高考物理一轮复习 第八章第二节 热力学定律及能量守恒 气体课件 人教版.ppt

第二节热力学定律及能量守恒气体 本节目录 基础梳理 自学导引 要点透析 直击高考 考点探究 讲练互动 知能演练 轻巧夺冠 技法提炼 思维升华 一 热力学定律1 热力学第一定律 1 内容 一般情况下 如果物体跟外界同时发生做功和热传递的过程 那么 外界对物体所做的功w加上物体从外界吸收的热量q等于物体 的增加 u 2 表达式 u 2 热力学第二定律两种表述 1 不可能使热量由低温物体传递到高温物体 而 内能 w q 不引起其他变化 2 不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功 而 3 热力学第三定律 1 内容 热力学零度不可达到 2 热力学温度t与摄氏温度t的关系 t t k 4 两类永动机 不引起其他变化 273 15 二 能量守恒定律能量既不会凭空产生 也不会凭空消失 它只能从一种形式转化为别的形式 或者从一个物体转移到别的物体 在转化或转移的过程中 其总量不变 三 气体的状态参量1 温度 1 宏观上 表示物体的 程度 2 微观上 表示气体分子无规则热运动的 程度 3 温标 常用的温标有 和摄氏温标 冷热 激烈 热力学温标 2 体积 1 宏观上 容纳气体的 2 微观上 气体分子所能达到的 3 单位 国际单位为m3 且1m3 103dm3 cm3 3 压强 1 宏观上 器壁单位面积上受到的 2 微观上 大量气体分子单位时间作用在单位面积上的 3 单位 国际单位为帕 符号为pa 且1atm pa 76cmhg 4 大小决定因素宏观上 气体的 和物质的量 微观上 单位体积内的分子数和 体积 空间 106 冲力 冲量 1 013 105 温度 体积 分子平均动能 名师点拨 一定质量的气体 p与t v有关 三个参量中不可能只有一个参量发生变化 至少有两个或三个同时改变 四 气体分子动理论1 气体分子运动的特点 由于气体分子间距大 气体分子的大小可以忽略 分子间的作用力很小 也可以忽略 因此 除分子间及分子与器壁间碰撞外 分子间无相互作用力 所以不计 气体的内能只与气体的物质的量和 有关 分子处于自由运动状态 2 气体分子运动的统计规律 1 气体分子沿各个方向运动的机会 机率 分子势能 温度 均等 2 大量气体分子的速率分布呈现 中等速率的分子数目多 速率大或小的分子数目少 的规律 3 当温度升高时 中间多 的这一 高峰 向 的一方移动 即速率大的分子数目增多 速率小的分子数目减少 分子的平均速率 但不是每个气体分子的速率均增大 名师点拨 理想气体是实际气体在一定条件下近似的一种物理模型 在温度不太低 压强不太大的情况下 实际气体可当成理想气体来处理 理想气体没有分子势能 内能只由温度和气体物质的量来决定 中间多 两头少 速率大 增大 一 对热力学第一定律的理解1 由 u q w 可知改变物体的内能有两种方式 做功和热传递 只考虑其中之一无法确定内能的变化 2 在 u q w中 w表示做功情况 说明内能和其他形式的能可以相互转化 q表示吸热或放热的情况 说明内能可以从一个物体转移到另一个物体 而 u q w是能量守恒定律的具体体现 3 对公式 u q w符号的规定 4 几种特殊情况 1 若过程是绝热的 则q 0 w u 外界对物体做的功等于物体内能的增加 2 若过程中不做功 即w 0 则q u 物体吸收的热量等于物体内能的增加 3 若过程的始末状态物体的内能不变 即 u 0 则w q 0或w q 外界对物体做的功等于物体放出的热量 特别提醒 1 应用热力学第一定律时要明确研究的对象是哪个物体或者是哪个热力学系统 2 应用热力学第一定律计算时 要依照符号法则代入数据 对结果的正 负也同样依照规则来解释其意义 即时应用1 2010 高考广东卷 如图是密闭的汽缸 外力推动活塞p压缩气体 对缸内气体做功800j 同时气体向外界放热200j 缸内气体的 a 温度升高 内能增加600jb 温度升高 内能减少200jc 温度降低 内能增加600jd 温度降低 内能减少200j解析 选a 对一定质量的气体 由热力学第一定律 u w q可知 u 800j 200j 600j u为正表示内能增加了600j 对气体来说 分子间距较大 分子势能为零 内能等于所有分子动能的和 内能增加 气体分子的平均动能增加 温度升高 选项a正确 二 对热力学第二定律的理解1 在热力学第二定律的表述中 自发地 不产生其他影响 的涵义 1 自发地 指明了热传递等热力学宏观现象的方向性 不需要借助外界提供能量的帮助 2 不产生其他影响 的涵义是发生的热力学宏观过程只在本系统内完成 对周围环境不产生热力学方面的影响 如吸热 放热 做功等 2 热力学第二定律的实质热力学第二定律的每一种表述 都揭示了大量分子参与宏观过程的方向性 