高考物理一轮复习 11.3热力学定律与能量守恒课件.ppt

第三讲热力学定律与能量守恒 回扣教材夯实基础落实考点 基础自主温故 一 热力学第一定律 考点自清 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与外界对它所做的功的和 2 表达式 u 做功 热传递 热量 q w 基础自测 1 一定量的气体在某一过程中 外界对气体做了8 104j的功 气体的内能减少了1 2 105j 则下列各式中正确的是 a w 8 104j u 1 2 105j q 4 104jb w 8 104j u 1 2 105j q 2 105jc w 8 104j u 1 2 105j q 2 104jd w 8 104j u 1 2 105j q 4 104j 解析 根据热力学第一定律 u w q 其中外界对气体做功w为正值 即w 8 104j 内能减少 则 u为负值 即 u 1 2 105j 则有q u w 1 2 105j 8 104j 2 105j 故选项b正确 答案 b 二 热力学第二定律 考点自清 1 热力学第二定律的两种表述 1 克劳修斯表述 热量不能从低温物体传到高温物体 2 开尔文表述 不可能从单一热源吸收热量 使之完全变成功 而 或表述为 永动机是不可能制成的 自发地 不产生其他影响 第二类 2 用熵的概念表示热力学第二定律在任何自然过程中 一个孤立系统的总熵不会 填 增大 或 减小 3 热力学第二定律的微观意义一切自发过程总是沿着分子热运动的增大的方向进行 减小 无序性 基础自测 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 机械能可以全部转化为内能 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 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 只能无限接近 273 却永远不能达到 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 第二类永动机不可能制造出来 d错误 答案 a 三 能量守恒定律 能源和环境 考点自清 1 能量守恒定律能量既不会凭空产生 也不会凭空消失 它只能从一种形式为另一种形式 或者从一个物体到别的物体 在转化或转移的过程中 能量的保持不变 转化 转移 总量 2 能源的利用 1 存在能量耗散和 2 重视利用能源时对的影响 3 要开发新能源 如 生物质能 风能 水流能等 品质下降 环境 太阳能 3 对能量守恒定律的四点说明 1 能量守恒定律是自然界的普遍规律 一切违背能量守恒定律的过程都不可能实现 2 不同形式的能量之间可以相互转化 且这一转化过程是通过做功来完成的 3 某种形式的能减少 一定有其他形式的能增加 且减少量和增加量一定相等 4 某个物体的能量减小 一定存在其他物体的能量增加 且减少量和增加量一定相等 4 能量守恒定律的应用方法 1 在利用能量守恒定律解题时 要注意先搞清过程中有几种形式的能在转化或转移 2 分析初 末状态 确定 e增 e减各为多少 再由 e增 e减列方程计算 基础自测 3 如图所示 直立容器内部有被隔板隔开的a b两部分气体 a的密度小 b的密度较大 拿去隔板 加热气体 使两部分气体均匀混合 设在此过程中气体吸热q 气体内能增量为 u 则 a u qb u qc u qd 无法比较 解析 a b气体开始的合重心在中线下 混合均匀后在中线上 所以系统的重力势能增大 由能量守恒 吸收热量一部分用来增加气体的内能 一部分用来增加重力势能 所以b正确 答案 b 考点深析拓展延伸详讲精练 考点探究讲练 1 改变内能的两种方式的比较 2 对热力学第一定律的理解 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 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的焦耳 2 对公式 u w q中符号的规定 3 几种特殊情况 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 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 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 2014年全国卷 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 例1 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 思路指导 首先要根据p t图象明确气体经历ab bc ca三个变化过程遵循的变化规律 对理想气体只要温度升高其内能就增加 气体体积增大 气体对外做功 气体的体积减小 外界对气体做功 判断气体是吸热还是放热要根据热力学第一定律做出判断 从气体压强的微观解释来分析气体分子对器壁碰撞情况的变化 解析 ab线段过原点 所以ab过程理想气体进行等容变化 