高三物理总复习 13.3热力学定律与能量守恒课件 鲁科版.ppt

第三节热力学定律与能量守恒 一 改变内能的两种方式1 改变内能的两种方式是 和 2 做功和热传递改变内能是 的 但做功是能量的 而热传递是 做功 热传递 等效 转化 转移 二 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功的和 2 公式 u w q 增加 热量 外界 3 热力学第二定律表述一 热传导的方向性 表述二 机械能和内能转化过程的方向性 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 不可能从单一热源吸收热量 使之 完全变为有用功而不引起其他变化 三 能量守恒定律1 内容 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 能量的总值保持不变 2 永动机由能量守恒定律知 永动机不可能制成 由热力学第二定律知 永动机不可能制成 第一类 第二类 四 能源与环境1 常规能源 常规能源带来环境污染问题 如温室效应 酸雨 光化学烟雾等 2 新能源的开发 风能 水能 太阳能 沼气 核能等 煤 石油 天然气 课堂互动讲练 一 改变物体内能的方式的理解1 与内能相关的物理量的比较 2 改变内能的两种方式的比较 名师点睛 1 温度 内能 热量和功是热学中相互关联的四个物理量 当物体的内能改变时 温度不一定改变 只有当通过热传递改变物体内能时才会有热量传递 但能的形式没有发生变化 2 热量是传递过程中的特征物理量 离开过程谈热量毫无意义 就某一状态而言 只有 内能 根本不存在 热量 和 功 因此不能说一个系统中含有 多少热量 或 多少功 3 对于理想气体 由于分子间没有相互作用力 没有分子势能 所以理想气体的内能只与温度和物质的量有关 当理想气体体积减小时 外界对气体做功 内能要增加 当理想气体体积增大时 气体对外界做功 内能要减小 即时应用1 2009年高考广东卷 1 远古时代 取火是一件困难的事 火一般产生于雷击或磷的自燃 随着人类文明的进步 出现了 钻木取火 等方法 钻木取火 是通过 方式改变物体的内能 把 转变成内能 2 某同学做了一个小实验 先把空的烧瓶放入冰箱冷冻 一小时后取出烧瓶 并迅速把一个气球紧密地套在瓶颈上 然后将烧瓶放进盛满热水的烧杯里 气球逐渐膨胀起来 如图13 3 1所示 这是因为烧瓶里的气体吸收了水的 温度 体积 图13 3 1 解析 1 钻木 的过程是做功的过程 是把机械能转化为内能的过程 要想取到火必须使温度升高到木头的燃点 2 由热力学第一定律知 烧瓶里的气体吸收热量后 气体的内能增加 因而温度升高 体积增大 答案 1 做功机械能 2 热量升高增大 二 热力学定律的理解1 对热力学第一定律的理解 1 热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种改变内能过程是等效的 而且给出了内能的变化量和做功与热传递之间的定量关系 此定律应用时各量的单位应统一 2 对公式 u q w符号的规定 3 几种特殊情况 若过程是绝热的 则q 0 w u 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 2 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 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 不产生其他影响 的涵义是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 两类永动机的比较 4 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发传向低温物体 而热力学第二定律却说明热量不能自发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2 2011年安徽合肥模拟 地球上有很多的海水 它的总质量约为1 4 1018吨 如果这些海水的温度降低0 1 将要放出5 8 1023焦耳的热量 有人曾设想利用海水放出的热量使它完全变成机械能来解决能源危机 但这种机器是不能制成的 其原因是 a 内能不能转化成机械能b 内能转化成机械能不满足热力学第一定律c 只从单一热源吸收热量并完全转化成机械能的机器不满足热力学第二定律d 上述三种原因都不正确 解析 选c 内能可以转化成机械能 如热机 a错误 内能转化成机械能的过程满足热力学第一定律 即能量守恒定律 b错误 热力学第二定律告诉我们 不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功 而不引起其他变化 c正确 经典题型探究 2009年高考江苏卷改编 1 若一气泡从湖底上升到湖面的过程中温度保持不变 则在此过程中关于气泡中的气体 下列说法正确的是 填写选项前的字母 a 气体分子间的作用力增大b 气体分子的平均速率增大c 气体分子的平均动能减小d 气体组成的系统的熵增加 2 若将气泡内的气体视为理想气体 气泡从湖底上升到湖面的过程中 对外界做了0 6j的功 则此过程中的气泡 填 吸收 或 放出 的热量是 j 气泡到达湖面后 温度上升的过程中 又对外界做了0 1j的功 同时吸收了0 3j的热量 则此过程中 气泡内气体内能增加了 j 思路点拨 根据分子动理论和热力学第一定律解决此题 解析 1 气泡的上升过程气泡内的压强减小 温度不变 由玻意耳定律知 上升过程中体积增大 微观上体现为分子间距增大 分子间引力减小 温度不变所以气体分子的平均动能 平均速率不变 此过程为自发过程 故熵增大 d项正确 2 理想气体等温过程中内能不变 由热力学第一定律 u q w 物体对外做功0 6j 则一定同时从外界吸收热量0 6j 才能保证内能不变 而温度上升的过程 内能增加了0 2j 答案 1 d 2 吸收0 60 2 规律总结 1 当做功和热传递两种过程同时发生时 内能的变化就是要用热力学第一定律进行综合分析 2 做功情况看气体的体积 体积增大 气体对外做功 w为负 体积缩小 外界对气体做功 w为正 若与外界绝热 则不发生热传递 此时q 0 下列说法中正确的是 a 热量不能由低温物体传递到高温物体b 外界对物体做功 物体的内能必定增加c 第二类永动机不可能制成 是因为违反了能量守恒定律d 不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功 而不引起其他变化 思路点拨 一定条件下 热量能不能由低温物体传向高温物体呢 物体内能的变化 是不是一定有外界对物体做功呢 世界上是否存在着效率为100 的热机呢 解析 根据热力学第二定律 热量不能自发地由低温物体传递到高温物体 但在一定条件下 热量可以由低温物体传向高温物体 例如电冰箱的工作过程 故选项a错误 根据热力学第一定律 物体内能的变化取决于吸收或放出的热量和做