高考物理一轮总复习 第十一章 热学（选修3-3）第33讲 热力学定律与能量守恒课件.ppt

热学 选修3 3 第十一章 第33讲热力学定律与能量守恒 栏目导航 1 热力学第一定律 内容 一个热力学系统的 等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和 表达式 U 考点热力学定律能量守恒 内能增量 Q W 符号法则 吸收 增加 放出 减小 2 热力学第二定律的三种表述 1 克劳修斯表述 热量不能 从低温物体传到高温物体 2 开尔文表述 不可能从 热库吸收热量 使之完全变成功 而 其他影响 或表述为 第二类永动机不可能制成 3 用熵的概念进行表述 在任何自然过程中 一个孤立系统的总熵不会 热力学第二定律又叫做熵增加原理 自发地 单一 不产生 减小 3 能量守恒定律 1 内容能量既不会凭空产生 也不会凭空消失 它只能从一种形式 为另一种形式 或者从一个物体 到别的物体 在转化或转移的过程中 能量的 保持不变 2 能源的利用 存在能量耗散和 重视利用能源时对 的影响 推进开发新能源 如 生物质能 风能 潮汐能等 转化 转移 总和 品质降低 环境 太阳能 1 判断正误 1 做功和热传递的实质是相同的 2 绝热过程中 外界压缩气体做功20J 气体的内能一定减少20J 3 物体吸收热量 同时对外做功 内能可能不变 4 在给自行车打气时 会发现打气筒的温度升高 这是因为外界对气体做功 5 自由摆动的秋千摆动幅度越来越小 能量正在消失 6 利用河水的能量使船逆水航行的设想 符合能量守恒定律 7 热机中 燃气的内能可以全部变为机械能而不引起其他变化 1 改变内能的两种方式的比较 一 2 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的过程是等效的 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 此定律是标量式 应用时功 内能 热量的单位应统一为国际单位焦耳 3 三种特殊情况 1 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 2 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 3 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 理想气体内能变化的判定对一定质量的理想气体 由于无分子势能 其内能只包含分子无规则热运动的动能 这时内能只与温度有关 故判定一定质量的理想气体内能是否变化 应看温度是否发生了变化 与体积无关 例1 2017 江苏南通一模 如图所示 一定质量的理想气体从状态A依次经过状态B C和D后再回到状态A 其中 A B和C D为等温过程 B C和D A为绝热过程 气体与外界无热量交换 这就是著名的 卡诺循环 1 该循环过程中 下列说法正确的是 A A B过程中 外界对气体做功B B C过程中 气体分子的平均动能增大C C D过程中 单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多D D A过程中 气体分子的速率分布曲线不发生变化 C 2 该循环过程中 内能减小的过程是 选填 A B B C C D 或 D A 若气体在A B过程中吸收63kJ的热量 在C D过程中放出38kJ的热量 则气体完成一次循环对外做的功为 kJ 思维导引 在p V图象中 A B和C D的过程 发生等温变化 B C和D A的过程 为绝热过程 由各过程的特点及p V的变化判断做功情况 经过一个完整循环而回到原状态时 内能变化总量为多少 B C 25 解析 1 A B过程中 气体体积变大 气体对外做功 A项错误 由理想气体状态方程可知 B C为绝热过程 气体体积变大 气体对外界做功 内能减小 温度降低 因此B C温度降低 气体分子的平均动能减小 B项错误 C D过程中气体压强增大 又C D为等温过程 且气体体积变小 则单位时间内碰撞单位面积器壁的分子数增多 C项正确 D A过程中 气体体积减小 外界对气体做功 内能增大 温度升高 因此气体分子的速率分布曲线的最大值向速率大的方向偏移 D项错误 2 该循环过程中 B C温度降低 内能减少 由于一个循环中气体的内能不变 B C D A是绝热过程 气体与外界无热量交换 因此整个过程中吸收的热量63kJ 38kJ 25kJ 根据热力学第一定律可知 气体对外做的功为25kJ 二热力学第二定律 2 热力学第一定律和热力学第二定律的关系热力学第一定律是和热现象有关的物理过程中能量守恒的特殊表达形式及热量与内能改变的定量关系 