沪科版高考物理一轮复习：选修3-3第11章第3节《热力学定律与能量守恒》ppt精编课件.ppt

第3节热力学定律与能量守恒 一 改变内能的两种方式 做功和热传递1 功和内能做功可以使物体的内能发生改变 内能的改变量是用功的数值来量度的 外界对物体做了多少功 物体的内能就 多少 物体对外界做了多少功 物体的内能就 多少 绝热过程 系统只由外界对它做功而与外界交换能量 它不从外界 热 也不向外界 热 这样的过程叫做绝热过程 增加 减少 吸 放 2 热传递和内能热传递也可以使物体的内能发生改变 内能的改变量是用 来量度的 物体吸收了多少热量 物体的内能就增加多少 物体放出了多少热量 物体的内能就减少多少 热传递有三种方式 和 热量 热传导 热对流 热辐射 二 热力学定律1 热力学第一定律与能量守恒定律 1 一个热力学系统的内能增量等于外界对它所做的功与外界向它传递的热量之和 即 W Q U 2 能量既不能凭空产生 也不能凭空消失 它只能从一种形式 为另一种形式 或者从一个系统 物体 到另一个系统 物体 在转化和转移的过程中其 不变 3 指出各种不同形式的能量都可以相互转化并且在转化或转移的过程中 能量的总量保持不变 转化 转移 总量 能量守恒定律 4 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 热力学第二定律及其微观解释反映宏观自然过程方向性的定律就是热力学第二定律 它有常见的两种表述 1 克劳修斯表述 按热传递的方向性来表述 热量不能自发地从 物体传到 物体 2 开尔文表述 按机械能与内能转化过程的方向性来表述 不可能从 吸收热量 使之完全变成功 而不产生其他影响 低温 高温 单一热源 热力学第二定律的意义 揭示了有大量分子参与的宏观过程的方向性 是独立于热力学第一定律的一个重要自然规律 3 热力学第二定律的微观解释 一切自然过程总是沿着分子热运动的 性增大的方向进行 这是热力学第二定律的微观意义 无序 从微观的角度看 热力学第二定律是一个统计规律 一个孤立系统总是从熵小的状态向熵 的状态发展 而熵值较大代表着较为无序 所以自发的宏观过程总是向无序性增大的方向发展 所以热力学第二定律也叫熵增加原理 大 第二类永动机 违背宏观热现象方向性的机器被称为 永动机 这类永动机不违背 但它违背了 也是不可能制成的 3 应用热力学第一定律解题的步骤 第二类 能量守恒定律 热力学第二定律 1 确定研究对象 就是要明确内能变化的是哪一个物体或哪一个热力学系统 2 定性分析研究对象的内能变化是由外界哪些物体或系统通过哪些过程引起的 3 根据符号法则 确定 U Q W的正负号 代入公式 U Q W进行计算或判断 一 热力学第一定律的理解及应用1 热力学第一定律的理解 号法则 2 三种特殊情况 即时应用1 2018 高考广东理综卷 如图11 3 1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 图11 3 1 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 对气体做功800J 同时气体放出热量200J 由热力学第一定律得 U W Q 800J 200J 600J 即气体温度升高 内能增加600J 故A正确 二 热力学第二定律的理解1 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 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 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 2 热力学第一 第二定律的比较 定律名称 比较项目 定律名称 比较项目 定律名称 比较项目 定律名称 比较项目 定律名称 比较项目 定律名称 比较项目 3 两类永动机的比较 即时应用2 根据你学的热学中的有关知识 判断下列说法中正确的是 A 机械能可能全部转化为内能 内能也可以全部用来做功以转化成机械能 B 凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性 在热传递中 热量只能从高温物体传递给低温物体 而不能从低温物体传递给高温物体C 尽管技术不断进步 热机的效率仍不能达到100 制冷机却可以使温度降到 293 D 第一类永动机违背能量守恒定律 第二类永动机不违背能量守恒定律 随着科技的进步和发展 第二类永动机可以制造出来解析 选A 机械能可以全部转化为内能 而内能在引起其他变化时也可以全部转化为机械能 A正确 凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性 在热传递中 热量可以自发地从高温物体传递给低温物体 也能从低温物体传递给高温物体 但必须借助外界的帮助 B错误 尽管技术不断进步 热机的效率仍不能达到100 制冷机也不能使温度降到 293 只能无限地接近 273 永远不能达到 C错误 第一类永动机违背能量守恒定律 第二类永动机不违背能量守恒定律 而是违背了热力学第二定律 第二类永动机不可以制造出来 D错误 答案为A 2018 高考重庆理综卷 某汽车后备箱内安装有撑起箱盖的装置 它主要由汽缸和活塞组成 开箱时 密闭于汽缸内的压缩气体膨胀 将箱盖顶起 如图11 3 2所示 在此过程中 若缸内气体与外界无热交换 忽略气体分子相互作用 则缸内气体 图11 3 2 A 对外做正功 分子的平均动能减小B 对外做正功 内能增大C 对外做负功 分子的平均动能增大D 对外做负功 内能减小 思路点拨 解此题关键有两点 1 气体做功情况的判断 2 绝热状态下热力学第一定律的应用 解析 汽缸内气体膨胀时其向外推动活塞做正功 C D两项均错 因缸内气体与外界无热交换 根据热力学第一定律可知气体内能减小 故B项错误 忽略气体分子间作用力时 气体的内能就是所有分子的动能之和 密闭气体的状态变化时分子的总数不变 所以气体的内能减小时分子的平均动能减小 答案为A 答案 A 易错警示 本题的易错之处为以下几个方面 1 挖掘不出 绝热 的含义 不能确定气体吸 放热情况 从而无法判断内能的变化 2 找不到气体体积的变化与做功的关系 3 不会判断体积变化时气体做功的正负 造成计算内能变化的错误 如图11 3 3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 图11 3 3 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 思路点拨 根据热力学第一 二定律的内容结合能量的转化与守恒分析判断 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到高温物体 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B正确 A错误 2 由热力学第一定律可知 电冰箱制冷系统从冰箱内吸收了热量 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 规律总结 热力学第一定律和热力学第二定律是热力学知识的基础理论 热力学第一定律指出任何热力学过程中能量守恒 而对过程没有其他限制 它强调的是守恒的思想 表现为第一类永动机不可能制成 热力学第二定律不违反热力学第一定律 它是在遵守热力学第一定律的前提下指明哪些过程可以自发地发生 哪些过程不可以自发地发生 表现为第二类永动机不可能制成 满分样板8分 2018 高考山东理综卷 气体温度计结构如图11 3 4所示 玻璃测温泡A内充有理想气体 通过细玻璃管B和水银压强计相连 开始时A处于冰水混合物中 左管C中水银面在O点处 右管D中水银面高出O点h1 14cm 后将A放入待测恒温槽中 上下移动D 使C中水银面仍在O点处 测得D中水银面高出O点h2 44cm 已知外界大气压为1个标准大气压 1标准大气压相当于76cmHg 图11 3 4 1 求恒温槽的温度 2 此过程A内气体内能 填 增大 或 减小 气体不对外做功 气体将 填 吸热 或 放热 思路点拨 根据气体状态的变化利用查理定律计算温度 根据热力学第一定律分析内能变化和做功情况 解题样板规范步骤 该得的分一分不丢 1 设恒温槽的温度为T2 由题意知T1 273KA内气体发生等容变化 根据查理定律得 p1 p0 ph1 1分 p2 p0 ph2 1分 联立 式 代入数据得T2 364K 或91 2分 2 温度升高 A内气体内能增大