高考物理 第三课时 热力学定律与能量守恒导与练复习课件.ppt

2012高三物理复习课件 导与练福建 第13章第三课时热力学定律与能量守恒 1 理解热传递和做功是改变物体内能的两种不同方式 理解二者差异 2 理解热力学第一定律 会进行简单计算 3 理解热力学第二定律的不同表述的等价性 1 改变内能的两种方式的比较 物体的内能增加与否 不能单纯地只看做功或热传递 两个过程需要全面考虑 2 热力学第一定律和能量守恒定律 1 热力学第一定律 内容 一个热力学系统的内能增量等于外界对它传递的热量和外界对它做功的和 公式表示为 u w q 符号法则 2 能量守恒定律 能量既不会消失 也不会创生 它只能从一种形式转化为另一种形式 或者从一个物体转移到另一个物体 而能量的总值保持不变 3 第一类永动机 违背能量守恒定律的机器被称为第一类永动机 它是不可能制成的 3 热力学第二定律及其微观解释 1 常见的两种表述 克劳修斯表述 按热传递的方向性来表述 不可能使热量从低温物体传向高温物体 而不引起其他变化 开尔文表述 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取热量 使之完全变为有用功 而不引起其他变化 2 热力学第二定律的微观解释 热力学第二定律使人们认识到 自然界中进行的涉及到热现象的宏观过程都具有方向性 揭示了大量分子参与的宏观过程具有不可逆性 熵和熵增加原理a 熵 熵是量度系统无序程度的物理量 系统越混乱 无序程度越高 这个系统的熵越大 系统自发变化时 总是向着无序程度增加的方向发展 b 熵增加原理在任何自然过程中 一个孤立系统的总熵不会减小 如果过程可逆 则熵不变 如果过程不可逆 则熵增加 任何宏观物质系统都有一定量的熵 熵可以在系统的变化过程中产生和传递 熵的增加将导致能量品质退化 即能量退降 3 第二类永动机 违背宏观热现象方向性的机器被称为第二类永动机 这类永动机不违背能量守恒定律 但它违背了热力学第二定律 也是不可能制成的 4 能源与环境能源的开发和利用 1 能量耗散集中度较高因而也是有序度较高的能量 如机械能 电能 化学能等 当它们变为环境的内能后 就成为更加分散因而也是无序度更大的能量 我们无法把这些分散的内能重新收集起来加以利用 这样的转化过程叫能量耗散 2 能源 常规能源 煤 石油 天然气等 新能源 太阳能 风能 氢能 地热能 生物质能 海洋能等 对应学生用书第172 173页 1 2009年福建卷 一定质量的理想气体在某一过程中 外界对气体做功7 0 104j 气体内能减少1 3 105j 则此过程 b 填选项前的编号 a 气体从外界吸收热量2 0 105jb 气体向外界放出热量2 0 105jc 气体从外界吸收热量2 0 104jd 气体向外界放出热量6 0 104j解析 由题意可知w 7 0 104j u 1 3 105j 根据w q u得q u w 1 3 105j 7 0 104j 2 0 105j 所以气体向外界放出热量2 0 105j 2 一定质量的理想气体在一容器中推动绝热活塞向外膨胀 下列说法正确的是 d a 气体的熵减少 但由于是绝热过程 内能不变b 气体的熵减少 同时对外做功 内能减少c 气体的熵不会减少 但由于是绝热过程 内能不变d 气体的熵不会减少 同时对外做功 内能减少解析 根据熵增加原理可知 在任何自然过程中 一个孤立系统的总熵不会减少 所以a b错 由于是绝热过程 没有热传递 但又对外做功 所以内能减少 d对 c错 故正确答案为d 3 下列说法中正确的是 a a 一切涉及热现象的宏观过程都具有方向性b 一切不违反能量守恒与转化定律的物理过程都是可能实现的c 由热力学第二定律不能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 热力学第二定律指出了热现象的方向性 而同时也指出了发生这些单一方向的过程的条件 自发 这也就说明了这些过程中的一些其逆过程在某些条件下也是可以发生的 但也有的是不可能发生的 热力学第一定律的理解和计算1 温度 内能 热量和功的区别与联系 2 对公式 u w q的应用 1 应用热力学第一定律时要明确研究的对象是哪个物体或者是哪个热力学系统 2 应用热力学第一定律计算时 要依照符号法则代入数据 对结果的正 负也同样依照规则来解释其意义 例1 2010年福建卷 如图所示 一定质量的理想气体密封在绝热 即与外界不发生热交换 容器中 容器内装有一可以活动的绝热活塞 今对活塞施以一竖直向下的压力f 使活塞缓慢向下移动一段距离后 气体的体积减小 若忽略活塞与容器壁间的摩擦力 则被密封的气体 填选项前的字母 a 温度升高 压强增大 内能减少b 温度降低 压强增大 内能减少c 温度升高 压强增大 内能增加d 温度降低 压强减小 内能增加思路点拨 1 理想气体无分子力 无分子势能 故一定质量的某种理想气体的内能只与温度有关 2 绝热系统内能的改变只与做功情况有关 答案 c 做功和热传递都能使内能发生改变 通过热力学第一定律定量计算时 有两种处理方法 一是记清楚各量符号的正负 二是通过能量流向图得出是吸热还是放热 是对外做功还是外界对物体做功 针对训练11 2010年江苏卷改编 在将空气压缩装入气瓶的过程中 温度保持不变 外界做了24kj的功 现潜水员背着该气瓶缓慢地潜入海底 若在此过程中 瓶中空气的质量保持不变 且放出了5kj的热量 在上述两个过程中 空气 a 内能共减少5kj 