而第二定律指明了能量转化与守恒能否实现的条件和过程进行的方向 指出了一切变化过程的自然发展是不可逆的 除非靠外界影响 所以二者相互联系 又相互补充 3 两类永动机的比较 热力学第二定律的涵义 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 例2 2016 江苏模块验收测试 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 1 多选 下列说法正确的是 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一定律D 电冰箱的工作原理违反热力学第一定律 2 电冰箱的制冷系统从冰箱内吸收的热量与释放到外界的热量相比 有怎样的关系 BC 解析 1 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C项正确 D项错误 由热力学第二定律可知 热量不能自发地从低温物体传到高温物体 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B项正确 A项错误 2 由热力学第一定律可知 电冰箱制冷系统从冰箱内吸收了热量 同时消耗了电能 释放到外界的热量比从冰箱内吸收的热量多 答案 1 BC 2 见解析 1 多选 根据热力学定律 下列说法中正确的是 A 电冰箱的工作过程表明 热量可以从低温物体向高温物体传递B 空调机在制冷过程中 从室内吸收的热量少于向室外放出的热量C 科技的进步可以使内燃机成为单一热源的热机D 对能源的过度消耗将使自然界的能量不断减少 形成 能源危机 解析 在一定条件下 热量可以从低温物体传给高温物体 A项正确 空调机工作过程中 电流做功产生热 所以向室外放热多 从室内吸热少 B项正确 C项中的说法违反热力学第二定律 C项错 对能源的过度消耗会造成可以利用的能量减少 而总的能量是守恒的 D项错 AB 2 2016 湖南长沙四县一市期末统考 用隔板将一容器隔成A和B两部分 A中盛有一定量的气体 B为真空 如图甲所示 现把隔板抽去 A中的气体将自动充满整个容器 如图乙所示 这个过程称为气体的自由膨胀 则关于气体的自由膨胀下列说法中正确的是 A 在自由膨胀过程中 所有气体分子的运动方向相同B 在自由膨胀过程中 只要把握好隔板插入的时机 全部气体就能到达B部分C 气体充满整个容器后 只要时间足够长 还能全部自动回到A部分D 气体充满整个容器后 B部分中的某些气体分子有可能再回到A部分 D 解析 气体分子在永不停息地做无规则运动 在自由膨胀过程中也不例外 选项A错误 在自由膨胀过程中 气体分子将充满所能达到的空间 即整个容器 选项B错误 热力学第二定律指出具有大量分子参与的宏观过程都具有方向性 所以选项C错误 气体充满整个容器后 气体分子朝各个方向运动的机会均等 所以B部分中的某些气体分子有可能再回到A部分 选项D正确 3 2017 福建泉州模拟 一定质量的理想气体从状态A变化到状态B 再变化到状态C 其状态变化过程的p V图象如图所示 已知该气体在状态A时的温度为27 求 1 该气体在状态B时的温度 2 该气体从状态A到状态C的过程中与外界交换的热量 答案 1 173 2 吸收热量200J 例1 多选 2016 河南开封模拟 6分 如图所示 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C 气体压强变小 温度不变D 气体压强变大 温度不变E 单位时间内撞击容器壁的分子数减少 答题送检 来自阅卷名师报告 规范答题 解析 绝热容器内的稀薄气体与外界没有热传递 Q 0 稀薄气体向真空扩散时气体没有做功 W 0 根据热力学第一定律稀薄气体的内能不变 则温度不变 稀薄气体扩散体积增大 根据玻意耳定律可知 气体的压强必然变小 故A D错误 B C正确 温度不变 分子的平均动能不变 压强减小 说明单位时间内撞击容器壁的分子数减少 故E正确 答案 BCE 1 2017 福建福州模拟 如图所示 厚度和质量不计 横截面积为S 10cm2的绝热汽缸倒扣在水平桌面上 汽缸内有一绝热的 T 形活塞固定在桌面上 活塞与汽缸封闭一定质量的理想气体 开始时 气体的温度为T0 300K 压强为p 0 5 105Pa 活塞与汽缸底的距离为h 10cm 活塞可在汽缸内无摩擦滑动且不漏气 大气压强为p0 1 0 105Pa 求 1 此时桌面对汽缸的作用力FN 2 现通过电热丝给气体缓慢加热到T 此过程中气体吸收热量为Q 7J 内能增加了 U 5J 整过程活塞都在汽缸内 求T的值 答案 1 50N 2 720K 2 2017 江苏南京模拟 如图所示 竖直放置的气缸内壁光滑 横截面积为S 10 3m2