（广西专用）高考物理一轮复习 8.2热力学定律及能量守恒 气体课件 新人教版.ppt

第2讲热力学定律及能量守恒气体 考点1热力学定律 能量守恒定律 1 热力学第一定律 1 内容 外界对物体 加上物体从外界 等于物体内能的增加量 u 2 表达式 u 做的功w 吸收的热量q w q 2 热力学第二定律 1 表述1 不可能使热量由低温物体传递到高温物体 而 2 表述2 不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来对外做功 而 3 意义 热力学第二定律表明自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有 不引起其他变化 不引起其他变化 方向性 3 热力学第三定律 热力学零度不可达到4 热力学温度和摄氏温度关系 1 t 2 t 5 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 转化为 或者 转移到 在能的转化或转移过程中其总量 t 273 15k t 从一种形式 另一种形式 从一个物体 另一个物体 不变 1 热力学第一定律 1 符号规定 w 外界对物体做功 w 0 物体对外界做功 w 0 q 物体从外界吸收热量 q 0 物体向外界放出热量 q 0 u 物体内能增加 u 0 物体内能减小 u 0 2 实质 热力学第一定律是能量守恒的具体体现 说明能量在转移和转化的过程中是守恒的 2 热力学第二定律热力学第二定律是说不违背能量守恒定律的热力学过程的发生具有方向性 热力学过程方向性实例 1 2 3 4 由以上可知 并非所有能量守恒的过程都能实现 3 两类永动机比较 给旱区送水的消防车停于水平地面 在缓慢放水过程中 若车胎不漏气 胎内气体温度不变 不计分子间势能 则胎内气体 a 从外界吸热b 对外界做负功c 分子平均动能减小d 内能增加 解析 选a 若车胎不漏气 气体温度不变 不计分子势能 则气体分子平均动能不变 内能也不变 故c d两项均错 缓慢放水过程中气体膨胀 对外界做正功 再由热力学第一定律知气体从外界吸热 故a对b错 考点2气体状态参量 1 温度 t或t 1 物理意义 宏观上表示物体的 微观上标志物体内分子热运动的激烈程度 它是物体分子 的标志 冷热程度 平均动能 2 两种温标 摄氏温标 t 单位 在1个标准大气压下 水的冰点作为 沸点作为 热力学温标 t 单位k 把 作为0k 绝对零度 0k 是低温的极限 只能接近不能达到 2 体积 1 宏观上 容纳气体的 2 微观上 气体分子所能达到的 0 100 273 容器的容积 空间体积 3 压强 1 宏观上 器壁单位面积上受到的 2 微观上 大量气体分子单位时间作用在单位面积上的 3 决定因素宏观上 气体的 和物质的量 微观上 单位体积内的 和分子的平均 4 单位换算 1atm cmhg pa 压力 总冲量 体积 温度 分子数 动能 76 1 013 105 1 气体的温度 体积 压强之间的关系一定质量的气体 当一个参量不变时 另两个参量的关系为 1 等温变化 分子的平均动能不变 若体积减小 单位体积内分子数目增多 气体的压强增加 2 等容变化 单位体积内的分子数目不变 温度升高 分子的平均动能增加 气体的压强增加 3 等压变化 温度升高 气体分子的平均动能增加 只有气体的体积增大 单位体积内的分子数减少 才可保持气体的压强不变 2 热力学第一定律在气体状态变化中的应用理想气体无分子势能 只有分子动能 一定质量的气体 其内能只取决于温度 而与体积无关 在气体状态变化过程中 三个状态参量 p v t 遵循气体状态方程 或恒量 3 气体压强常见的计算方法 1 液体内深为h处的总压强p p0 gh 式中的p0为液面上方的压强 在水银内 