱形容器放在水平地面上，质量为m的活塞把一定质量的理想气体封闭在柱形容器内，活塞与容器壁间的摩擦忽略不计。质量为M的物体从距活塞高h1处自由下落到活塞上，并随活塞一起下降到最低位置B处。设在这一过程中容器内气体与外界没有热交换，则可知下列说法中不正确的是 （ ）
A．活塞从A下降到B的过程中，速度先增大后减小到零
B．活塞在B处时，气体压强最大，温度最低
C．活塞从A下降到B的过程中，气体内能的增加量小于Mg（h1+h2）+mg h2+p0S h2
D．活塞从A下降到B的过程中，气体内能的增加量等于Mg（h1+h2）+mg h2+p0S h2
5．做功和热传递都能够改变物体的内能。在下列改变物体内能的方法中，属于做功过程的是（ ）
A．燃气炉火上的壶水逐渐升温的过程
B．柴油机气缸内气体被压缩的过程
C．物体在阳光下被晒热的过程
D．把烧红的铁块投入水中使铁块温度降低的过程
6．根据热力学第二定律判断，下列说法正确的是（ ）
A．内能可以自发的转变成机械能
B．扩散的过程完全可逆的。
C．火力发电时，燃烧物质的内能不可以全部转化为电能
D．热量不可能自发的从低温物体传递到高温物体
7．如图所示，两个相通的容器P、Q间装的阀门K，P中充满气体，Q内为真空，整个系统与外界没有热交换。打开阀门K后，P中的气体进入Q中，最终达到平衡，则（ ）
A．气体体积膨胀，内能增加
B．气体分子势能减少，内能增加
C．气体分子势能增加，压强可能不变
D．Q中气体不可能自发地全部退回到P中
8．下列说法中正确的是
A．任何物体的内能就是组成物体的所有分子热运动动能的总和
B．只要对内燃机不断改进，就可以把内燃机得到的全部内能转化为机械能
C．做功和热传递在改变内能的方式上是不同的
D．满足能量守恒定律的物理过程都能自发进行
9．如右题图，某同学将空的薄金属筒开口向下压入水中。设水温均匀且恒定，筒内空气无泄漏，不计气体分子间相互作用，则被淹没的金属筒在缓慢下降过程中，筒内空气体积减小，( )
A．从外界吸热 B．内能增大
C．向外界放热 D．内能减小
10．一定质量的气体从外界吸收了2.6×105J的热量，内能增加了4.2×105J。这个过程是气体对外界做功，还是外界对气体做功？做了多少功？

考点落实训练参考答案
1．解析：吸热后物体温度不一定升高，例如冰融化为水或水沸腾时都需要吸热，而温度不变，这时吸热后物体内能的增加表现为分子势能的增加，所以A不正确。做功也可以使物体温度升高，例如用力多次来回弯曲铁丝，弯曲点铁丝的温度会明显升高，这是做功增加了物体的内能，使温度上升，所以B不正确。冰化为水时要吸热，内能中的分子动能不变，但分子势能增加，因此内能增加，所以C不正确。水沸腾时要吸热，内能中的分子动能不变但分子势能增加，所以内能增大，D正确。
2．C 3．C 4．D 5．B 6．CD 7．D 8．C 9．C
10．外界对气体做功；1.6×105J

8