2011届高考物理一轮复习 3 热力学定律与能量守恒定律全程课件

1、 温故自查温故自查 1内能内能 任何一个热力学系统都必定存在一个只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，这个物依赖于系统自身状态的物理量，这个物理量在理量在的差别与外界在绝热过程中的差别与外界在绝热过程中对系统所做的对系统所做的 相联系鉴于功是能量转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化的量度，所以这个物理量必定是系统的一种的一种 ，我们称它是系统的内能，我们称它是系统的内能两个状态两个状态能量能量功功 2内能变化和做功的关系内能变化和做功的关系 系统由状态系统由状态1绝热过程达到状态绝热过程达到状态2时，内时，内能的增加量能的增加量 ，即，即 绝热过

2、程中：内能的增加量等于外界对绝热过程中：内能的增加量等于外界对系统所做的系统所做的 当外力做正功时，系统当外力做正功时，系统内能内能，外力做负功时，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且内能变化量等于外力所做的功UW功功增加增加减少减少 考点精析考点精析 1做功改变物体内能的过程是将其他形做功改变物体内能的过程是将其他形式的能式的能(如机械能如机械能)与内能相互转化的过程，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；体做多少功

3、，物体的内能就增加多少；物体对外界做多少功，物体的内能就减物体对外界做多少功，物体的内能就减少多少少多少 2在绝热过程中，压缩气体，外界对气在绝热过程中，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少，气体内能的减少量等于气体膨胀对外做的功外做的功 注意气体在真空中膨胀时，不会受到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，气体来自外界的压力，属于自由膨胀，气体不需要

4、做功不需要做功. 温故自查温故自查 1热传递热传递 (1)两个两个 不同的物体相互接触时，热不同的物体相互接触时，热量从量从物体传到物体传到 物体这样的过程叫物体这样的过程叫做做 (2)热传递有三种方式：热传递有三种方式： 、 和和 温度温度高温高温低温低温热传递热传递热传导热传导热对流热对流热辐射热辐射 2热和内能热和内能 (1)热量是在单纯的传热过程中系统内能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变化的量度当系统由状态1经过单纯的经过单纯的传热过程达到状态传热过程达到状态2，内能的增量，内能的增量UU2U1就等于外界向系统传递的热量就等于外界向系统传递的热量Q，即即 . 系

5、统吸收了多少热量，系统的内能就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，系统的内多少；系统放出了多少热量，系统的内能就能就多少多少 (2)做功和热传递对改变物体的内能是做功和热传递对改变物体的内能是的的UQ增加增加减少减少等效等效 考点精析考点精析 1热传递热传递 (1)热传递的条件：两物体温度不同热传递的条件：两物体温度不同 只要存在温度差，热传递过程就会进行，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能小的物体上，也

6、可以由内能小的物体传到内能大的物体上传到内能大的物体上 (2)热传递的三种方式：热传导、热对流、热传递的三种方式：热传导、热对流、热辐射热辐射 热传递的三种方式各有特点传导的特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，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热传递过程实质

7、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能量和内能之间的转化(不同形式能量间不同形式能量间的转化的转化) 热传递使物体的内能改变，是物体间内热传递使物体的内能改变，是物体间内能的转移能的转移(同种形式能量的转移同种形式能量的转移). 温故自查温故自查 1热力学第一定律热力学第一定律 当外界既对系统做功又对系统传热时，当外界既对系统做功又对系统传热时，内能的增量应该是内能的增量应该是U，也就，也就是说，一个热力学系统的内能增量等于是说，一个热力学系统的内能增量等于外界向它

8、传递的热量与外界对它所做的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功的和这个关系叫做 WQ热力学第一定律热力学第一定律 2能量守恒定律能量守恒定律 能量既不能凭空能量既不能凭空，也不能凭空，也不能凭空 ，它只，它只能从一种形式能从一种形式 为另一种形式，或为另一种形式，或者从一个物体者从一个物体到另一个物体，在转到另一个物体，在转化和转移的过程中其总量不变，这就是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能的转化与守恒定律产生产生消失消失转化转化转移转移 考点精析考点精析 1应用热力学第一定律时要明确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热力学

9、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用时热量的单位应统一为国际单位制中的焦耳的焦耳 (2)应用此定律前应准确理解各物理量的应用此定律前应准确理解各物理量的意义为方便、准确，通常规定各标量意义为方便、准确，通常规定各标量的正、负正、负的含义如下：的正、负正、负的含义如下：U是物是物体内能的增量当物体内能增加时取体内能的增量当物体内能增加时取“”号，减少时取号，减少时取“”号号

10、W是外是外界对系统做的功当外界对系统做功时界对系统做的功当外界对系统做功时取取“”号，当系统对外界做功时取号，当系统对外界做功时取“”号号Q是外界与系统之间传递的热是外界与系统之间传递的热量当外界传递给系统热量量当外界传递给系统热量(系统吸热系统吸热)时时取取“”号，当系统向外界传递热量号，当系统向外界传递热量(系系统放热统放热)时取时取“”号号 2能量转化与守恒定律的意义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守恒定律在改变物体内能这一

