第十一章选修3-3
第4课时 热力学定律与能源
【学业质量解读】
内容 学业质量水平要求 知道热力学第一定律．通过有关史实，了解热力学第一定热力学第一定律 律和能量守恒定律的发现过程，体会科学探索中的挫折和失败对科学发现的意义． 理解能量守恒定律，能用能量守恒的观点解释自然现能量守恒定律 象．体会能量守恒定律是最基本、最普遍的自然规律之一． 通过自然界中宏观过程的方向性，了解热力学第二定律． 热力学第二定律 【必备知识梳理】
一、热力学第一定律 1．改变物体内能的两种方式
(1) ； (2) ． 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热量与外界对它所做的功的和．
(2)表达式： ． 二、能源与可持续发展 1．能的转化和守恒定律
(1)内容：能量既不会凭空 ，也不会凭空 ，它只能从一种形式 为另一种形式，或者从一个物体 到别的物体，在转化或转移的过程中， 保持不变．
(2)条件性：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．例如：机械能守恒定律具有适用条件，而能量守恒定律是无条件的，是一切自然现象都遵守的基本规律．
(3)第一类永动机：违背能量守恒定律的机器被称为第一类永动机．它是不可能制成的．
2．能源的利用
(1)存在 和品质下降．
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(2)重视利用能源时对 的影响．
(3)要开发新能源(如 能、生物质能、 能、 能等)． 三、热力学第二定律 1. 热力学第二定律的几种表述
(1)热量不能自发地从_____________传到____________．即热传导的过程具有______________．
(2)不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响．即机械能与内能转化具有______________．
(3)气体向真空的自由膨胀是______________的． 2．第二类永动机
①定义：只从单一热源吸收热量，使之完全变为有用功而不引起其他变化的___________．
②第二类永动机不可能制成．第二类永动机不违背________________，但违背_________________．
【关键能力突破】
一、热力学第一定律理解
【例1】关于一定质量的理想气体，下列叙述正确的是( )
A．气体体积增大时，其内能一定减少 B．外界对气体做功，气体内能可能减少 C．气体从外界吸收热量，其内能一定增加 D．气体温度升高，其分子平均动能一定增加
【变式1】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6J；第二种变化是从状态A到状态C，该气体从外界吸收的热量为9J．图线AC的反向延长线过坐标原点O，B、C两状态的温度相同，理想气体的分子势能为零．求：
(1)从状态A到状态C的过程，该气体对外界做的功W1和其内能的增量ΔU1； (2)从状态A到状态B的过程，该气体内能的增量ΔU2及其从外界吸收的热量Q2.
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二、气态方程与热力学第一定律的综合应用
【例2】一定质量的理想气体，状态从A→B→C→D→A的变化过程可用如图所示的p－V图描述，图中p1、p2、V1、V2和V3为已知量．
(1)气体状态从A到B是________过程(选填“等容”“等压”或“等温”)； (2)状态从B到C的变化过程中，气体的温度________(选填“升高”“不变”或“降低”)；
(3)状态从C到D的变化过程中，气体________(选填“吸热”或“放热”)； (4)状态从A→B→C→D的变化过程中，气体对外界所做的总功为________．
【变式1】( 2020江苏单科)一定质量的理想气体从状态A经状态B变化到状态C，其
p?1图象如图所示，求该过程中气体吸收的热量Q. V
三、热力学第二定律
【例3】下列关于热力学第二定律的说法正确的是( )
A. 所有符合能量守恒定律的宏观过程都能发生 B. 一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的
C. 机械能可以全部转化为内能，但内能无法全部用来做功而转化成机械能 D. 气体向真空的自由膨胀是可逆的
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【学科素养提升】
１.( 2020全国2卷)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）
A. 汽车通过燃烧汽油获得动力并向空气中散热 B. 冷水倒入保温杯后，冷水和杯子的温度都变得更低
C. 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 D.
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
2.（2020苏锡常镇二模）一定质量的理想气体经历了如图所示的状态变化．已知从A到B的过程中，气体的内能减少了300 J，气体在状态C时的温度TC＝300 K，则从A到B气体放出的热量是_________J；气体在状态A时的温度为_________K．
3.（2020南通等7市三模）如图所示，一定质量的理想气体经历从状态A→B→C→A过 程,在状态C时气体的温度为T0,压强为P0,体积为V0,从状态 C→A过程中气体对外做的功为4P0V0. 求：
① 气体在状态A时温度；
② 从状态A→B→C→A的过程中，气体与外界交换的热量Q.
４. ( 2019江苏单科)如图所示，一定质量理想气体经历A→B的等压过程，B→C的绝热过程（气体与外界无热量交换），其中B→C过程中内能减少900J．求A→B→C过程中气体对外界做的总功．
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【基础综合训练】
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
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 3用密封性好、充满气体的塑料袋包裹易碎品，如图所示，充气袋四周被挤压时，假设袋内气体与外界无热交换，则袋内气体( )
A．体积减小，内能增大 B．体积减小，压强减小 C．对外界做负功，内能增大 D．对外界做正功，压强减小
【应用创新训练】
1.( 2020天津卷)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M打开，水即从枪口喷出．若在不断喷出的过程中，罐内气体温度始终保持不变，则气体（ ）
A. 压强变大 B. 对外界做功 C. 对外界放热 D. 分子平均动能变大
2. ( 2014江苏单科)一种海浪发电机的气室如图所示．工作时，活塞随海浪上升或下降，改变气室中空气的压强，从而驱动进气阀门和出气阀门打开或关闭．气室先后经历吸入、压缩和排出空气的过程，推动出气口处的装置发电．气室中的空气可视为理想气体．压缩过程中，两个阀门均关闭．若此过程中，气室中的气体与外界无热量交换，内能增加了3.4×104J，则该气体的分子平均动能 （选填“增大”、“减小”或“不变”），活塞对该气体所做的功 （选填“大于”、“小于”或“等于”）3.4×104J．
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2021届高考物理一轮复习——4热力学定律与能源(含答案)
