高考物理總復(fù)習(xí) 第11章 第3講 熱力學(xué)定律與能量守恒課件 新人教版.ppt

第十一章熱學(xué) 第三講熱力學(xué)定律與能量守恒 知識(shí)點(diǎn)一熱力學(xué)第一定律和能量守恒定律1 改變物體內(nèi)能的兩種方式及異同點(diǎn) 1 做功 對(duì)物體做功可以改變物體的內(nèi)能 2 熱傳遞 熱傳遞可以改變物體的內(nèi)能 3 異同點(diǎn) 做功和熱傳遞都能夠引起系統(tǒng)內(nèi)能的改變 改變系統(tǒng)內(nèi)能的效果相同 做功是其他形式的能和內(nèi)能發(fā)生 熱傳遞是不同物體 或一個(gè)物體的不同部分 之間內(nèi)能的 轉(zhuǎn)化 轉(zhuǎn)移 2 熱力學(xué)第一定律一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)能增量等于外界向它傳遞的熱量與外界對(duì)它所做的功的和 即當(dāng)外界既對(duì)系統(tǒng)做功又對(duì)系統(tǒng)傳熱時(shí) 系統(tǒng)的內(nèi)能增量 u 3 能量守恒定律能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生 也不會(huì)憑空 它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式 或者從一個(gè)物體到別的物體 在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中 能量的總量保持不變 w q 消失 轉(zhuǎn)移 1 u w q中正 負(fù)號(hào)法則 2 u q w的三種特殊情況 1 若過程是絕熱的 則q 0 w u 外界對(duì)物體做的功等于物體內(nèi)能的增加 2 若過程是等容的 即w 0 q u 物體吸收的熱量等于物體內(nèi)能的增加 3 若過程是等溫的 即 u 0 則w q 0或w q 外界對(duì)物體做的功等于物體放出的熱量 3 對(duì)溫度 內(nèi)能 熱量和功的三點(diǎn)說明 1 溫度 內(nèi)能 熱量和功是熱學(xué)中相互關(guān)聯(lián)的四個(gè)物理量 當(dāng)物體的內(nèi)能改變時(shí) 溫度不一定改變 只有當(dāng)通過熱傳遞改變物體內(nèi)能時(shí)才會(huì)有熱量傳遞 但能的形式?jīng)]有發(fā)生變化 2 熱量是熱傳遞過程中的特征物理量 和功一樣是過程量 離開過程談熱量毫無意義 就某一狀態(tài)而言 只有 內(nèi)能 根本不存在 熱量 和 功 因此不能說一個(gè)系統(tǒng)中含有 多少熱量 或 多少功 3 物體的內(nèi)能大 并不意味著物體一定會(huì)對(duì)外做功或向外傳遞熱量 只有物體的內(nèi)能變化比較大時(shí) 做的功或傳遞的熱量才會(huì)多 1 一定質(zhì)量的理想氣體在某一過程中 外界對(duì)氣體做功7 0 104j 氣體內(nèi)能減少1 3 105j 則此過程 a 氣體從外界吸收熱量2 0 105jb 氣體向外界放出熱量2 0 105jc 氣體從外界吸收熱量6 0 104jd 氣體向外界放出熱量6 0 104j 解析 根據(jù)熱力學(xué)第一定律 w q u 所以q u w 1 3 105j 7 0 104j 2 0 105j 即氣體向外界放出熱量2 0 105j 答案 b 知識(shí)點(diǎn)二熱力學(xué)第二定律1 常見的兩種表述 1 克勞修斯表述 按熱傳遞的方向性來表述 熱量不能自發(fā)地從物體傳到物體 2 開爾文表述 按機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化過程的方向性來表述 