高考物理一轮复习 15.2热力学定律、能量守恒定律课件.ppt

第2节热力学定律能量守恒定律 1 物体内能的变化 1 改变内能的两种方式 做功 当做功使物体的内能发生改变的时候 外界对物体做了多少功 物体内能就多少 物体对外界做了多少功 物体内能就多少 热传递 当热传递使物体的内能发生改变的时候 物体吸收了多少热量 物体内能就多少 物体放出了多少热量 物体内能就多少 一 热力学第一定律和能量守恒定律 增加 减少 增加 减少 2 两种改变方式间的关系 两者在上是等效的 两者的本质区别 做功是其他形式的能和内能的相互 热传递是内能的 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 公式 u 改变物体的内能 转化 转移 w q 3 能量守恒定律内容 能量既不会凭空 也不会凭空 它只能从一种形式为另一种形式 或者从一个物体到另一个物体 在能的转化或转移过程中其不变 二 热力学第二定律1 热力学第二定律的两种表述表述一 按照热传导的方向性来表述 热量不可能自发地从物体传到物体 表述二 按照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 全部对外做功 而不产生其他影响 它也可以表述为 第二类永动机是不可能制成的 产生 消失 转化 转移 总量 低温 高温 这两种表述是等效的 即可以从一种表述导出另一种表述 2 热力学第二定律的实质 揭示了大量分子参与的宏观过程的 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 热力学过程方向性的实例 方向性 4 热力学第一定律和热力学第二定律的关系热力学第一定律是和热现象有关的物理过程中能量守恒的特殊表达形式 而第二定律指出了能量转化与守恒能否实现的条件和过程的方向 指出了一切变化过程的自然发展是不可逆的 除非靠外界影响 所以二者既相互联系又相互补充 5 两类永动机的比较 三 热力学第三定律 绝对零度 绝对零度 热力学第三定律 不可能通过有限的过程把一个物体冷却到 不可能达到 题型一 热力学第一定律的理解及应用 例1 1 密闭有空气的薄塑料瓶因降温而变扁 关于此过程中瓶内空气 不计分子势能 说法正确的是 a 内能增大 放出热量b 内能减小 吸收热量c 内能增大 对外界做功d 内能减小 外界对其做功 2 一定质量的气体 在从一个状态 变化到另一个状态 的过程中 吸收热量280j 并对外做功120j 试问 这些气体的内能发生了怎样的变化 如果这些气体又返回原来的状态 并放出了240j热量 那么在返回的过程中是气体对外界做功 还是外界对气体做功 做功多少 思路点拨 明白温度是分子平均动能的标志 弄清热力学第一定律的符号法则和符号的含义是解题的关键 答案 1 d 2 增加了160j 外界对气体做功80j 方法与知识感悟 1 热力学第一定律中的符号规定及意义 2 温度 内能 热量 功之间的区别 题型二 对热力学第二定律的理解 例2下列说法正确的是 a 机械能全部变成内能是不可能的b 第二类永动机不可能制成功的原因是因为能量既不会凭空产生 也不会凭空消失 只能从一个物体转移到另一个物体 或者从一种形式转化成另一种形式c 根据热力学第二定律可知 热量不可能从低温物体传到高温物体d 从单一热源吸收的热量全部变成功是可能的 解析 机械能可以完全转变为内能 比如运动的物体因为摩擦而停下来 a错误 第二类永动机不违反能量守恒定律 但违反了热力学第二定律 b错误 由热力学第二定律的内容可知 c错误 只有d是正确的 该情形可以实现 但要引起其他变化 答案 d 1 2012福建 关于热力学定律和分子动理论 下列说法正确的是 a 一定量气体吸收热量 其内能一定增大b 不可能使热量由低温物体传递到高温物体c 若两分子间距离增大 分子势能一定增大d 若两分子间距离减小 分子间引力和斥力都增大 d 解析 由热力学第一定律 u w q知 一定量气体吸收热量内能不一定增大 例如气体对外做功 且w