高考物理一轮总复习 专题十三 第3讲 热力学定律 能量守恒课件.ppt

第3讲热力学定律能量守恒 考点1热力学第一定律1 改变物体内能的两种方式的比较 2 温度 内能 热量 功的区别 3 热力学第一定律 1 内容 物体内能的增量 u等于外界对物体做的功w和 物体吸收的热量q的总和 2 表达式 w q u 3 符号法则 功w 0 外界对系统做功 w 0 系统对外 界做功 吸 放 热量q 0 物体 热 q 0 物体 热 内能 u 0 内能增加 u 0 内能减少 在应用热力学第一定律时 应注意分清w q的正负号 以便准确地判断 u的正 负 4 容易出错的几种特殊情况 若是绝热过程 则q 0 w u 即外界对物体做的 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 跟踪训练 1 关于物体的内能和热量 下列说法中正确的是 a 热水的内能比冷水的内能多b 温度高的物体其热量必定多 内能必定大c 在热传递过程中 内能大的物体其内能将减小 内能小的物体其内能将增大 直到两物体的内能相等d 热量是热传递过程中内能转移的量度 2 关于物体内能的变化 以下说法中正确的是 a 物体吸收热量 内能一定增大b 物体对外做功 内能一定减小c 物体吸收热量 同时对外做功 内能可能不变d 物体放出热量 同时对外做功 内能可能不变 d c 3 双选 某体育馆内有一恒温游泳池 水温等于室温 现有一个气泡从水池底部缓缓上升 那么在上升过程中 泡内气 体 可视为理想气体 a 分子间的平均距离减小b 分子平均动能减小c 不断吸热 d 压强不断减小 图13 3 1 解析 气泡处在恒温的水池中 可认为温度不变 故平均动能不变 选项b错误 气泡从水池底部缓缓上升过程中 其压强在不断减小 由气体压强的微观解释可知 体积必在增大 对外做功 而温度不变 对理想气体而言 其内能不变 由热力学第一定律知 气体必不断从外部环境中吸热 故选项a错误 c d正确 答案 cd 4 如图13 3 1所示 用一根与绝热活塞相连的细线将绝热汽缸悬挂在某一高度静止不动 汽缸开口向上 缸内封闭一定质量的气体 缸内活塞可以无摩擦移动且不漏气 现将细 线剪断 让汽缸自由下落 则下列说法正确的是 a 气体压强减小 气体对外界做功b 气体压强增大 外界对气体做功c 气体体积减小 气体内能减小d 气体体积增大 气体内能减小 解析 在没有剪断线前 汽缸内密封气体的压强p p0 s 剪断线后 汽缸及活塞组成的系统做自由落体运动 完 全失重 所以p p0 即压强增大 故a错 剪断线后 由于气体压强增大到等于大气压 活塞相对汽缸向下运动 气体体积减小 外界对气体做功 故b对 由热力学第一定律可知 气体内能增大 故c d错 g汽缸 答案 b 考点2 热力学第二定律 能量守恒定律 1 热力学第二定律 1 两种表述 按热传递的方向性来表述 热量不能 地从低温物 体传到高温物体 自发 不产生其他影响 按机械能与内能转化过程的方向性来表述 不可能从单一热源吸收热量 使之完全变成功而 2 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 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大的状态发展 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度更大的方向发展 2 能量守恒定律 1 内容 能量既不能凭空产生 也不能凭空消失 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 这就是能的转化和守恒定律 无序 保持不变 2 对能量守恒定律的理解 某种形式的能减少 一定有其他形式的能增加 且减少 量与增加量相等 某个物体能量的减少 一定存在其他物体能量的增加 且减少量和增加量一定相等 在利用能量转化与守恒定律解题时 要注意先搞清过程中有几种形式的能在转化或转移 分析初 末状态确定 e增 e减各为多少 再由 e增 e减列式计算 3 两类永动机的比较 跟踪训练 5 双选 下列说法中正确的是 ac a 一切涉及热现象的宏观过程都具有方向性b 一切不违背能量守恒与转化定律的物理过程都是可以实现的c 由热力学第二定律可以判断物理过程能否自发进行d 一切物理过程都不可能自发地进行解析 由热力学第二定律和能量守恒定律易判断a c是正确的 6 关于对永动机的认识 下列说法正确的是 c a 第一类永动机和第二类永动机都违背了能量守恒定律 所以都不可能制成b 第一类永动机违背了能量守恒定律 第二类永动机没有违背能量守恒定律 因此 随着科学技术的迅猛发展 第二类永动机是可以制成的c 第一类永动机违反了热力学第一定律 第二类永动机违反了热力学第二定律 这两类永动机都不可能制成d 两类永动机的实质和工作原理是相同的 都是人们的美好设想 是永远不会实现的解析 第一类永动机违背了能量守恒定律 不可能制成 第二类永动机违反了热力学第二定律 也不能制成 7 如图13 3 2所示 直立容器内部有被隔板隔开的一定质量的a b两部分气体 a的密度较小 b的密度较大 抽去隔板 加热气体 使两部分气体均匀混合 设在此过程气体吸 b 热q 气体内能增量为 u 则 a u qb uqd 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 所以系统重力势能增大 由能量守恒知 吸收热量一部分增加气体内能 一部分增加重力势能 故 u q 图13 3 热点 热力学第一定律 例题 2010年广东卷 图13 3 3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600j d 温度降低 内能减少200j 图13 3 3 解析 由w q u得 u 800j 200j 600j 一定质量的理想气体的内能大小只与温度有关 u 0故温度升高 选a 答案 a 1 定质量的气体 不计气体的分子势能 在温度升高的过 程中 下列说法正确的是 a 气体的内能一定增加b 外界一定对气体做功c 气体一定从外界吸收热量d 气体分子的平均动能可能不变 a 触类旁通 易错点 热力学过程分析 例题 将一装有压缩空气的金属瓶的瓶塞突然打开 使压缩空气迅速跑出 当瓶内气体压强降至等于大气压p0时 立即盖紧瓶塞 过一段时间后 瓶内压强将 设瓶外环境温度不 变 a 仍为p0c 小于p0 b 大于p0d 无法确定 错解分析 由于是在内外气压相等的情况下塞上瓶塞的 以为过一段时间后 内外压强应该仍然相等 所以答案误选a 上述解答中没有从热力学规律出发 不能把生活语言 如 突然 空气迅速跑出 等词语 翻译 成 物理语言 上述表达的物理语言可表述为 压缩气体对外做功 与外界来不及进行热交换 即所谓的绝热过程 另外就是 过一段时间 这是一个可能有热交换的过程 因为瓶子是金属的 金属一般都是热的良导体 上述错误正是因为没有分析这两个热力学过程所致 正确解析 拔开瓶塞 瓶内空气急速膨胀跑出来 这是一个近似的绝热膨胀过程 气体对外做功 根据热力学第一定律 气体的内能一定减少 即温度迅速降低 由于是在室温下拔开瓶塞的 所以瓶内气体的温度一定低于室温 当瓶内外气体压强相等后 塞上瓶塞 立刻又出现了一个新的热力学过程 由于瓶内气温低于室温 必将有热量从外界传向瓶内空气 使瓶内空气的温度升高 瓶内空气的压强也就随着温度的升高而增大 所以 正确答案应为b 指点迷津 解此类题时要注意把握住题设的关键词所反映的隐含条件 注意分析物理过程 只是根据自己的生活经验想当然一般是要出错的 纠错强化 1 下列说法中正确的是 d a 温度低的物体内能小b 温度低的物体分子运动