高考物理复习 第11章第三节热力学定律与能量守恒课件 沪科版.ppt

第三节热力学定律与能量守恒 课堂互动讲练 经典题型探究 知能优化演练 第三节热力学定律与能量守恒 基础知识梳理 基础知识梳理 一 改变内能的两种方式 做功和热传递1 功和内能做功可以使物体的内能发生改变 内能的改变量是用功的数值来量度的 外界对物体做了多少功 物体的内能就 多少 物体对外界做了多少功 物体的内能就 多少 绝热过程 系统只由外界对它做功而与外界交换能量 它不从外界 热 也不向外界 热 这样的过程叫做绝热过程 增加 减少 吸 放 2 热传递和内能热传递也可以使物体的内能发生改变 内能的改变量是用 来量度的 物体吸收了多少热量 物体的内能就增加多少 物体放出了多少热量 物体的内能就减少多少 热传递有三种方式 和 二 热力学定律1 热力学第一定律与能量守恒定律 热量 热传导 热对流 热辐射 1 如果物体跟外界同时发生做功和热传递 那么外界对物体所做的功w加上物体从外界吸收的热量q等于物体内能的增加 u 即 2 热力学第一定律的符号法则 功w 0 表示 做功 w0 表示物体 热 q 0 表示物体 热 外界对系统 系统对外界 吸 放 内能 u 0 表示内能 u 0 表示内能 3 指出各种不同形式的能量都可以相互转化并且在转化或转移的过程中 能量的总量保持不变 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 增加 减少 能量守恒定律 思考感悟由热力学第一定律判定内能变化的依据是什么 提示 内能变化的依据是做功与热传递的总和 2 热力学第二定律及其微观解释反映宏观自然过程方向性的定律就是热力学第二定律 它有常见的两种表述 1 克劳修斯表述 按热传递的方向性来表述 热量不能自发地从 物体传到 物体 低温 高温 2 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 吸收热量 使之完全变成功 而不产生其他影响 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 单一热源 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 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性增大的方向发展 所以热力学第二定律也叫熵增加原理 无序 大 第二类永动机 违背宏观热现象方向性的机器被称为 永动机 这类永动机不违背 但它违背了 也是不可能制成的 三 能量守恒定律能量既不能凭空产生 也不能凭空消失 它只能从一种形式 为另一种形式 或者从一个系统 物体 到另一个系统 物体 在转化和转移的过程中其 不变 第二类 热力学第二定律 转化 转移 总量 课堂互动讲练 一 热力学第一定律的应用1 物体的内能及内能的变化 1 物体的内能是指物体内所有分子的平均动能和势能之和 在微观上由分子数 分子热运动的剧烈程度和相互作用力决定 宏观上体现为物体的温度和体积 因此物体的内能是一个状态量 2 理想气体的内能是指所有分子的平均动能之和 所以一定质量理想气体的内能只与温度有关 温度升高 内能增大 温度降低 内能减小 2 做功和热传递在改变物体内能上是等效的 但是有着本质的区别 1 等效 的意义可以理解为 在改变物体的内能上可以起到同样的效果 即要使物体改变同样的内能 通过做功或者热传递都可以实现 若不知道过程 我们无法分辨出是做功还是热传递实现的这种改变 2 做功和热传递的本质区别 从运动形式上看 做功是宏观的机械运动向物体的微观分子热运动的转化 热传递则是通过分子之间的相互作用 使不同物体间分子热运动变化 是内能的转移 从能量的角度看 做功是其他形式的能向内能的转化 热传递是内能之间的转移 前者能的性质发生了变化 后者能的性质不变 名师点睛 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 即时应用 即时突破 小试牛刀 1 2010年高考广东卷 如图11 3 1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600jd 温度降低 内能减少200j 图11 3 1 解析 选a 由 u q w得 u 200j 800j 600j 即气体的内能增加600j 故b d错误 由于气体分子间的距离较大 其分子势能可忽略不计 故密闭 质量不变 气体内能的多少表现为温度的高低 即气体温度升高 故c错误 a正确 二 对热力学第二定律的理解1 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 的涵义是指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热力学第二定律的每一种表述 都揭示了大量分子参与宏观过程的方向性 进而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 热力学过程方向性实例 名师点睛 热量不可能自发地从低温物体传到高温物体 但在有外界影响的条件下 热量可以从低温物体传到高温物体 如电冰箱 在引起其他变化的条件下内能可以全部转化为机械能 如气体的等温膨胀过程 4 两类永动机的比较 5 热力学第一定律与第二定律的关系热力学第一定律中 摩擦力做功可以全部转化为内能 热力学第二定律却说明这一内能在不引起其他变化的情况下不可能完全变成功 热量可以从高温物体自动传向低温物体 而热力学第二定律却说明热量不能自动从低温物体传向高温物体 第一定律说明在任何过程中能量必定守恒 第二定律却说明并非所有能量守恒的过程均可以实现 热力学第二定律是反映自然界中过程进行的方向和条件的一个规律 它指出自然界中出现的过程是具有方向性的 在热力学中 两个定律相辅相成 缺一不可 即时应用 即时突破 小试牛刀 2 根据热力学第二定律 下列判断正确的是 a 电流的能不可能全部变为内能b 在火力发电机中 燃气的内能不可能全部变为电能c 在热机中 燃气的内能不可能全部变为机械能d 在热传导中 热量不可能自发地从低温物体传递给高温物体 解析 选bcd 由热力学第二定律可知 凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性 电流的能可全部变为内能 而内能不可能全部变为电流的能 机械能可全部变为内能 而内能不可能全部变成机械能 在热传导中 热量只能自发地从高温物体传递给低温物体 而不能自发地从低温物体传递给高温物体 所以选项b c d正确 2010年高考海南卷 如图11 3 2 体积为v 内壁光滑的圆柱形导热汽缸顶部有一质量和厚度均可忽略的活塞 汽缸内密封有温度为2 4t0 压强为1 2p0的理想气体 p0和t0分别为大气的压强和温度 已知 气体内能u与温度t的关系为u t 为正的常量 容器内气体的所有变化过程都是缓慢的 求 经典题型探究 1 汽缸内气体与大气达到平衡时的体积v1 2 在活塞下降过程中 汽缸内气体放出的热量q 思路点拨 圆柱形导热汽缸 说明气体温度高于外界气体温度 要向外界放热最终缸内气体的温度和压强与外界相同 图11 3 2 反思领悟 理想气体状态发生变化的过程中 不仅满足理想气体状态方程 而且还满足能量守恒的定律 具体地要满足热力学第一定律 即满足方程 u w q 如图11 3 3所示 a b c d表示一定质量的理想气体状态变化过程中的四个状态 图中ad平行于横坐标轴 ab的延长线过原点 dc平行纵轴 以下说法正确的是 图11 3 3 a 从状态d到c 气体不吸热也不放热b 从状态c到b 气体放热c 从状态a到d 气体对外做功d 从状态b到a 气体吸热 思路点拨 根据图线的特点 分清气体发生变化的特点 然后结合热力学第一定律进行求解 解析 从状态d到c 气体发生等温变化 内能不变 但由于体积变大 气体对外界做功 根据热力学第一定律 知气体要吸热 a错误 从状态c到b 气体的体积变小 外界对气体做功 内能又减小 因此气体要放热 b正确 从状态a到d 气体发生等压变化 温度变大 体积变大 气体对外界做功 c正确 从状态b到a 气体发生等容变化 温度升高 内能变大 气体要