用cmhg做单位时可表示为p h h 2 求用固体 如活塞 或液体 如液柱 封闭在静止的容器内的气体压强 应对封闭物进行受力分析 然后根据平衡条件求解 2012 南京模拟 一定质量的理想气体 经等温压缩 气体的压强增大 用分子动理论的观点分析 这是因为 a 气体分子每次碰撞器壁的平均冲量增大b 单位时间内单位面积器壁上受到气体分子碰撞的次数增多c 气体分子的总数增加d 气体分子的密度增大 解析 选b d 理想气体经等温压缩 压强增大 体积减小 分子密度增大 则单位时间内单位面积器壁上受到气体分子的碰撞次数增多 故b d正确 对一定质量的理想气体 分子总数不变 c错 由于气体等温变化 分子的平均动能不变 故每次撞击器壁的平均冲量不变 a错 热力学第一定律与气体的综合应用 例证1 如图所示 一绝热容器被隔板k分隔成a b两部分 已知a内有一定量的稀薄气体 b内为真空 抽开隔板k后 a内气体进入b 最终达到平衡状态 在此过程中 a 气体对外界做功 内能减少b 气体不做功 内能不变c 气体压强变小 温度降低d 气体压强变小 温度不变 解题指南 解答该题应注意以下两点 1 容器为绝热容器 与外界没有能量交换 2 b内为真空 则a内气体进入b时没有做功 自主解答 选b d 在本题中由于b内为真空 当a内气体膨胀时 无受力物体 因此气体并不对外做功 又由于容器绝热 气体与外界无热交换 所以气体的内能不变 故a错 b正确 由于气体是稀薄气体 所以可把气体看成理想气体 此时不考虑分子间的作用力 即不必考虑分子势能 气体的内能只由分子动能决定 此过程中气体的温度不变 由于体积增大 分子密度减小 所以压强变小 故c错 d正确 总结提升 解答该题的关键是 1 容器绝热 气体与外界无热交换 2 b内为真空 a中气体虽然膨胀 但不对外做功 现对易错选项及错误原因具体分析如下 变式训练 地面附近有一正在上升的空气团 它与外界的热交换忽略不计 已知大气压强随高度增加而降低 则该气团在此上升过程中 不计气团内分子间的势能 a 体积减小 温度降低b 体积减小 温度不变c 体积增大 温度降低d 体积增大 温度不变 解析 选c 由题意 该气团在上升过程中 压强变小 故体积增大 对外做功 由于它与外界的热交换忽略不计 由热力学第一定律知其内能减少 因不计气团内分子间的势能 故分子的平均动能变小 因此温度降低 故只有c正确 气体实验定律的应用 例证2 2011 上海高考 10分 如图 绝热汽缸a与导热汽缸b均固定于地面 由刚性杆连接的绝热活塞与两汽缸间均无摩擦 两汽缸内装有处于平衡状态的理想气体 开始时体积均为v0 温度均为t0 缓慢加热a中气体 停止加热达到稳定后 a中气体压强为原来的1 2倍 设环境温度始终保持不变 求汽缸a中气体的体积va和温度ta 解题指南 解答本题要把握以下思路 1 处于平衡状态时a b中气体的压强相等 2 b汽缸导热 内部气体做等温变化 由玻意耳定律分析 3 a汽缸绝热 内部气体的p v t均变化 由气体状态方程分析 规范解答 设初态压强为p0 膨胀后a b压强相等pb 1 2p0 2分 b中气体始末状态温度相等p0v0 1 2p0 2v0 va 2分 所以 2分 a部分气体满足 2分 所以ta 1 4t0 2分 答案 1 4t0 总结提升 应用状态方程解题的一般步骤 1 明确研究对象 即质量一定的那部分气体或两部分气体 2 确定每部分气体的始末状态参量p1 v1 t1及p2 v2 t2 3 建立状态方程 对相关的两部分气体还要列出压强或体积间的关系方程 4 注意讨论结果的合理性 变式训练 如图所示 一开口汽缸内盛有密度为 的某种液体 一长为l的粗细均匀的小瓶底朝上漂浮在液体中 平衡时小瓶露出液面的部分和进入小瓶中液柱的长度均为l 4 现用活塞将汽缸封闭 图中未画出 使活塞缓慢向下运动 