高考物理一轮复习 第十三章 热学 3 热力学定律与能量守恒定律课件.ppt

第3节热力学定律与能量守恒定律 2 一 热力学第一定律1 改变物体内能的两种方式 1 做功 2 热传递 2 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的功的和 2 表达式 u q w 3 二 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 它只能从一种形式转化为另一种形式 或者是从一个物体转移到别的物体 在转化或转移的过程中 能量的总量保持不变 2 条件性能量守恒定律是自然界的普遍规律 某一种形式的能是否守恒是有条件的 3 第一类永动机是不可能制成的 它违背了能量守恒定律 4 三 热力学第二定律1 热力学第二定律的两种表述 1 克劳修斯表述 热量不能自发地从低温物体传到高温物体 2 开尔文表述 不可能从单一热库吸收热量 使之完全变成功 而不产生其他影响 或表述为 第二类永动机是不可能制成的 2 用熵的概念表示热力学第二定律在任何自然过程中 一个孤立系统的总熵不会减小 3 热力学第二定律的微观意义一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行 4 第二类永动机不可能制成的原因是违背了热力学第二定律 5 1 在热力学第二定律中 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 在借助外界提供能量的帮助下 热量可以由低温物体传到高温物体吗 请举例 提示可以 如冰箱 空调 2 在热力学第二定律中 不产生其他影响 的含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 在引起其他变化的条件下内能可以全部转化为机械能吗 请举例 提示可以 如气体的等温膨胀过程 6 考点一 考点二 考点三 考点一热力学第一定律与能量守恒定律 自主悟透 1 热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种方式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 2 对公式 u q w符号的规定 7 考点一 考点二 考点三 3 几种特殊情况 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量 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量 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 8 考点一 考点二 考点三 突破训练1 多选 2016 全国理综乙 关于热力学定律 下列说法正确的是 a 气体吸热后温度一定升高b 对气体做功可以改变其内能c 理想气体等压膨胀过程一定放热d 热量不可能自发地从低温物体传到高温物体e 如果两个系统分别与状态确定的第三个系统达到热平衡 那么这两个系统彼此之间也必定达到热平衡 答案 解析 9 考点一 考点二 考点三 2 在如图所示的坐标系中 一定质量的某种理想气体先后发生以下两种状态变化过程 第一种变化是从状态a到状态b 外界对该气体做功为6j 第二种变化是从状态a到状态c 该气体从外界吸收的热量为9j 图线ac的反向延长线过坐标原点o b c两状态的温度相同 理想气体的分子势能为零 求 1 从状态a到状态c的过程 该气体对外界做的功w1和其内能的增量 u1 2 从状态a到状态b的过程 该气体内能的增量 u2及其从外界吸收的热量q2 答案 解析 10 考点一 考点二 考点三 特别提醒应用热力学第一定律的三点注意1 做功看体积 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 气体向真空中自由膨胀 对外界不做功 w 0 2 与外界绝热 则不发生热传递 此时q 0 3 由于理想气体没有分子势能 所以当它的内能变化时 主要体现在分子动能的变化上 从宏观上看就是温度发生了变化 11 考点一 考点二 考点三 考点二热力学第二定律 师生共研 1 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 2 两类永动机的比较 12 考点一 考点二 考点三 例1 多选 关于热力学定律 下列说法正确的是 a 为了增加物体的内能 必须对物体做功或向它传递热量b 对某物体做功 必定会使该物体的内能增加c 可以从单一热源吸收热量 使之完全变为功d 不可能使热量从低温物体传向高温物体e 功转变为热的宏观自然过程是不可逆过程 答案 解析 13 考点一 考点二 考点三 例2关于两类永动机和热力学的两个定律 下列说法正确的是 a 第二类永动机不可能制成是因为违反了热力学第一定律b 第一类永动机不可能制成是因为违反了热力学第二定律c 由热力学第一定律可知做功不一定改变内能 热传递也不一定改变内能 但同时做功和热传递一定会改变内能d 由热力学第二定律可知热量从低温物体传向高温物体是可能的 从单一热源吸收热量 完全变成功也是可能的 答案 解析 14 考点一 考点二 考点三 规律总结热力学过程方向性实例 15 考点一 考点二 考点三 突破训练3 多选 以下哪个现象不违背热力学第二定律 a 一杯热茶在打开盖后 茶会自动变凉b 没有漏气 没有摩擦的理想热机 其效率可能是100 c 桶中浑浊的泥水在静置一段时间后 泥沙下沉 上面的水变清 泥 水自动分离d 热量自发地从低温物体传到高温物体e 在地面上运动的物体逐渐停下来 机械能全部变为内能 答案 解析 16 考点一 考点二 考点三 考点三热力学定律与气体实验定律的综合应用 师生共研 17 考点一 考点二 考点三 例3一定质量的理想气体 状态从a b c d a的变化过程可用如图所示的p v图描述 图中p1 p2 v1 v2和v3为已知量 1 气体状态从a到b是 选填 等容 等压 或 等温 过程 2 状态从b到c的变化过程中 气体的温度 选填 升高 不变 或 降低 3 状态从c到d的变化过程中 气体 选填 吸热 或 放热 4 状态从a b c d的变化过程中 气体对外界所做的总功为 答案 解析 18 考点一 考点二 考点三 思维点拨 1 根据p v图象分析各过程中气体的p v的变化情况 由 c分析t的变化情况 2 根据v t的变化情况分析做功w和气体内能的变化 u 由 u w q分析吸 放热情况 方法归纳对于一定质量的理想气体 状态发生变化时 必然要涉及做功 热传递 内能的变化 利用气态方程 或实验定律 与热力学第一定律解决这类问题的一般思路如下 19 考点一 考点二 考点三 突破训练4 如图甲所示 用面积为s的活塞在汽缸内封闭着一定质量的理想气体 活塞上放一砝码 活塞和砝码的总质量为m 现使汽缸内的气体缓缓按图乙所示的规律从状态a变化到状态b 若该过程中气体内能发生了变化 气体柱高度增加了 l 外界大气压强为p0 20 考点一 考点二 考点三 1 多选 下列说法中正确的是 a 该过程中汽缸内气体的压强始终为p0b 该过程中气体的内能不断增大c 该过程中气体不断从外界吸收热量d 气体在该过程中吸收的热量大于它对外界做的功e a和b两个状态 汽缸内壁单位面积单位时间内受到气体分子撞击的次数相同 2 汽缸内气体的温度为t1时 气体柱的高度为l 用图中和题目中给出的字母表示 3 若气体从状态a变化到状态b的过程中从外界吸收的热量为q 则被封闭气体的内能变化了多少 21 考点一 考点二 考点三 解析 1 根据题图乙可知气体在该过程中发生的是等压变化 该过程中汽缸内气体的压强始终为p0 选项a错误 由题图乙可知气体温度升高 内能增大 气体体积膨胀对外做功 根据热力学第一定律可知 气体必定从外界吸收热量 且气体从外界吸收的热量大于气体对外做的功 选项b c d正确 a和b两个状态 气体温度不相同 气体分子运动的平均速率不相等 单个分子对汽缸内壁的平均撞击力也不相等 由于是等压变化 所以汽缸内壁