进而使人们认识到自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性 3 热力学过程方向性实例 特别提醒 热量不可能自发地从低温物体传到高温物体 但在有外界影响的条件下 热量可以从低温物体传到高温物体 如电冰箱 在引起其他变化的条件下内能可以全部转化为机械能 如气体的等温膨胀过程 即时应用2 2013 合肥模拟 地球上有很多的海水 它的总质量约为1 4 1018吨 如果这些海水的温度降低0 1 将要放出5 8 1023焦耳的热量 有人曾设想利用海水放出的热量使它完全变成机械能来解决能源危机 但这种机器是不能制成的 其原因是 a 内能不能转化成机械能b 内能转化成机械能不满足热力学第一定律c 只从单一热源吸收热量并完全转化成机械能的机器不满足热力学第二定律d 上述三种原因都不正确 解析 选c 内能可以转化成机械能 如热机 a错误 内能转化成机械能的过程满足热力学第一定律 即能量守恒定律 b错误 热力学第二定律告诉我们 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 c正确 三 热力学第一定律与气态变化1 气体的温度 压强 体积间的关系一定质量的气体 如果三个状态参量都不变 则该气体处于一定的状态 三个状态参量可以同时变化 也可以是其中一个参量保持不变 其他两个参量发生变化 只有一个状态参量发生变化是不可能的 当一个参量不变时 另两个参量的关系为 1 温度不变 分子的平均动能不变 若体积减小 单位体积内分子数目增多 气体的压强增加 2 体积不变 单位体积内的分子数目不变 温度升高 分子的平均动能增加 气体的压强增加 即时应用3 2011 高考新课标全国卷 对于一定量的理想气体 下列说法正确的是 a 若气体的压强和体积都不变 其内能也一定不变b 若气体的内能不变 其状态也一定不变c 若气体的温度随时间不断升高 其压强也一定不断增大d 气体温度每升高1k所吸收的热量与气体经历的过程有关e 当气体温度升高时 气体的内能一定增大 答案 ade 考点1热力学第一定律的应用 2012 高考广东卷 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 思路点拨 解此题的关键有三点 1 猛推 的过程可看成绝热过程 2 正确理解热力学第一定律的内容及符号 3 用状态方程分析压强的变化 答案 b 规律总结 解决有关热力学第一定律问题的思路 分析题干确定内能改变的方式 q w 判断w q的符号 代入公式 u q w 得出结论 跟踪训练 2011 高考广东卷 如图所示为某种椅子与其升降部分的结构示意图 m n两筒间密闭了一定质量的气体 m可沿n的内壁上下滑动 设筒内气体不与外界发生热交换 在m向下滑动的过程中 a 外界对气体做功 气体内能增大b 外界对气体做功 气体内能减小c 气体对外界做功 气体内能增大d 气体对外界做功 气体内能减小解析 选a 因为m n内被封闭气体体积减小 所以外界对气体做功 由热力学第一定律及m n内气体与外界没有热交换可知外界对气体做功 内能一定增加 故a正确 b c d错误 考点2热力学第二定律的应用如图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 在蒸发器中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 1 下列说法正确的是 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一定律d 电冰箱的工作原理违反热力学第一定律 2 电冰箱的制冷系统从冰箱内吸收的热量与释放到外界的热量相比 有怎样的关系 解析 1 热力学第一定律是热现象中内能与其他形式能的转化规律 是能的转化和守恒定律的具体表现 适用于所有的热学过程 故c正确 d错误 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传到高温的外部 需要压缩机的帮助并消耗电能 故应选b c 2 由热力学第一定律可知 电冰箱从冰箱内吸收热量 同时消耗了电能 释放到外界的热量比从冰箱内吸收的热量多 答案 1 bc 2 见解析 范例 如图所示 a b是体积相同的气缸 b内有一导热的 可在气缸内无摩擦滑动的 体积不计的活塞c d为不导热的阀门 起初 阀门关闭 a内装有压强p1 2 0 105pa 温度t1 300k的氮气 b内装有压强p2 1 0 105pa 温度t2 600k的氧气 打开阀门d 活塞c向右移动 最后达到平衡 以v1和v2分别表示平衡后氮气和氧气的体积 则v1 v2 假定氧气和氮气均为理想气体 并与外界无热交换 连接气缸的管道体积可忽略 答案 4 1 真知灼见