各部分气体的温度均保持不变 当小瓶的底部恰好与液面相平时 进入小瓶中的液柱长度为l 2 求此时汽缸内气体的压强 大气压强为p0 重力加速度为g 解析 设当小瓶内气体的长度为时 压强为p1 当小瓶的底部恰好与液面相平时 瓶内气体的压强为p2 汽缸内气体的压强为p3 依题意 由玻意耳定律 式中s为小瓶的横截面积 联立 两式 得 又有 联立 式 得答案 变式备选 如图所示 薄壁光滑导热良好的汽缸放在光滑水平面上 当环境温度为10 时 用横截面积为1 0 10 2m2的活塞封闭体积为2 0 10 3m3的理想气体 活塞另一端固定在墙上 外界大气压强为1 0 105pa 1 当环境温度为37 时 汽缸自由移动了多少距离 2 如果环境温度保持在37 对汽缸作用水平力 使缸内气体体积缓慢地恢复到原来数值 这时汽缸受到的水平作用力多大 解析 1 气体等压变化汽缸移动的距离为 2 气体等容变化对汽缸受力分析 根据平衡条件 p3s p0s f f p3 p0 s 1 104 1 0 10 2n 100n 答案 1 2 10 2m 2 100n 例证 如图甲所示是一个右端开口的圆筒形汽缸 活塞可以在汽缸内自由滑动 活塞将一定量的理想气体封闭在汽缸内 此时气体的温度为27 若给汽缸加热 使气体温度升高 让气体推动活塞从mn缓慢地移到pq 已知大气压强p0 1 0 105pa 求 1 当活塞到达pq后缸内气体的温度 2 把活塞锁定在pq位置上 让气体的温度缓慢地降到27 求此时气体的压强并分析判断该过程气体是放热还是吸热 3 在图乙中画出上述两个过程中气体压强p随温度t变化的图象 规范解答 1 此过程为等压变化过程p1 p2 p0 1 105pa v2 2v1 t1 300k由得 t2 600k 2 此过程为等容变化过程 t3 300k由查理定律 得 p3 0 5 105pa 该过程中气体温度降低 内能减少 体积不变 做功为零 由热力学第一定律可判断气体向外放热 3 p t图象如图所示 答案 1 600k 2 0 5 105pa放热 3 见规范解答 1 2011 广东高考 如图为某种椅子与其升降部分的结构示意图 m n两筒间密闭了一定质量的气体 m可沿n的内壁上下滑动 设筒内气体不与外界发生热交换 在m向下滑动的过程中 a 外界对气体做功 气体内能增大b 外界对气体做功 气体内能减小c 气体对外界做功 气体内能增大d 气体对外界做功 气体内能减小 解析 选a m向下滑动的过程中 气体体积减小 故外界对气体做功 由热力学第一定律知 q 0 内能的改变取决于做功 因外界对气体做功 故气体的内能增大 a正确 b c d错误 2 2012 河池模拟 一定质量的理想气体处于平衡态 现设法使其温度升高而压强减小达到平衡态 则 a 状态 时气体的密度比状态 时气体的密度小b 状态 时分子的平均动能比状态 时分子的平均动能大c 从状态 到状态 过程中气体要向外放热d 从状态 到状态 过程中气体要对外做功 解析 选d 由 常数知 温度升高而压强减小时 体积一定增大 即对外做功 气体的密度减小 a错 d对 又由 u w q知 气体一定吸热 c错 温度升高 气体分子的平均动能增大 b错 3 一定质量理想气体的状态经历了如图所示的ab bc cd da四个过程 其中bc的延长线通过原点 cd垂直于ab且与水平轴平行 da与bc平行 则气体体积在 a ab过程中不断增加b bc过程中保持不变c cd过程中不断增加d da过程中保持不变 解析 选a b 由可知p t图中斜率c为定值 据此可知ab过程中体积增加 a项正确 bc过程体积不变 b项正确 cd过程中体积减小 c项错误 由于od直线的斜率与oa直线的斜率不等 故d a状态体积不等 d错误 4 2012 绵阳模拟 医疗室用的电热高压灭菌锅的锅盖密封良好 盖上有一个