优化方案高考物理大一轮复习 第十一章 第三节 热力学定律与能量守恒课件.ppt

第三节热力学定律与能量守恒 第十一章热学 一 热力学第一定律和能量守恒定律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 u q w 做功 热传递 3 能的转化和守恒定律 1 内容 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另一种形式 或者从一个物体转移到别的物体 在转化或转移的过程中 能量的总量保持不变 2 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 1 2014 高考广东卷 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 ac 二 热力学第二定律1 常见的两种表述 1 克劳修斯表述 热量不能自发地从 物体传到 物体 2 开尔文表述 不可能从 吸收热量 使之完全变成功 而不产生其他影响 2 第二类永动机 违背宏观热现象方向性的机器被称为第二类永动机 这类永动机不违背 但它违背了 也是不可能制成的 低温 高温 单一热库 能量守恒定律 热力学第二定律 2 对热力学第二定律 下列理解正确的是 a 自然界进行的一切宏观过程都是可逆的b 自然界进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性 是不可逆的c 热量不可能由低温物体传递到高温物体d 由热力学第二定律可知热量从低温物体传向高温物体是可能的 从单一热源吸收热量 完全变成功也是可能的 bd 考点一对热力学第一定律的理解及应用 考点二对热力学第二定律的理解 考点一对热力学第一定律的理解及应用1 热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种方式改变内能的过程是等效的 而且给出了内能的变化量和做功与热传递之间的定量关系 2 对公式 u q w符号的规定 外界对物体做功 物体吸收热量 内能增加 物体对外界做功 物体放出热量 内能减少 3 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量 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量 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 做功与热传递在改变内能的效果上是相同的 但是从运动形式 能量转化的角度上看是不同的 做功是其他形式的运动和热运动的转化 是其他形式的能与内能之间的转化 而热传递则是热运动的转移 是内能的转移 2 气体向真空中膨胀不做功 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 u1 2 从状态a到状态b的过程 该气体内能的增量 u2及其从外界吸收的热量q2 解析 1 由题意知从状态a到状态c的过程 气体发生等容变化该气体对外界做的功w1 0根据热力学第一定律 u1 w1 q1内能的增量 u1 q1 9j 2 从状态a到状态b的过程 体积减小 温度升高该气体内能的增量 u2 u1 9j根据热力学第一定律有 u2 w2 q2从外界吸收的热量q2 u2 w2 3j 答案 1 09j 2 9j3j 总结提升 1 做功看体积 体积增大 气体对外做功 w为负 体积缩小 外界对气体做功 w为正 2 与外界绝热 则不发生热传递 此时q 0 3 由于理想气体没有分子势能 所以当它的内能变化时 主要体现在分子动能的变化上 从宏观上看就是温度发生了变化 1 如图所示 一定质量的理想气体由状态a沿abc变化到状态c 吸收了340j的热量 并对外做功120j 若该气体由状态a沿adc变化到状态c时 对外做功40j 则这一过程中气体 填 吸收 或 放出 热量 j 吸收 260 解析 对该理想气体由状态a沿abc变化到状态c 由热力学第一定律可得 u q w 340j 120j 220j 即从a状态到c状态 理想气体的内能增加了220j 若该气体由状态a沿adc变化到状态c时 对外做功40j 此过程理想气体的内能增加还是220j 所以可以判定此过程是吸收热量 再根据热力学第一定律可得 u q w 得q u w 220j 40j 260j 考点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 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也可以全部转化为机械能 如气体的等温膨胀过程 3 两类永动机的比较 不需要任何动力或燃料 却能不断地对外做功的机器 从单一热源吸收热量 使之完全变成功 而不产生其他影响的机器 违背能量守恒定律 不可能制成 不违背能量守恒定律 但违背热力学第二定律 不可能制成 关于热力学定律 下列说法正确的是 a 为了增加物体的内能 必须对物体做功或向它传递热量b 对某物体做功 必定会使该物体的内能增加c 可以从单一热源吸收热量 使之完全变为功d 不可能使热量从低温物体传向高温物体e 功转变为热的实际宏观过程是不可逆过程 ace 解析 选项a 内能的改变可以通过做功或热传递进行 故a正确 选项b 对某物体做功 物体的内能不一定增加 b错误 选项c 在引起其他变化的情况下 可以从单一热源吸收热量 将其全部变为功 c正确 选项d 在引起其他变化的情况下 可以使热量从低温物体传向高温物体 d错误 选项e 涉及热现象的宏观过程都具有方向性 故e正确 2 2015 广东汕头模拟 以下哪个现象不违背热力学第二定律 a 一杯热茶在打开盖后 茶会自动变得更热b 没有漏气 没有摩擦的理想热机 其效率可能是100 c 桶中浑浊的泥水在静置一段时间后 泥沙下沉 上面的水变清 泥 水自动分离d 热量自发地从低温物体传到高温物体解析 茶不会自发地变得更热 选项a错误 无论什么样的热机 效率永远不会达到100 选项b错误 热量不会自发地从低温物体传到高温物体 选项d错误 c 方法技巧 气态方程与热力学第一定律的综合应用 2013 高考山东卷 我国 蛟龙 号深海探测船载人下潜超过七千米 再创载人深潜新纪录 在某次深潜实验中 蛟龙 号探测到990m深处的海水温度为280k 某同学利用该数据来研究气体状态随海水深度的变化 如图所示 导热良好的汽缸内封闭一定质量的气体 不计活塞的质量和摩擦 汽缸所处海平面的温度t0 300k 压强p0 1atm 封闭气体的体积v0 3m3 如果将该汽缸下潜至990m深处 此过程中封闭气体可视为理想气体 1 求990m深处封闭气体的体积 1atm相当于10m深的海水产生的压强 2 下潜过程中封闭气体 填 吸热 或 放热 传递的热量 填 大于 或 小于 外界对气体所做的功 审题点睛 1 分析封闭气体的初 末状态 明确气体状态变化遵守的规律 选用公式列方程求解 2 根据温度变化确定内能的变化情况 根据体积的变化 确定做功情况 由热力学第一定律确定吸 放热情况及与做功的关系 答案 2 8 10 2m3 放热 大于 3 2014 高考新课标全国卷 一定量的理想气体从状态a开始 经历三个过程ab bc ca回到原状态 其p t图象如图所示 下列判断正确的是 a 过程ab中气体一定吸热b 过程bc中气体既不吸热也不放热c 过程ca中外界对气体所做的功等于气体所放的热d a b和c三个状态中 状态a分子的平均动能最小e b和c两个状态中 容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数不同 ade 由热力学第一定律可知 气体一定