q 那么内能将会减少 故a项错误 热力学第二定律的一种表述为 不可能使热量由低温物体传递到高温物体 而不引起其他变化 关键理解 而不引起其他变化 如果 引起其他变化 完全可以实现将热量从低温物体传递到高温物体 故b项错误 当r r0时 分子力表现为斥力 当分子间距增大时 分子势能减小 故c项错误 根据分子引力 斥力随分子间距的变化规律知 d项正确 2 空气压缩机在一次压缩过程中 活塞对气缸中的气体做功为2 0 105j 同时气体的内能增加了1 5 105j 试问 此压缩过程中 气体 填 吸收 或 放出 的热量等于j 放出 5 104 解析 由热力学第一定律w q u 得q u w 5 104j 说明气体放出热量5 104j 3 1 图a b是潮汐发电示意图 涨潮时开闸 水由通道进入海湾水库蓄水 待水面升至最高点时关闭闸门 见图a 当落潮时 开闸放水发电 见图b 设海湾水库面积为5 0 108m2 平均潮差为3 0m 一天涨落潮两次 发电的平均能量转化率为10 则一天内发电的平均功率约为 海水取1 0 103kg m3 g取10m s2 b a 2 6 104kwb 5 2 104kwc 2 6 105kwd 5 2 105kw 2 下图为双水库潮汐电站原理示意图 两个水库之间始终保持着水位差 可以全天发电 涨潮时 闸门的开关情况是 落潮时闸门的开关情况是 从能量的角度说 该电站是将海水的转化为水轮机的动能 再推动发电机发电 a关b开 b关a开 重力势能 巩固基础 1 关于物体的内能的变化 以下说法中正确的是 a 物体放出热量 内能一定减小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 c 解析 物体内能的变化与外界对物体做功 或物体对外界做功 物体从外界吸热 或向外界放热 两种因素有关 物体放出热量 但外界有可能对其做功 故内能有可能不减小 a错误 同理 物体对外做功的同时有可能吸热 故内能不一定减小 b错误 若物体吸收的热量与对外做功相等 则内能不变 c正确 而放热与对外做功都是使物体内能减小 d错误 2 对于热量 功和内能三个物理量 下列各种说法中正确的是 a 热量和功是由过程决定的 而内能是由物体的状态决定的b 物体的内能越大 热量越多c 热量和功都可以作为内能的量度d 内能大的物体含的热量一定多 a 解析 热量和功是过程量 内能是状态量 它们具有不同的物理意义 热量只有在涉及到能量传递时才有意义 因此说某个物体的热量多少是错误的 热量和功都可量度内能改变的多少 而不能量度内能的多少 选项a正确 3 下列关于热学现象和热学规律的说法中 不正确的是 a 观察液体中悬浮的小颗粒 温度越高 布朗运动越剧烈 说明温度越高 液体分子的无规则运动越剧烈b 分子间同时存在着引力和斥力 分子间引力随分子间距离的增大而增大 而分子间斥力随距离的增大而减小c 随着科学技术的发展 使得物体的温度达到绝对零度是可能的d 一定质量的气体温度由t1升高到t2 在这个过程中 如果气体体积膨胀并对外界做功 则气体分子平均动能可能减少e 100 的水变成100 的水蒸气 其分子之间的势能增加 bcd 解析 由于分子间引力和斥力都随分子间距离的增大而减小 所以b错 绝对零度是不能达到的 c错 由于气体分子平均动能只与温度有关 温度升高 气体分子平均动能增大 d错 100 的水变成100 的水蒸气的过程中分子力做了负功 说明分子势能增加了 故e正确 4 下列说法正确的是 a 布朗运动是悬浮在液体中固体颗粒的分子无规则运动的反映b 没有摩擦的理想热机可以把吸收的能量全部转化为机械能c 知道某物质的摩尔质量和密度可求出阿伏加德罗常数d 内能不同的物体 它们分子热运动的平均动能可能相同 d 解析 布朗运动是悬浮在液体中固体小颗粒的运动 他反映的是液体分子无规则的运动 所以a错误 没有摩擦的理想热机不经过做功是不可能把吸收的能量全部转化为机械能的 b错误 摩尔质量必须和分子的质量结合才能求出阿伏加德罗常数 c错 温度是分子平均动能的标志 