高考物理 热力学定律与能量守恒定律总复习课件

1、第三单元热力学定律与能量守恒定律,1内能 任何一个热力学系统都必定存在一个只依赖于系统自身状态的物理量，这个物理量在的差别与外界在绝热过程中对系统所做的功相联系鉴于功是能量转化的量度，所以这个物理量必定是系统的一种 ，我们称它是系统的内能,两个状态,能量,2内能变化和做功的关系 系统由状态1绝热过程达到状态2时，内能的增加量 ，即 绝热过程中：内能的增加量等于外界对系统所做的当外力做正功时，系统内能，外力做负功时，系统内能，且内能变化量等于外力所做的功,UW,功,增加,减少,1热传递 (1)两个 不同的物体相互接触时，热量从物体传到物体这样的过程叫做 (2)热传递有三种方式：,温度,高温,低温

2、,热传递,传导、对流和辐射,2热和内能 (1)热量是在单纯的传热过程中系统内能变化的量度当系统由状态1经过单纯的传热过程达到状态2，内能的增量UU2U1就等于外界向系统传递的热量Q，即 . 系统吸收了多少热量，系统的内能就多少；系统放出了多少热量，系统的内能就多少 (2)做功和热传递对改变物体的内能是的,UQ,增加,减少,等效,1热力学第一定律 当外界既对系统做功又对系统传热时，内能的增量应该是U，也就是说，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这个关系叫做,WQ,热力学第一定律,2能量守恒定律 能量既不能凭空，也不能凭空，它只能从一种形式 为另一种形式，或者从一

3、个物体到另一个物体，在转化和转移的过程中其总量不变，这就是能的转化与守恒定律,产生,消失,转化,转移,1热力学第二定律的两种表述 表述一：不可能使由低温物体传递到 而不引起其他； 表述二：不可能从并把它全部用来对外而不引起其他变化 2第二类永动机：只从吸取热量，使之全部用来做功，而不引起其他变化的热机,热量,高温物体,变化,单一热源吸收热量,做功,单一热源,1如果一个“宏观态”对应的“微观态”比较多，就说这个“宏观态”是比较的 2自发的过程总是倾向于出现与对应的宏观态，因此自发的过程总是从向着发展的 3一切自然过程总是沿着分子热运动的 的方向进行，这就是热力学第二定律的微观意义,无序,较多微观

4、态,有序,无序,无序性增大,1各种形式的能最终都转化成，流散到周围的环境中，分散在环境中的内能不管数量多么巨大，它也只不过能使地球大气稍稍变暖一点，却再也不能驱动机器做功了这样的转化过程叫做“” 2各种形式的能向内能转化是微观领域内无序程度较向无序程度较的转变，是能发生的、 发生的,内能,能量耗散,小,大,自动,全额,3从可被利用的价值来看，内能较之机械能、电能等，是一种的能量由此可知，能量耗散虽然不会导致能的总量，却会导致能量品质的，实际上是将能量从高度有用的形式降级为不大可用的形式,低品质,减少,降低,说明： (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

5、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)热量是热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)物体的内能大，并不意味着物体一定会对外做功或向外传递热量，或者做的功多，传递的热量多只有物体内能的变化大时，过程中做的功或传递的热量才会多,(1)当一个系统的内能发生改变时，必然伴随着做功或热传递现象 (2)当一个系统的内能没发生改变时，系统可能与外界发生做功或热传递现象,1自然界中能量的存在形式：物体运动具有动能、分子运动具有分子动能、电荷具有

6、电能、原子核内部的运动具有原子能等，可见，在自然界中不同的能量形式与不同的运动形式相对应 2不同形式的能量之间可以相互转化，且这一转化过程是通过做功来完成的,3某种形式的能减少，一定有其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等 4某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等,(1)虽然功与能具有相同的单位，但两者是完全不同的两个概念，在能量守恒定律的表达式中只存在能量，不存在功 (2)能量的转化和守恒定律是自然界中普遍存在的一种规律，是无条件的，而机械能守恒定律是有条件的,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