11、特定过程中的具体体现中的具体体现 (2)一切违背能的转化与守恒定律的过程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域的科学工作者有一个共同语言. 温故自查温故自查 1热力学第二定律的两种表述热力学第二定律的两种表述 表述一：不可能使表述一：不可能使由低温物体传递到由

12、低温物体传递到 而不引起其他而不引起其他 ； 表述二：不可能从表述二：不可能从并把它全部并把它全部用来对外用来对外 而不引起其他变化而不引起其他变化 2第二类永动机：只从第二类永动机：只从吸取热吸取热量，使之全部用来做功，而不引起其他量，使之全部用来做功，而不引起其他变化的热机变化的热机高温物体高温物体变化变化热量热量单一热源吸收热量单一热源吸收热量单一热源单一热源做功做功 考点精析考点精析 1热力学第二定律的理解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的涉及热现象的宏观过程(或自然界中实或自然界中实际的宏观过程际的宏观

13、过程)都具有方向性都具有方向性 热现象是与大量分子的无规则运动相联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到系的，因此，自然界中存在的凡涉及到与分子热运动有关的宏观过程都是有方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向性的这就是热力学第二定律的实质质 (2)热力学第二定律说明自然界中各种不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的不可逆性可推出另一过程的不可逆性性 (3)热力学第二定律已在物理、化学、生热力学第二定律已在物理、化学、生物等自然学科中有着重

14、要的应用，对我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们认识自然、利用自然有重要的指导意义义 2热力学第二定律与热力学第一定律的热力学第二定律与热力学第一定律的关系关系 热力学第一定律中，摩擦力做功可以全热力学第一定律中，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说明热量不能自动从低温物体传向高温物

15、体热力学第一定律说明在任何过程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，它和第一定则不能实现在热力学中，它和第一定律相辅相成，缺一不可律相辅相成，缺一不可. 温故自查温故自查 1如

16、果一个如果一个“宏观态宏观态”对应的对应的“微观态微观态”比较多，就说这个比较多，就说这个“宏观态宏观态”是比较是比较的的 2自发的过程总是倾向于出现与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对应的宏观态，因此自发的过程总是从 向着向着发展的发展的 3一切自然过程总是沿着分子热运动的一切自然过程总是沿着分子热运动的 的方向进行，这就是热力学第的方向进行，这就是热力学第二定律的微观意义二定律的微观意义无序无序较多微观态较多微观态有序有序无序无序无序性增大无序性增大 考点精析考点精析 热力学第二定律微观意义的理解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

17、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，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能由大量分子无规则的热运动自动转变为有序运动为有序运动 从微观看，热传递的过程中，自然过程从微观看，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，其无序程度大的运动状态转化的过程，其

18、逆过程不能自动进行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，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这就是热力学第二定律的微观意义. 温故自查温故自查 1各种形式的能最终都转化成各种形式的能最终都转化成内能内能，流，流散到周围的环境中，分散在环境中的内散到周围的环境中，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，却再也不能驱地球大气稍稍变暖一点，却再也不能驱动机器

19、做功了这样的转化过程叫做动机器做功了这样的转化过程叫做“” 2各种形式的能向内能转化是微观领域各种形式的能向内能转化是微观领域内无序程度较内无序程度较 向无序程度较向无序程度较 的转的转变，是能变，是能发生的、发生的、 发生的发生的能量耗散能量耗散大大自动自动全额全额小小 3从可被利用的价值来看，内能较之机从可被利用的价值来看，内能较之机械能、电能等，是一种械能、电能等，是一种的能量由的能量由此可知，能量耗散虽然不会导致能的总此可知，能量耗散虽然不会导致能的总量量 ，却会导致能量品质的，却会导致能量品质的，实际上是，实际上是将能量从高度有用的形式降级为不大可将能量从高度有用的形式降级为不大可用

20、的形式用的形式低品质低品质减少减少降低降低 考点精析考点精析 1煤、石油、天然气等能源储存着高品煤、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的能量释放出来并最终转化为低品质的内能内能 2能量虽然不会减少但能源会越来越少，能量虽然不会减少但能源会越来越少，所以要节约能源所以要节约能源 命题规律命题规律根据热力学第一定律根据热力学第一定律UWQ，判断通过做功和热传递改变物体内，判断通过做功和热传递改变物体内能或吸放热、做功的情况等能或吸放热、做功的情况等 考例考例1(2009全国卷全国卷)如图，水平放如图，水

21、平放置的密封气缸内的气体被一竖直隔板分置的密封气缸内的气体被一竖直隔板分隔为左右两部分，隔板可在气缸内无摩隔为左右两部分，隔板可在气缸内无摩擦滑动，右侧气体内有一电热丝气缸擦滑动，右侧气体内有一电热丝气缸壁和隔板均绝热初始时隔板静止，左壁和隔板均绝热初始时隔板静止，左右两边气体温度相等现给电热丝提供右两边气体温度相等现给电热丝提供一微弱电流，通电一段时间后切断电一微弱电流，通电一段时间后切断电源当缸内气体再次达平衡时，与初始源当缸内气体再次达平衡时，与初始状态相比状态相比() A右边气体温度升高，左边气体温度不右边气体温度升高，左边气体温度不变变 B左右两边气体温度都升高左右两边气体温度都升高