不可能從吸收熱量 使之完全變成功 而不產(chǎn)生其他影響 低溫 高溫 單一熱源 2 第二類永動(dòng)機(jī) 違背宏觀熱現(xiàn)象方向性的機(jī)器被稱為第二類永動(dòng)機(jī) 這類永動(dòng)機(jī)不違背 但它違背了 也是不可能制成的 能量守恒守律 熱力學(xué)第二定律 1 對(duì)熱力學(xué)第二定律的理解在熱力學(xué)第二定律的表述中 自發(fā)地 不產(chǎn)生其他影響 的涵義 自發(fā)地 指明了熱傳遞等熱力學(xué)宏觀現(xiàn)象的方向性 不需要借助外界提供能量的幫助 不產(chǎn)生其他影響 的涵義是發(fā)生的熱力學(xué)宏觀過程只在本系統(tǒng)內(nèi)完成 對(duì)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)熱力學(xué)第二定律的每一種表述 都揭示了大量分子參與宏觀過程的方向性 進(jìn)而使人們認(rèn)識(shí)到自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性 熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體 但在有外界影響的條件下 熱量可以從低溫物體傳到高溫物體 如電冰箱 在引起其他變化的條件下內(nèi)能可以全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能 如氣體的等溫膨脹過程 2 關(guān)于兩類永動(dòng)機(jī)和熱力學(xué)的兩個(gè)定律 下列說法正確的是 a 第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成是因?yàn)檫`反了熱力學(xué)第一定律b 第一類永動(dòng)機(jī)不可能制成是因?yàn)檫`反熱力學(xué)第二定律c 由熱力學(xué)第一定律可知做功不一定改變內(nèi)能 熱傳遞也不一定改變內(nèi)能 但同時(shí)做功和熱傳遞一定會(huì)改變內(nèi)能d 由熱力學(xué)第二定律可知熱量從低溫物體傳向高溫物體是可能的 從單一熱源吸收熱量 完全變成功也是可能的 解析 第一類永動(dòng)機(jī)違反熱力學(xué)第一定律 第二類永動(dòng)機(jī)違反熱力學(xué)第二定律 a b錯(cuò) 由熱力學(xué)第一定律可知w 0 q 0 但 u w q可以等于0 c錯(cuò) 由熱力學(xué)第二定律可知d中現(xiàn)象是可能的 但不引起其他變化是不可能的 d對(duì) 答案 d 知識(shí)點(diǎn)三能源與環(huán)境 能源的開發(fā)和應(yīng)用1 能量耗散集中度較高因而也是有序度較高的能量 如機(jī)械能 電能 化學(xué)能等 當(dāng)它們變?yōu)榄h(huán)境的內(nèi)能后 就成為更加分散因而也是無序度更大的能量 我們無法把這些分散的內(nèi)能重新收集起來加以利用 這樣的轉(zhuǎn)化過程叫做能量耗散 2 能量品質(zhì)降低各種形式的能量向內(nèi)能的轉(zhuǎn)化 是無序程度較小的狀態(tài)向無序程度較大的狀態(tài)的轉(zhuǎn)化 是能夠自動(dòng)發(fā)生 全額發(fā)生的 而內(nèi)能向機(jī)械能的轉(zhuǎn)化過程是有條件的 即環(huán)境中必須存在著溫度差 而且內(nèi)能不能全額轉(zhuǎn)化為機(jī)械能 因此 從可被利用的價(jià)值來看 內(nèi)能較之機(jī)械能 電能等 是一種低品質(zhì)的能量 3 節(jié)約能源能量耗散雖然不會(huì)使能的總量減少 卻會(huì)導(dǎo)致能量品質(zhì)的降低 