7、与热传递之间的定量关系此定律是标量式，应用时热量的单位应统一为国际单位制中的焦耳,2对公式UQW符号的规定,3.几种特殊情况 (1)若过程是绝热的，则Q0，WU，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W0，则QU，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U0，则WQ0或WQ，外界对物体做的功等于物体放出的热量,(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,1在热力学第二定律的表述中，“自发地”、“不产生其他影响”的

8、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,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,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,【例1】(2009年江苏卷)(1)若一气泡从湖底上升到湖

9、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，下列说法中正确的是_(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0.6 J的功，则此过程中气泡_(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0.1 J的功，同时吸收了0.3 J的热量，则此过程中，气泡内气体内能增加了_ J.,(3)已知气泡内气体的密度为1.29 kg/m3，平均摩尔质量为0.029 kg/mol.阿伏加德罗常数NA6.02102

10、3mol1，取气体分子的平均直径为21010m.若气泡内的气体能完全变为液体，请估算液体体积与原来气体体积的比值(结果保留一位有效数字),解析：(1)考虑气体分子间作用力时，分子力是引力，分子间距从r0增大，分子力先增大后减小，A错误气泡上升过程中温度不变，分子平均动能不变，分子平均速率也不变，B、C错误气泡上升过程中体积膨胀，分子势能增加，内能增大，而对外做功，故气体一定吸收热量，又因为温度不变，故其熵必增加，D正确,(2)将气体视为理想气体时，其内能只与温度有关气泡上升过程中温度不变，U0，对外做功，W0.6 J，由UQW有QUW0.6 J0，即需从外界吸收0.6 J的热量气泡到达湖面后，

11、由UQW得U(0.3 01) J0.2 J.,答案：(1)D(2)吸收0.60.2(3)1104(91052104都算对),高分通道 (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Q0. (3)要注意对于液体可认为分子是紧密排列的，分子间空隙可以忽略,变式1：如图1所示，pV图中，一定质量的理想气体由状态A经过程变至状态B时，从外界吸收热量420 J，同时膨胀对外做功300 J当气体从状态B经过程回到状态A时，外界压缩气体做功20

12、0 J，求此过程中气体吸收或放出的热量是多少？,解析：一定质量的理想气体由状态A经过程变至状态B时，从外界吸收的热量Q1大于气体膨胀对外做的功W1，气体内能增加，由热力学第一定律，气体内能增加量为 UQ1W1420 J(300 J)120 J 气体由状态B经过程回到状态A时，气体内能将减少120 J，而此过程中外界又压缩气体做了W2200 J的功，因而气体必向外界放热，放出的热量为 Q2UW2(120) J200 J320 J.,答案：放热320 J,【例2】对热力学第二定律，下列理解正确的是() A自然界进行的一切宏观过程都是可逆的 B自然界进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性，是不可逆的

13、 C热量不可能由低温物体传递到高温物体 D第二类永动机违背了能量守恒定律，因此不可能制成,解析：由热力学第二定律可知，热量不可能从低温物体传到高温物体，而不引起其他变化，由此说明热量由低温物体传到高温物体是可能的，但要引起其他变化，故C错；第二类永动机并不违反能量守恒，却违背了自然界涉及热现象宏观过程的方向性，故A、D错，B正确 答案：B,高分通道热力学第二定律常见的表述有两种 第一种表述：不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化； 第二种表述：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,变式2：图2甲是根据热力学第二定律的第一种表述画出的示意图：外界对制冷机做

14、功，使热量从低温物体传递到高温物体请你根据第二种表述完成示意图乙根据你的理解，热力学第二定律的实质是_,解析：在充分理解热力学第二定律表述的基础上把握各宏观过程的方向性 实质：一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性 答案：如图3一切与热现象有关的宏观过程都具有方向性,【例3】现代典型的燃煤发电厂，总效率一般为40%，有一座大型燃煤发电厂，如果发出1.0109 J的电，可供一个大城市使用图4表示这座发电厂的能量流向请回答：,(1)燃煤提供的能量应等于哪几项能量之和？ (2)图中烟囱废气所带走的能量及涡轮机损耗没有标出，请你算出来，在图中补上 (3)算出这座发电厂的总效率 (4)根据图所示的电厂能