吸收19kj的热量b 内能共减少5kj 放出29kj的热量c 内能共增加19kj 放出29kj的热量d 内能共增加19kj 吸收19kj的热量解析 根据热力学第一定律 u q w 第一个过程w1 24kj 温度不变 得 u1 0 q1 w1 24kj 第二个过程 体积不变 w2 0 q2 5kj 得 u2 5kj 所以 u u1 u2 5kj q q1 q2 29kj 答案 b 4 两类永动机的比较 例2 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 下列说法正确的是 热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外 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 电冰箱的工作原理不违反热力学第一定律 电冰箱的工作原理违反热力学第一定律a b c d 思路点拨 热量传递的自发过程具有方向性 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 适用于所有的热学过程 故 正确 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 错误 正确 故应选b 答案 b 熟练记住热力学第二定律的两种表述 并透彻理解宏观物理过程发生的方向性 同时结合其微观解释是解决热力学第二定律相关问题的基础 针对训练21 2010年山东曲师大附中模拟 某校中学生参加电视台 异想天开 节目的活动 他们提出了下列四个设想方案 哪些从理论上讲是可行的 a 制作一个装置从海水中吸收内能全部用来做功b 制作一种制冷设备 使温度降至绝对零度以下c 汽车尾气中各类有害气体排入大气后严重污染了空气 想办法使它们自发地分离 既清洁了空气 又变废为宝d 将房屋顶盖太阳能板 可直接用太阳能来解决照明和热水问题解析 根据热力学第二定律的开尔文表述 不可能从单一热源吸收热量 并把它全部用来做功 而不产生其他影响 a错 热力学第二定律还说明 自然界中一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的 c错 绝对零度是低温的极限 不可能达到 b错 根据能量守恒定律知 d正确 答案 d 考点 热力学定律与气体实验定律的综合 例题 基础题 2010年广东省茂名市一模 一定质量的理想气体由状态a变化到状态b 再由状态b变化到状态c 其压强p与温度t的关系如图所示 由图可知下列说法正确的是 a 气体由a到b过程为等容变化b 气体在状态a的内能大于在状态b的内能c 气体由b到c的过程必放热d 气体在状态a的体积大于在状态c的体积 解析 逐项分析如下 答案 b 测控导航 1 2010年福州质检 关于下列实验事实 说法正确的是 c a 随着低温技术的发展 物体的温度可以降到0kb 由气体的摩尔体积和阿伏加德罗常数 可以算出气体分子的体积c 吸收了热量的物体 其温度可以降低d 分子间引力和斥力可以单独存在解析 绝对零度不可能达到 a错误 气体分子不是紧密排列 b错误 吸热的物体同时对外做功 内能可以减少 其温度可以降低 c正确 分子间引力和斥力总是同时存在 d错误 2 2010年四川省宜宾市模拟 下列说法中正确的是 c a 第二类永动机无法制成是因为它违背了热力学第一定律b 教室内看到透过窗子的 阳光柱 里粉尘颗粒杂乱无章的运动 这种运动是布朗运动c 地面附近有一正在上升的空气团 视为理想气体 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 则该气团在上升过程中气团体积增大 温度降低d 热量只能从高温物体向低温物体传递 不可能由低温物体传给高温物体解析 第二类永动机不能制成是因为它违反热力学第二定律 a错误 粉尘颗粒运动原因是气流的作用不是分子撞击 b错误 越往上气团体积越大 对外做功内能减小 温度降低 c正确 在引起其他变化的前提下 热量可以从低温物体传到高温物体 d错误 3 2010年重庆卷 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 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 在缓慢放水的过程中胎内气体压强减小 因温度不变 由玻意耳定律可知气体体积增大 气体对外做正功 故b错误 气体温度不变 内能不变 不计分子势能 分子平均动能不变 故c d错误 由热力学第一定律 u w q可知 气体从外界吸收热量 故a正确 4 2010年重庆模拟 喜庆日子 室外经常使用巨大的红色气球来烘托气氛 在重庆晴朗的夏日 对密闭在红色球内的气体从早晨到中午的过程 下列说法中正确的是 b a 吸收了热量 同时体积膨胀对外做功 内能不变b 吸收了热量 同时体积膨胀对外做功 内能增加c 气球内单位体积分子数减少 分子平均动能不变d 气球内单位体积分子数不变 气体压强不变解析 从早晨到中午 外界温度升高 气球内气体温度同时升高 分子平均动能增大 内能增大 a c项错 气体温度升高 而压强不变 体积增大 故单位体积内气体分子数减少 d项错 5 一定质量的某种理想气体由状态a经过图中所示过程缓慢变到状态b 在此过程中 c a 气体的密度一直不变b 气体的密度一直变大c 气体的内能一直增加d 气体的内能一直减小解