它實(shí)際上將能量從高度有用的形式降級(jí)為不大可用的形式 故能量雖然不會(huì)減少但能源會(huì)越來越少 所以要節(jié)約能源 2011 廣東高考 如圖為某種椅子與其升降部分的結(jié)構(gòu)示意圖 m n兩筒間密閉了一定質(zhì)量的氣體 m可沿n的內(nèi)壁上下滑動(dòng) 設(shè)筒內(nèi)氣體不與外界發(fā)生熱交換 在m向下滑動(dòng)的過程中a 外界對(duì)氣體做功 氣體內(nèi)能增大b 外界對(duì)氣體做功 氣體內(nèi)能減小c 氣體對(duì)外界做功 氣體內(nèi)能增大d 氣體對(duì)外界做功 氣體內(nèi)能減小 解析 m向下滑動(dòng)的過程中 氣體體積減小 故外界對(duì)氣體做功 w 0 下滑過程不與外界發(fā)生熱交換 q 0 由熱力學(xué)第一定律 u w q可知內(nèi)能增大 a正確 b c d錯(cuò)誤 答案 a 判定物體內(nèi)能變化的方法1 當(dāng)做功和熱傳遞兩種過程同時(shí)發(fā)生時(shí) 內(nèi)能的變化就要用熱力學(xué)第一定律進(jìn)行綜合分析 2 做功情況看氣體的體積 體積增大 氣體對(duì)外做功 w為負(fù) 體積縮小 外界對(duì)氣體做功 w為正 3 與外界絕熱 則不發(fā)生熱傳遞 此時(shí)q 0 4 如果研究對(duì)象是理想氣體 則由于理想氣體沒有分子勢(shì)能 所以當(dāng)它的內(nèi)能變化時(shí) 主要體現(xiàn)在分子動(dòng)能的變化上 從宏觀上看就是溫度發(fā)生了變化 變式訓(xùn)練 1 2013 江西重點(diǎn)中學(xué)聯(lián)考 關(guān)于物體的內(nèi)能變化 下列說法正確的是 a 物體吸收熱量 內(nèi)能一定增大b 物體對(duì)外做功 內(nèi)能一定減小c 物體吸收熱量 同時(shí)對(duì)外做功 內(nèi)能可能不變d 物體放出熱量 同時(shí)對(duì)外做功 內(nèi)能可能不變 解析 物體吸收熱量 若同時(shí)對(duì)外做功 內(nèi)能不一定增大 選項(xiàng)a錯(cuò)誤 物體對(duì)外做功 若同時(shí)吸收熱量 內(nèi)能不一定減小 選項(xiàng)b錯(cuò)誤 物體吸收熱量 同時(shí)對(duì)外做功 內(nèi)能可能不變 選項(xiàng)c正確 物體放出熱量 同時(shí)對(duì)外做功 內(nèi)能一定減小 選項(xiàng)d錯(cuò)誤 答案 c 如圖所示為電冰箱的工作原理示意圖 壓縮機(jī)工作時(shí) 強(qiáng)迫制冷劑在冰箱內(nèi)外的管道中不斷循環(huán) 在蒸發(fā)器中制冷劑汽化吸收箱體內(nèi)的熱量 經(jīng)過冷凝器時(shí)制冷劑液化 放出熱量到箱體外 1 下列說法正確的是a 熱量可以自發(fā)地從冰箱內(nèi)傳到冰箱外b 電冰箱的制冷系統(tǒng)能夠不斷地把冰箱內(nèi)的熱量傳到外界 是因?yàn)槠湎牧穗娔躢 電冰箱的工作原理不違反熱力學(xué)第一定律d 電冰箱的工作原理違反熱力學(xué)第一定律 2 電冰箱的制冷系統(tǒng)從冰箱內(nèi)吸收的熱量與釋放到外界的熱量相比 有怎樣的關(guān)系 解析 1 熱力學(xué)第一定律是熱現(xiàn)象中內(nèi)能與其他形式能的轉(zhuǎn)化規(guī)律 是能的轉(zhuǎn)化和守恒定律的具體表現(xiàn) 適用于所有的熱學(xué)過程 故c正確 d錯(cuò)誤 由熱力學(xué)第二定律可知 熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體 除非有外界的影響或幫助 電冰箱把熱量從低溫的內(nèi)部傳到高溫的外部 需要壓縮機(jī)的幫助并消耗電能 