《热力学定律气体》PPT课件.ppt

一 热力学定律1 热力学第一定律 1 内容 一般情况下 如果物体跟外界同时发生做功和热传递的过程 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等于物体的增加 U 2 表达式 U 3 W Q U的 号法则 内能 W Q 物体 放出 增加 减少 2 热力学第二定律 1 两种表述 不可能使热量由低温物体传递到高温物体 而 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 不引起其他变化 2 意义 热力学第二定律使人们认识到 自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性 3 热力学第三定律 1 内容 热力学零度不可达到 2 热力学温度T与摄氏温度t的关系 T t K 273 15 特别提醒 热力学第一定律说明发生的任何过程中能量必定守恒 因此 第一类永动机不可能制成 热力学第二定律说明并非所有能量守恒的过程都能实现 因此 第二类永动机也不可能制成 二 气体的状态参量1 温度 1 宏观上 表示物体的程度 2 微观上 表示物体分子热运动的程度 是分子的标志 3 温标 常用的温标有热力学温标 绝对温标 和摄氏温标 二者关系T K T t 冷热 激烈 平 均动能 t 273 15 2 体积 1 宏观上 气体所充满的容器的 2 微观上 气体分子所能达到的 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内作用在单位面积上的 3 决定因素 微观上决定于单位体积内的分子数和分子的平均动能 宏观上决定于气体的物质的量 和 容积 空间 压力 总冲量 温度 体积 三 气体分子动理论1 气体分子运动的特点由于气体分子间距大 气体分子的大小可以忽略 分子间的作用力很小 也可以忽略 因此 除分子间及分子与器壁间碰撞外 分子间无相互作用力 所以不计 气体的内能只与气体的物质的量和有关 分子势能 温 度 2 气体分子运动的统计规律 1 气体分子沿各个方向运动的机会 几率 2 大量气体分子的速率分布呈现 中等速率的分子数目多 速率大或小的分子数目少 的规律 3 当温度升高时 中间多 的这一 高峰 向的一方移动 即速率大的分子数目增多 速率小的分子数目减小 分子的平均速率 但不是每个气体分子的速率均增大 相等 中间大 两头小 速率大 增大 特别提醒 理想气体是实际气体在一定条件下的近似 无分子势能 内能只由温度和气体物质的量决定 四 气体状态参量间的关系一定质量的气体 如果三个状态参量都不变 则该气体处于一定的状态中 三个状态参量可以同时变化 也可以是其中一个参量保持不变 其他两个参量发生变化 只有一个状态参量发生变化是不可能的 当一个参量不变时 另两个参量的关系为 1 温度不变 分子的平均动能 若体积减小 单位体积内分子数目 气体的压强 2 体积不变 单位体积内的分子数目 温度升高 分子的平均动能 气体的压强 3 压强不变 温度升高 气体分子的平均动能 只有气体的体积 单位体积内的分子数 才可保持气体的压强 不变 增多 增加 不变 增加 增加 增加 减少 不变 增大 1 关于气体分子运动的特点 正确的说法是 A 气体分子的运动速率可由牛顿运动定律求得B 当温度升高时 气体分子的速率分布不再是 中间多 两头少 C 气体分子运动的平均速率与温度有关D 气体分子的平均速度随温度升高而增大 答案 C 解析 气体分子的运动与温度有关 当温度升高时 平均速率变大 但仍然遵循 中间多 两头少 的统计规律 由于分子运动的无规则性 对于某个分子的运动 不能由牛顿运动定律求得 至于平均速度 可以认为分子向各个方向运动的速率相等 稳定时 平均速度几乎等于零 当温度升高时 平均速度不一定增大 2 2010 广东高考 如图8 2 1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 图8 2 1 解析 对气体做功800J 同时气体放出热量200J 由热力学第一定律得 U W Q 800J 200J 600J 即气体温度升高 内能增加600J 故A项正确 答案 A 3 装有半瓶开水的热水瓶 