22、 C左边气体压强增大左边气体压强增大 D右边气体内能的增加量等于电热丝放右边气体内能的增加量等于电热丝放出的热量出的热量 解析解析右边气体温度升高，体积增大，右边气体温度升高，体积增大，压强增加，左边气体体积减小，压强增压强增加，左边气体体积减小，压强增大，温度也升高，故大，温度也升高，故A项错误，项错误，B、C项项正确；右边气体内能的增加量小于电热正确；右边气体内能的增加量小于电热丝放出的热量，故丝放出的热量，故D项错误项错误 答案答案BC 如图所示的容器中，如图所示的容器中，A、B各有一个可自各有一个可自由移动的轻活塞，活塞下是水，上为空由移动的轻活塞，活塞下是水，上为空气，大气压恒定，气

23、，大气压恒定，A、B底部由带有阀门底部由带有阀门K的管道相连，整个装置与外界绝热开的管道相连，整个装置与外界绝热开始始A中水面比中水面比B中高，打开阀门，使中高，打开阀门，使A中中的水逐渐流向的水逐渐流向B中，最后达到平衡，在这中，最后达到平衡，在这个过程中个过程中() A大气压力对水做功，水的内能增加大气压力对水做功，水的内能增加 B水克服大气压力做功，水的内能减少水克服大气压力做功，水的内能减少 C大气压力对水不做功，水的内能不变大气压力对水不做功，水的内能不变 D大气压力对水不做功，水的内能增加大气压力对水不做功，水的内能增加 解析解析由于水的体积不变，故由于水的体积不变，故 p0SAh

24、Ap0SBhB 即大气压力对即大气压力对A做的正功与做的正功与B克服大气压克服大气压力做的功相等，故大气压力不做功，但力做的功相等，故大气压力不做功，但水的重力势能减少了，它转化为水的内水的重力势能减少了，它转化为水的内能，故水的内能增加了能，故水的内能增加了 答案答案D 命题规律命题规律根据能的转化和守恒定律，根据能的转化和守恒定律，确定物体内能的变化情况确定物体内能的变化情况 考例考例2重重1000kg的气锤从的气锤从2.5m高处落高处落下，打在质量为下，打在质量为200kg的铁块上，要使铁的铁块上，要使铁块的温度升高块的温度升高40以上，气锤至少应落以上，气锤至少应落下多少次？设气锤撞击

25、铁块时做的功有下多少次？设气锤撞击铁块时做的功有60%用来使铁块温度升高，且铁的比热用来使铁块温度升高，且铁的比热c0.11cal/(g)，g取取10m/s2. 解析解析气锤下落过程中只有重力做功，气锤下落过程中只有重力做功，机械能守恒，因而气锤撞击铁块时动能机械能守恒，因而气锤撞击铁块时动能为为 Ekmgh103102.5J2.5104J 由动能定理知气锤撞击铁块所做的功为由动能定理知气锤撞击铁块所做的功为 WEk02.5104J 使铁块温度升高的热量使铁块温度升高的热量(到到40) Qcmt0.1120010340(cal)3.696106J 设气锤下落设气锤下落n次才能使铁块温度升高次才

26、能使铁块温度升高40，由能的转化和守恒定律有：由能的转化和守恒定律有：nWQ 故气锤至少要下落故气锤至少要下落247次次答案答案247 如图所示如图所示PV图中，一定质量的理想气图中，一定质量的理想气体由状态体由状态A经过经过ACB过程至状态过程至状态B，气体，气体对外做功对外做功280J，吸收热量，吸收热量410J；气体又；气体又从状态从状态B经经BDA过程回到状态过程回到状态A，这一过，这一过程中外界对气体做功程中外界对气体做功220J.求：求： (1)ACB过程中气体的内能是增加还是减过程中气体的内能是增加还是减少？变化量是多少？少？变化量是多少？ (2)BDA过程中气体是吸热还是放热？

27、吸过程中气体是吸热还是放热？吸收或放出的热量是多少？收或放出的热量是多少？ 解析解析(1)ACB过程中过程中W1280J，Q1410J 由热力学第一定律得由热力学第一定律得UBUAW1Q1130J 故故ACB过程内能增加，气体内能的变化过程内能增加，气体内能的变化量为量为130J. (2)因为一定质量理想气体的内能只是温因为一定质量理想气体的内能只是温度的函数，度的函数，BDA过程中气体内能变化量过程中气体内能变化量 UAUB130J 由题意知由题意知W2200J 由热力学第一定律得由热力学第一定律得UAUBW2Q2，代入数值解得代入数值解得Q2330J，即，即BDA过程过程中气体放热，放出热量中气体放热，放出热量330J. 答案答案(1)增加增加130J(2)放热放热330J 命题规律命题规律根据热力学第二定律，判断根据热力学第二定律，判断有关说法是否正确有关说法是否正确 考例考例3如图所示为电冰箱的工作原理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，蒸发器中冰箱内外