高考物理大一轮复习 选修部分 基础课3 热力学定律与能量守恒定律课件 粤教版选修33.ppt

基础课3热力学定律与能量守恒定律 知识点一 热力学第一定律1 改变物体内能的两种方式 1 2 热传递 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 热量 q w 3 u q w中正 负号法则 意义 符号 吸收 增加 放出 减少 知识点二 能量守恒定律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 为另一种形式 或者是从一个物体 到别的物体 在 或 的过程中 能量的 保持不变 2 条件性能量守恒定律是自然界的 某一种形式的能是否守恒是有条件的 3 第一类永动机是不可能制成的 它违背了 转化 转移 转化 转移 总量 普遍规律 能量守恒定律 知识点三 热力学第二定律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 不可能从单一热库吸收热量 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 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 4 第二类永动机不可能制成的原因是违背了 减小 无序性 热力学第二定律 思考判断 1 为了增加物体的内能 必须对物体做功或向它传递热量 做功和热传递的实质是相同的 2 绝热过程中 外界压缩气体做功20j 气体的内能可能不变 3 在给自行车打气时 会发现打气筒的温度升高 这是因为打气筒从外界吸热 4 可以从单一热源吸收热量 使之完全变成功 答案 1 2 3 4 热力学第一定律与能量守恒定律 1 做功和热传递的区别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 三种特殊情况 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 1 热力学第一定律的理解 多选 关于一定质量的理想气体 下列叙述正确的是 a 气体体积增大时 其内能一定减少b 外界对气体做功 气体内能可能减少c 气体从外界吸收热量 其内能一定增加d 气体温度升高 其分子平均动能一定增加e 气体温度升高 气体可能向外界放热答案bde 2 能量守恒定律的应用 木箱静止于水平地面上 现在用一个80n的水平推力推动木箱前进10m 木箱受到的摩擦力为60n 则转化为木箱与地面系统的内能u和转化为木箱的动能ek分别是 a u 200j ek 600jb u 600j ek 200jc u 600j ek 800jd u 800j ek 200j解析由于木箱在推动中受到滑动摩擦力 其与相对位移的乘积为系统的内能增量 即u 60 10j 600j 由能量守恒定律可得ek w总 u 80 10j 600j 200j 故正确答案为b 答案b 3 热力学第一定律的应用 如图1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 j热量 图1 解析由热力学第一定律可得 该气体由状态a沿abc变化到状态c的过程中内能的变化量 u w q 120j 340j 220j 因此该气体由状态a沿adc变化到状态c时 q1 u w1 220j 40j 260j 显然此过程中气体从外界吸收热量 答案吸收260 应用热力学第一定律的三点注意 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 气体向真空中自由膨胀 对外界不做功 w 0 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 反思总结 对热力学第二定律的理解 1 对热力学第二定律关键词的理解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自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性 如 3 两类永动机的比较 1 热力学第二定律的理解 多选 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 解析内能的改变可以通过做功或热传递进行 故a对 对某物体做功 若物体向外放热 则物体的内能不一定增加 b错 在引起其他变化的情况下 从单一热源吸收热量可以将其全部变为功 c对 在引起其他变化的情况下 可以将热量从低温物体传向高温物体 d错 涉及热现象的宏观过程都具有方向性 故e对 答案ace 2 对两类永动机的理解 多选 下列说法正确的是 a 压缩气体总能使气体的温度升高b 能量耗散过程中能量是守恒的c 第一类永动机不可能制成 是因为违背了能量守恒定律d 第二类永动机不违背能量守恒定律 但违背了热力学第一定律e 能量耗散过程从能量转化的角度反映了自然界中的宏观过程具有方向性 解析内能的变化取决于做功和热传递两个方面 只压缩气体并不一定能使气体温度升高 选项a错误 由能量守恒定律可知 