15、量流向，你认为在哪些地方进行改进可以提高发电厂的总效率？,分析：仔细分析发电过程的能量流向图，搞清各项能量或功间的关系，根据能量转化与守恒定律可求解,解析：(1)燃煤提供的能量等于进入涡轮机的能量和通过烟囱排出的能量 (2)根据(1)中的解析可得通过烟囱废气所带走的能量为： E2.5109 J2.2109 J3108 J 涡轮机从外界吸热2.2109 J，对外做功W1.0109 J 所以涡轮机损耗 22109 J1.0109 J1.2109 J.,(4)从能量流向图中可以看出，该发电厂的损耗共达到了1.5109 J，即达到了60%，最主要的损耗是涡轮机的损耗，由冷凝器排出，所以这个地方应作为改

16、造的重点，降低通过冷凝器时能量的消耗，以此提高涡轮机的效率，进而提高整个电厂的效率另外，也要尽可能降低另外两个途径的损耗，一是通过烟囱废气带走的能量，对燃煤锅炉及其烟囱进行改造；二是减少输电过程中的电能损耗 答案：见解析,高分通道 解决能量守恒类问题，应在认真审题的基础上分析问题中有几种形式的能参与转化或转移，其中几种增加、几种减少，再根据定律列式求解,变式3：一辆汽车正在平直的公路上以速度v匀速行驶，此时汽车的功率为P，已知汽车的总效率为，所使用的汽油的热值为q(每完全燃烧单位质量的燃料产生的热量叫热值)，现油箱中还有质量为m的汽油 (1)下列关于汽车行驶过程中做功和能量转化情况的说法正确的

17、是() A阻力对汽车做负功，机械能转化为内能 B汽车行驶时因能量损失故总能量不守恒 C牵引力对汽车做功，使汽车动能增加 D合外力对汽车的功等于汽油燃烧放出的能量,(2)汽车还能行驶多远？(设汽车的质量为M) 解析：(1)阻力对汽车做功的过程就是机械能转化为内能的过程，尽管汽车能量有损失，但总能量是守恒的汽车做匀速运动，动能不变，合力为零，合力做功为零，故A项对 (2)汽油燃烧放出的能量Eqm 汽车匀速行驶x1，需要的能量EPtP 而EE. 设汽油用完后汽车做匀减速运动的距离为x2，则由动能定理知,1(2009年四川卷)关于热力学定律，下列说法正确的是() A在一定条件下物体的温度可以降到0 K

18、 B物体从单一热源吸收的热量可全部用于做功 C吸收了热量的物体，其内能一定增加 D压缩气体总能使气体的温度升高 解析：由热力学第二定律可得B选项正确 答案：B,2下列说法正确的是() 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,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，而不引起其他变化，在发生其他变化的前提下，热量可以由低温物体传递到高温物体，例如电冰箱制冷时，压缩机工作，消耗了电能，同时热量由冰箱内的低温物体传递到冰箱外的高

19、温物体，所以A错；外界对物体做功的同时，物体可能放热，物体的内能不一定增加，所以B错；第二类永动机的效率为100%，并不违反能量守恒定律，但它违反了热力学第二定律中热机效率必小于1的表述，因此它不可能制成，所以C错；而D选项中的表述就是热力学第二定律的一种表述形式，所以D正确 答案：D,3下图5中A、B是两个完全相同的金属铜球，其中A球放在一个绝热板上，B球用绝热细线悬挂在空中，现在让它们只吸收热量，当它们升高相同的温度时，有关两球吸收热量的情况，说法正确的是(),A两球吸收热量一样多 B球A吸收热量多 C球B吸收热量多 D条件不足，不能判断 解析：A球吸收热量膨胀时重力做负功，部分内能会转化为重力势能；B球吸收热量膨胀时重力做正功，部分重力势能转化为内能，所以当它们升高相同的温度时，球A吸收热量多，B正确 答案：B,4柴油机使柴油燃料在它的气缸中燃烧，产生高温高压的气体，燃料的化学能转化为气体的内能，高温高压的气体推动活塞做功，气体的内能又转化为柴油机的机械能燃烧相同的燃料，输出的机械能越多，表明柴油机越节