只要温度相同分子的平均动能就相同 物体的内能是势能和动能的总和 所以d正确 提升能力 5 如图是密闭的气缸 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600jd 温度降低 内能减少200j a 解析 根据热力学第一定律 气体内能增量 u w q 800j 200j 600j 对于一定质量的理想气体 内能增加温度必然升高 故a选项正确 6 如图所示 导热性能良好的气缸内用活塞封闭着一定质量 常温常压的理想气体 气缸放在水平地面上 一条细绳一端连接在活塞上 另一端通过两个光滑的定滑轮后连接在一个可施加拉力的传感器上 传感器由计算机控制 开始时活塞和气缸均静止 现通过计算机对活塞施加拉力 让活塞缓慢向上移动 但活塞始终没有从气缸中拉出 周围环境温度不变 则在拉动活塞的过程中 下列说法正确的是 a 气缸内气体的分子平均动能不变b 气缸内气体对活塞单位时间内碰撞的次数先减小后不变 abd c 气缸对地面的压力先不变后逐渐减小到零d 气缸内气体对外做功 气体从外界吸收热量 但内能保持不变e 气缸内气体从外界吸收热量 内能增加 解析 由于气缸导热 缓慢拉动活塞时缸内气体温度不变 气体分子平均动能不变 a对 活塞上移时 气体体积开始增大 温度不变而压强减小 当绳的拉力增大到等于气缸与活塞的总重力时 气缸离开地面上升 此时气体体积不变 压强不变 因此气缸内气体对活塞单位时间内碰撞的次数先减少后不变 b对 气缸对地面的压力先减小后为零 c错 拉力对活塞做功 而气体由于体积增大而对外做功 但其内能保持不变 因此吸热 d对 e错 7 2011重庆 某汽车后备箱内安装有撑起箱盖的装置 它主要由气缸和活塞组成 开箱时 密闭于气缸内的压缩气体膨胀 将箱盖顶起 如图所示 在此过程中 若缸内气体与外界无热交换 忽略气体分子间相互作用 则缸内气体 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 a 解析 由于缸内气体与外界无热交换q 0 气缸内的压缩气体膨胀对外做功w 0 由热力学第一定律可知气体内能减少 而题中忽略气体分子间相互作用即不计分子势能 故分子动能减小 分子平均动能亦减小 a正确 8 图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 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二定律 bc 解析 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 适用于所有的热现象 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给高温物体 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 9 以下说法中正确的是 a 分子间的距离增大时 分子间的引力增大 斥力减小b 物体的温度升高时 其中的每个分子的动能都将增大c 物体吸热时 它的内能不一定增加d 热量可以由低温物体传到高温物体e 物体对外界做功 它的内能可能增加 cde 解析 分子间距增大时 分子间的引力与斥力都减小 由于分子运动的无规则性 温度升高时 不是每个分子的动能都增加 物体吸热的同时对外做功 且做的功等于吸的热 则它的内能不变 通过做功 热量可以从低温物体传到高温物体 物体对外做功时又吸热 且吸收的热多于对外做的功 它的内能将增加 10 用气筒给自行车打气 每次对活塞加75n的压力 活塞行程为40cm 每压一次 被压缩气体的内能都增加8 5j 则此过程中被压缩气体是热 填 吸 或 放 传递的热量是j 放 21 5 解析 打气一次做功w fl 75 0 4j 30j 而气体的内能增加了8 5j 由热力学第一定律 气体向外放热q 30j 8 5j 21 5j 11 热力学第二定律常见的表述有两种 第一种表述 不可能使热量由低