选项b正确 第一类永动机是指不消耗能量却可以不断向外做功的机器 违背了能量守恒定律 选项c正确 第二类永动机不违背能量守恒定律 但违背了热力学第二定律 选项d错误 由热力学第二定律可知 选项e正确 答案bce 3 热力学定律的理解 多选 关于热力学定律 以下说法正确的是 a 热力学第一定律是能量守恒定律在热力学中的体现 否定了创造和消灭能量的可能性 告诉我们第一类永动机不可能制成b 热力学第二定律反映了一切与热现象有关的宏观自然过程都具有方向性 告诉我们第二类永动机不可能制成c 做功和热传递都能改变物体的内能 根据最后的结果可以区分是做功还是热传递使物体温度升高的 d 热力学第一定律指出内能可以与其他形式的能相互转化 热力学第二定律指出内能不可能完全转化为机械能 故二者是相互矛盾的e 热力学第一定律和热力学第二定律分别从不同的角度揭示了与热现象有关的物理过程所遵循的规律 二者相互独立 又相互补充 都是热力学的理论基础 解析做功和热传递都能改变物体的内能 根据最后的结果无法判断是做功还是热传递使物体温度升高的 选项c错误 热力学第二定律是能量守恒定律在热现象中的体现 热力学第二定律则指出了能量转化的方向性 二者并不矛盾 选项d错误 答案abe 热力学定律与气体实验定律的综合应用 典例 如图2甲所示 用面积为s的活塞在汽缸内封闭着一定质量的理想气体 活塞上放一砝码 活塞和砝码的总质量为m 现使汽缸内的气体缓缓按图乙所示的规律变化 汽缸内的气体从状态a变化到状态b 若该过程中气体内能发生了变化 气体柱高度增加了 l 外界大气压强为p0 图2 1 多选 下列说法中正确的是 a 该过程中汽缸内气体的压强始终为p0b 该过程中气体的内能不断增大c 该过程中气体不断从外界吸收热量d 气体在该过程中吸收的热量大于它对外界做的功e a和b两个状态 汽缸内壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数相同 2 汽缸内气体的温度为t1时 气体柱的高度为l 用图中和题目中给出的字母表示 3 若气体从状态a变化到状态b的过程中从外界吸收的热量为q 则被封闭气体的内能变化了多少 1 热力学定律与气体图象结合 2016 深圳第一次调研 如图3所示 一定质量的理想气体从状态a变化到状态b 在这一过程中 下列说法正确的是 图3 a 气体体积变大b 气体温度升高c 气体从外界吸收热量d 气体的内能不变e 气体放出热量 答案abc 2 热力学定律与气体实验定律综合 一定质量的理想气体被活塞封闭在汽缸内 如图4所示水平放置 活塞的质量m 20kg 横截面积s 100cm2 活塞可沿汽缸壁无摩擦滑动但不漏气 开始使汽缸水平放置 活塞与汽缸底的距离l1 12cm 离汽缸口的距离l2 3cm 外界气温为27 大气压强为1 0 105pa 将汽缸缓慢地转到开口向上的竖直位置 待稳定后对缸内气体逐渐加热 使活塞上表面刚好与汽缸口相平 已知g 10m s2 求 1 此时气体的温度为多少 2 在对缸内气体加热的过程中 气体膨胀对外做功 同时吸收q 370j的热量 则气体增加的内能 u多大 图4 解析 1 当汽缸水平放置时 p0 1 0 105pa v0 l1s t0 273 27 k当汽缸口朝上 活塞到达汽缸口时 活塞的受力分析图如图所示 有p1s p0s mg 答案 1 450k 2 310j 解题步骤 方法技巧 1 2014 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5所示 下列判断正确的是 填正确答案标号 图5 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 解析对封闭气体 由题图可知a b过程 气体体积v不变 没有做功 而温度t升高 则为吸热过程 a项正确 b c过程为等温变化 压强减小 体积增大 对外做功 则为吸热过程 b项错 c a过程为等压变化 温度t降低 内能减少 体积v减小 外界对气体做功 依据w q u 外界对气体所做的功小于气体所放的热 c项错 温度是分子平均动能的标志 ta tb tc 故d项正确 同种气体的压强由气体的分子数密度 和温度t决定 由题图可知tb tc pb pc 显然e项正确 答案ade 2 2016 全国卷 33 1 关于热力学定律 下列说法正确的是 填正确答案标号 a 气体吸热后温度一定升高b 对气体做功可以改变其内能c 理想气体等压膨胀过程一定放热d 热量不可能自发地从低温物体传到高温物体e 如果两个系统分别与状态确定的第三个系统达到热平衡 那么这两个系统彼此之间也必定达到热平衡 答案bde 3 2016 海南单科 15 1 一定量的理想气体从状态m可以经历过程1或者过程2到状态n 其p v图象如图6所示 在过程1中 气体始终与外界无热量交换 在过程2中 气体先经历等容变化再经历等压变化 对于这两个过程 下列说法正确的是 填正确答案标号 图6 a 气体经历过程1 其温度降低b 气体经历过程1 其内能减小c 气体在过程2中一直对外放热d 气体在过程2中一直对外做功e 气体经历过程1的内能改变量与经历过程2的相同 答案abe 4 2016 长春