经过一晚 瓶塞不易拔出 主要原因是 A 瓶内气体因温度降低而压强减小B 瓶外因气温高而大气压强变大C 瓶内气体因体积减小而压强增大D 瓶内气体因体积增大而压强减小 解析 瓶内气体体积不会变化 但温度降低 压强减小 瓶塞内外压力差增大 故瓶塞不易拔出 A对 B C D错 答案 A 4 热现象过程中不可避免地出现能量耗散的现象 所谓能量耗散是指在能量转化的过程中无法把流散的能量重新收集 利用 下列关于能量耗散的说法中正确的是 A 能量耗散说明能量不守恒B 能量耗散不符合热力学第二定律C 能量耗散过程中能量仍守恒D 能量耗散是从能量转化的角度反映出自然界中宏观过程具有的方向性 解析 能量耗散是指能量转化的过程中能量的散失 说明自然界中的宏观热现象的发展过程是有方向性的 符合热力学第二定律 且不违背能量守恒定律 故C D正确 答案 CD 5 有一个排气口直径为2 0mm的压力锅 如图8 2 2甲所示 排气口上用的限压阀G的质量为34 5g 根据图乙所示的水的饱和蒸汽压跟温度关系的曲线 求当压力锅煮食物限压阀放气时 即限压阀被向上顶起时 锅内能达到的最高温度 8 2 2 答案 122 典例启迪 例1 如图8 2 3所示 导热性能良好的气缸内用活塞封闭着一定质量 常温常压的气体 气缸固定不动 一条细线一端连接在活塞上 另一端跨过两个光滑的定滑轮后连接在一个小桶上 开始时活塞静止 现不断向小桶中添加细沙 使活塞缓慢向上移动 活塞始终未被拉出气缸 周围环境温度不变 则在活塞移动的过程中 下列说法正确的是 图8 2 3 A 气缸内气体的分子平均动能变小B 气缸内气体的内能变小C 气缸内气体的压强变小D 气缸内气体向外界放热 审题指导 活塞缓慢向上移动是指活塞始终处于平衡状态 导热性能良好的气缸内外温度始终相同 解析 先分析活塞的受力 活塞受力如图所示 在不断向小桶中添加细砂时 细线的拉力要不断增大 由于大气压与活塞重力不变 所以气缸内气体压强要减小 所以C对 而由于气缸导热性能良好 在活塞缓慢移动过程中 气缸内温度与外界一样不变 所以分子平均动能不变 内能不变 A B错 活塞缓慢向上移动过程中 气体对外界做功 由热力学第一定律 U Q W可知 气缸内气体要吸热 所以D错 答案 C 归纳领悟 理想气体只有分子动能 一定质量的气体 其内能只取决于温度 而与体积无关 气体的内能只需分析气体的温度 温度升高 或降低 内能增大 或减小 做功情况分析气体体积 气体体积增大 气体对外做功 气体体积减小 外界对气体做功 热量Q则由热力学第一定律W Q U确定 题组突破 1 一个内壁光滑 绝热的气缸固定在地面上 绝热的活塞下方封闭着空气 若突然用竖直向上的力F将活塞向上拉一些 如图8 2 4所示 则缸内封闭着的气体 A 每个分子对缸壁的冲力都会减小B 单位时间内缸壁单位面积上受到的气体分子碰撞的次数减少 图8 2 4 C 分子平均动能不变D 若活塞重力不计 拉力F对活塞做的功等于缸内气体内能的改变量 解析 把活塞向上拉起体积增大 气体对活塞做功 气体内能减小 温度降低 分子的平均冲力变小 碰撞次数减少 故A C错B对 气体内能的减小量等于气体对大气做的功减去F做的功 故D错 答案 B 2 2010 全国卷 如图8 2 5所示 一绝热容器被隔板K隔开成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 图8 2 5 C 气体压强变小 温度降低D 气体压强变小 温度不变 解析 b室为真空 则a气体体积膨胀对外不做功 由热力学第一定律 U W Q知 在绝热时 气体的内能不变 A项错 B项对 又气体是稀薄气体 则只有动能 因此气体的温度不变 分子的平均动能不变 分子的密集程度变小 则压强减小 C项错 D项对 答案 BD 典例启迪 例2 根据热力学第二定律分析 下列说法中正确的是 A 热量能够从高温物体传到低温物体 但不能从低温物体传到高温物体B 热量能够从高温物体传到低温物体 也可以从低温物体传到高温物体 C 机械能可以全部转化为内能 但变化的内能不可以全部转化为机械能D 机械能可以全部转化为内能 变化的内能也可以全部转化为机械能 思路点拨 从热力学第二定律的两种表述出发解答本题 解析 根据热传递的规律可知 热量可以自发地从高温物体传到低温物体 