温度升高 理想气体的内能增大 由热力学第一定律 u w q 由于气体进行等容变化w 0 由于 u 0 可知q 0 即气体ab变化过程一定吸热 选项a正确 过程bc理想气体等温变化 压强减小 体积增大 单位体积气体分子数减小 容器壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数减小 选项e正确 而体积增大气体对外做功 w0 故bc过程气体一定吸热 选项b错误 ca过程理想气体进行等压变化 温度降低 内能减小 体积减小 外界对气体做功 即 u0 故q 0且放出的热量大于外界对气体做功 选项c错误 在a b c三个状态中 状态a的温度最低 所以在状态a时气体分子的平均动能最小 选项d正确 答案 ade 一定质量的理想气体 状态从a b c d a的变化过程可用如图所示的p v图描述 图中p1 p2 v1 v2和v3为已知量 变式训练1 1 气体状态从a到b是 过程 填 等容 等压 或 等温 2 状态从b到c的变化过程中 气体的温度 填 升高 不变 或 降低 3 状态从c到d的变化过程中 气体 填 吸热 或 放热 4 状态从a b c d的变化过程中 气体对外界所做的总功为 4 a b 气体对外界做功wab p2 v3 v1 b c v不变 气体不做功 c d v减小 外界对气体做功wcd p1 v3 v2 状态从a b c d的变化过程中 气体对外界做的总功w wab wbc wcd p2 v3 v1 p1 v3 v2 答案 1 等压 2 降低 3 放热 4 p2 v3 v1 p1 v3 v2 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 4 两类永动机的比较 5 热力学第一 第二定律的比较 如图所示为电冰箱的工作原理示意图 压缩机工作时 强迫制冷剂在冰箱内外的管道中不断循环 在蒸发器中的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 例2 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的热量相比 有怎样的关系 思路指导 1 热传递的自发过程具有方向性 2 压缩机将热量从低温物体传到高温物体要消耗电能 并同时产生热量 3 在能量的转移和转化过程中总和不变 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 故应选b c 2 由能量守恒定律可知 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 释放到外界的热量多 根据热力学第二定律 下列说法中正确的是 a 热量能够从高温物体传到低温物体 但不能从低温物体传到高温物体b 热量能够从高温物体传到低温物体 也可能从低温物体传到高温物体c 机械能可以全部转化为内能 但内能不可能全部转化为机械能d 机械能可以全部转化为内能 内能也可能全部转化为机械能 变式训练2 解析 根据热传递的规律可知热量能够从高温物体传到低温物体 当外界对系统做功时 可以使系统从低温物体吸取热量传到高温物体上去 制冷机 如冰箱和空调 就是这样的装置 但是热量不能自发地从低温物体传到高温物体 选项a错误 b正确 一个运动的物体 克服摩擦阻力做功 最终停止 在这个过程中机械能全部转化为内能 外界条件发生变化时 内能也可以全部转化为机械能 如在等温膨胀过程中 系统吸收的热量全部转化为对外界做的功 选项c错误 d正确 综上所述 该题的正确答案是b d 答案 bd 思想方法技巧运用提升素养 学科素养提升 能量守恒与转化定律的应用1 能量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量转化与守恒定律在改变物体内能这一特定过程中的具体表现 2 一切违背能量转化与守恒定律的过程是不可能实现的 能量转化和守恒定律证明永动机不可能制成 3 能量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 在如图所示容器中 a b各有一个可自由移动的轻活塞 活塞下是水 上为空气 大气压恒定 a b底部由带有阀门k的管道相连 整个装置与外界绝热 原先a中水面比b中高 打开阀门 使a中的水逐渐向b流 最后达到平衡 在这个过程中 下面哪种说法正确 例3 a 大气压对水做功 水的内能增加b 水克服大气压力做功 水的内能减少c 大气压对水不做功 水的内能不变d 大气压对水不做功 水的内能增加 思路指导 当打开阀门后容器中的水会流动 最终达到平衡 即两侧液面相平 在整个过程水的重力势能减少了 应用能量转化和守恒定律必须清楚整个过程中涉及哪些形式的能量 且各种形式能的变化情况如何 清楚了这些才能运用能量转化和守恒定律解决实际问题 本题中有水的重力势能的变化 系统内能的变化 分析整个过程中大气压力是否做功 解析 打开阀门后 a中水逐渐流入b中 最后达到平衡 即稳定下来 这一过程中水的重心降低 重力势能一定减少 由能量转化和守恒定律可知 减少的重力势能全部转化为系统的内能 故水的内能增加 容器的内能也增加 a b两侧液面大气压相等