故b正確 a錯(cuò)誤 2 由熱力學(xué)第一定律可知 電冰箱制冷系統(tǒng)從冰箱內(nèi)吸了收熱量 同時(shí)消耗了電能 釋放到外界的熱量比從冰箱內(nèi)吸收的熱量多 答案 1 bc 2 見解析 變式訓(xùn)練 2 2013 南寧模擬 下列說法正確的是 a 在一房間內(nèi) 打開一臺(tái)冰箱的門 再接通電源 過一段時(shí)間后 室內(nèi)溫度就會(huì)降低b 從目前的理論看來 只要實(shí)驗(yàn)設(shè)備足夠高級(jí) 可以使溫度降低到 274 c 第二類永動(dòng)機(jī)是不能制造出來的 盡管它不違反熱力學(xué)第一定律 但它違反熱力學(xué)第二定律d 機(jī)械能可以自發(fā)地全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 內(nèi)能也可以全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能而不引起其他變化 解析 根據(jù)能量守恒定律 在一房間內(nèi) 打開一臺(tái)冰箱的門 電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 室內(nèi)溫度就會(huì)升高 選項(xiàng)a錯(cuò)誤 根倨熱力學(xué)第三定律 從目前的理論看來 不管實(shí)驗(yàn)設(shè)備如何高級(jí) 不可以使溫度降低到 274 選項(xiàng)b錯(cuò)誤 第二類永動(dòng)機(jī)是不能制造出來的 盡管它不違反熱力學(xué)第一定律 但它違反熱力學(xué)第二定律 選項(xiàng)c正確 機(jī)械能可以自發(fā)地全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 根據(jù)熱力學(xué)第二定律 內(nèi)能不可以全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能而不引起其他變化 選項(xiàng)d錯(cuò)誤 答案 c 6分 2012 山東高考 如圖所示 粗細(xì)均勻 導(dǎo)熱良好 裝有適量水銀的u型管豎直放置 右端與大氣相通 左端封閉氣柱長l1 20cm 可視為理想氣體 兩管中水銀面等高 現(xiàn)將右端與一低壓艙 未畫出 接通 穩(wěn)定后右管水銀面高出左管水銀面h 10cm 環(huán)境溫度不變 大氣壓強(qiáng)p0 75cmhg 1 求穩(wěn)定后低壓艙內(nèi)的壓強(qiáng) 用 cmhg 作單位 2 此過程中左管內(nèi)的氣體對(duì)外界 選填 做正功 做負(fù)功 或 不做功 氣體將 選填 吸熱 或 放熱 1 設(shè)u形管橫截面積為s 右端與大氣相通時(shí)左管中封閉氣體壓強(qiáng)為p1 右端與一低壓艙接通后 左管中封閉氣體壓強(qiáng)為p2 氣柱長度為l2 穩(wěn)定后低壓艙內(nèi)的壓強(qiáng)為p 左管中封閉氣體發(fā)生等溫變化 根據(jù)玻意耳定律得p1v1 p2v2 p1 p0 p2 p ph v1 l1s v2 l2s 由幾何關(guān)系得h 2 l2 l1 聯(lián)立 式 代入數(shù)據(jù)得p 50cmhg 4分 2 左管內(nèi)氣體的體積增大 說明氣全體膨脹對(duì)外做正功 由于氣體溫度不變 根據(jù)熱力第一定律可得w q 0 故氣體對(duì)外界吸熱 2分 答案 1 50cmhg 2 做正功吸熱 氣體實(shí)驗(yàn)定律與熱力學(xué)定律的綜合問題的處理方法1 氣體實(shí)驗(yàn)定律研究對(duì)象是一定質(zhì)量的理想氣體 2 解決具體問題時(shí) 分清氣體的變化過程是求解問題