但不能自发地 不需要外界帮助 从低温物体传到高温物体 借助外界的帮助 热量可以从低温物体传到高温物体 故选项A错误 B正确 机械能可以全部转化为内能 如一个运动物体克服摩擦力做功而最终停止运动时 机械能全部转化为内能 在一定条件下 变化的内能也可以全部转化为机械能 如理想气体在等温膨胀过程中 将吸收来的热量全部用来做功 因此选项C错误 选项D正确 答案 BD 归纳领悟 热力学第二定律揭示了大量分子参与的宏观过程具有方向性 常见的热力学过程的方向性实例有 题组突破 3 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 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 答案 C 4 如图8 2 6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 图8 2 6 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二定律D 电冰箱的工作原理违反热力学第二定律 解析 电冰箱能够从低温物体吸收热量 是因为电流做了功 消耗了电能 它不违背热力学第二定律 答案 BC 典例启迪 例3 A B两装置 均由一支一端封闭 一端开口且带有玻璃泡的管状容器和水银槽组成 除玻璃泡在管上的位置不同外 其他条件都相同 将两管抽成真空后 开口向下插入水银槽中 插入过程没有空气进入管内 水银柱上升至如图8 2 7所示位置停止 假设这一过程水银与外界没有热交换 则下列说法正确的是 图8 2 7 A A中水银的内能增量大于B中水银的内能增量B B中水银的内能增量大于A中水银的内能增量C A和B中水银体积保持不变 故内能增量相同D A和B中水银温度始终相同 故内能增量相同 审题指导 水银上升的原因是由于大气压力的作用 通过大气压力做功把大气的能量转化到系统中 解析 在水银进入管中的过程中 大气压力对水银做功 把大气的能量转化为水银的内能和重力势能 在一定的大气压下 静止时 A B管中水银柱的高度是相同的 则进入管中的水银体积相同 所以大气压力做功相同 但两装置中水银重力势能的增量不同 所以两者内能的改变也不同 由图可知B管水银的重力势能较小 所以B管中水银的内能增量较多 故选项B正确 答案 B 归纳领悟 1 用能量转化和守恒定律解题 只要知道物理过程初末状态的能量和过程中的能量转化情况 不必考虑过程的变化细节 这可以使问题的解决过程大大简化 2 解题时 要注意搞清过程中有几种形式的能在转化或转移 分析初末状态 确定 E增和 E减 利用 E增 E减分析或计算要解决的问题 题组突破 5 如图8 2 8所示 直立容器内部有被隔板隔开的A B两部分气体 A的密度较小 B的密度较大 抽去隔板 加热气体 使两部分气体均匀混合 设在此过程气体吸热Q 气体内能增量为 U 则 A U QB UQD 无法比较 图8 2 8 解析 A B气体开始时合重心在中线下 混合均匀后重心在中线 所以系统重力势能增加 由能量守恒定律可知 吸收的热量一部分增加气体内能 另一部分增加气体的重力势能 故 U Q 答案 B 6 如图8 2 9所示 容器A B中各有一个可以自由移动的轻活塞 活塞下面是水 上面是大气 大气压恒定 A B的底部由带有阀门K的管道相连 整个装置与外界绝热 原先 A水面比B高 打开阀门K 最后达到平衡 在这个过程中 A 大气压力对水做功 水的内能增加B 水克服大气压力做功 水的内能减少C 大气压力对水不做功 水的内能不变D 大气压力对水不做功 水的内能增加 图8 2 9 答案 D 解析 打开K后 水将从A向B流动 A B中水上 下往返振动一段时间后达到平衡状态 将静止在同一水平面上 在此过程中设A中活塞面积为SA 活塞下降高度为hA B中活塞面积为SB 活塞上升高度为hB A中减少的水的体积hA SA应等于B中增加的水的体积hB SB 大气压力对A中活塞做正功WA p0 SA hA B中活塞克服大气压力做负功为WB p0 SB hB 可见大气压力对水做的总功等于零 A B错 根据能量守恒定律 水的重力势能减少量应等于水增加的内能 所以C错 D正确 封闭气体压强的计算方法计算被封闭气体的压强时