高考物理總復習 第11章 3講 熱力學定律與能量守恒定律課件 新人教版

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1、第三講熱力學定律與能量守恒定律1知道做功和熱傳遞是改變物體內能的兩種方式2理解熱力學第一定律和熱力學第二定律，并會運用其解釋有關現(xiàn)象3掌握能量守恒定律并會加以運用4了解能源的開發(fā)和利用、能源的利用與環(huán)境保護一、熱力學第一定律1改變物體內能的兩種方式(1)做功：在絕熱過程中，外界對物體做了多少功，物體的內能就 多少；物體對外界做了多少功，物體的內能就 多少，即UW.(2)熱傳遞本質：熱傳遞過程是物體間 的過程與內能變化的關系：在單純的熱傳遞過程中，物體從外界吸收熱量，物體的內能就 ；物體向外界傳遞熱量，物體的內能就 增加增加減少減少內能轉移內能轉移增加增加減少減少1打氣筒是日常生活中常用的一種工

2、具，當我們用打氣筒給自行車打氣的時候，就是在克服氣體壓力和摩擦力做功打氣的過程中你有沒有試著去摸一下打氣筒的外殼？有什么感覺？打氣筒的溫度升高了，這是怎么回事？提示：做功的過程是能量轉化的過程，做功使得系統(tǒng)的內能增加了，所以溫度升高2熱力學第一定律(1)內容：一個熱力學系統(tǒng)的 等于外界向它傳遞的 與外界對它所做 的和(2)表達式： .(3)符號法則：內能增加量內能增加量熱量熱量功功UWQ名稱名稱正值正值負值負值U內能內能 .內能內能 .Q系統(tǒng)系統(tǒng) 熱量熱量系統(tǒng)系統(tǒng) 熱量熱量W 做功做功 做功做功減少減少增加增加吸收吸收放出放出外界對物體外界對物體物體對外界物體對外界二、熱力學第二定律1兩種表述

3、(1)熱傳遞的方向性表述：不可能使熱量由 物體傳到 物體而不引起其他變化(2)機械能與內能轉化的方向性：不 可 能 從 單 一 熱 庫 吸 收 熱 量 ， 使 之 完 全 變 成 功 ， 而 其他影響低溫低溫高溫高溫不引起不引起2熱量能不能從低溫物體傳遞到高溫物體？提示：能，但不是自發(fā)進行，需要引起其他變化內能內能 機械能機械能 100% 三、能量守恒定律1能量守恒定律能量既不能憑空 ，也不能憑空 ，它只能從一種形式 為另一種形式，或從一個物體 到別的物體，在轉化或轉移的過程中其 2永動機由能量守恒定律知， 永動機不可能制成由熱力學第二定律知， 永動機不可能制成產(chǎn)生產(chǎn)生消失消失轉化轉化轉移轉移

4、總量不變總量不變第一類第一類第二類第二類3能源與環(huán)境(1)常規(guī)能源： 、 、 ，常規(guī)能源帶來環(huán)境污染問題，如溫室效應、酸雨、光化學煙霧等(2)新能源的開發(fā)：風能、水能、太陽能、沼氣、核能等石油石油天然氣天然氣煤煤一、熱力學第一定律的理解與應用1熱力學第一定律不僅反映了做功和熱傳遞這兩種方式改變內能的過程是等效的，而且給出了內能的變化量和做功與熱傳遞之間的定量關系此定律是標量式，應用時熱量的單位應統(tǒng)一為國際單位制中的焦耳2“等效”的意義：在改變物體的內能上，做功和熱傳遞可以起到同樣的效果，即要使物體改變同樣的內能，通過做功或者熱傳遞都可以實現(xiàn)，若不知道過程我們無法分辨出是做功還是熱傳遞實現(xiàn)的這種

5、改變3做功和熱傳遞的本質區(qū)別(1)從運動形式上看：做功是宏觀的機械運動向物體的微觀分子運動的轉化. 熱傳遞則是通過分子之間的相互作用，使不同物體間分子熱運動變化，是內能的轉移(2)從能量的角度看：做功是其他形式的能向內能的轉化，熱傳遞是內能之間的轉移前者能的性質發(fā)生了變化，后者能的性質不變友情提示：物體的內能增加與否，不能單純地只看做功或熱傳遞，兩個過程需要全面考慮 一定質量的氣體分子之間的作用力表現(xiàn)為引力，從外界吸收了4.2105 J的熱量，同時氣體對外做了6105 J的功，問：(1)物體的內能變化多少？(2)分子勢能是增加還是減少？(3)分子平均動能如何變化？【規(guī)范解答】(1)因氣體從外界

6、吸收熱量，所以Q4.2105 J，氣體對外做功6105 J，則外界對氣體做功W6105 J，據(jù)熱力學第一定律UWQ，得U6105 J4.2105 J1.8105 J，所以物體內能減少了1.8105 J.(2)因為氣體對外做功，體積膨脹，分子間距離增大了，分子力做負功，氣體的分子勢能增加了(3)因為氣體內能減少了，而分子勢能增加了，所以分子平均動能必然減少了，且分子平均動能的減少量一定大于分子勢能的增加量【方法歸納】(1)當做功和熱傳遞兩種過程同時發(fā)生時，內能的變化就要用熱力學第一定律進行綜合分析(2)做功情況看氣體的體積：體積增大，氣體對外做功，W為負；體積縮小，外界做功，W為正若與外界絕熱，

7、則不發(fā)生熱傳遞，此時Q0.1在如圖所示的坐標系中，一定質量的某種理想氣體先后發(fā)生以下兩種狀態(tài)變化過程：第一種變化是從狀態(tài)A到狀態(tài)B，外界對該氣體做功為6 J；第二種變化是從狀態(tài)A到狀態(tài)C，該氣體從外界吸收的熱量為9 J圖線AC的反向延長線通過坐標原點O，B、C兩狀態(tài)的溫度相同，理想氣體的分子勢能為零求：(1)從狀態(tài)A到狀態(tài)C的過程，該氣體對外界做的功W1和其內能的增量U1；(2)從狀態(tài)A到狀態(tài)B的過程，該氣體內能的增量U2及其從外界吸收的熱量Q2.解：(1)從狀態(tài)A到狀態(tài)C的過程，氣體發(fā)生等容變化該氣體對外界做的功W10根據(jù)熱力學第一定律有U1W1Q1內能的增量U1Q19 J.(2)從狀態(tài)A到

8、狀態(tài)B的過程，體積減小，溫度升高該氣體內能的增量U2U19 J根據(jù)熱力學第一定律有U2W2Q2從外界吸收的熱量Q2U2W23 J.二、熱力學第二定律的理解與應用1對熱力學第二定律的理解(1)在熱力學第二定律的表述中，“自發(fā)地”、“不產(chǎn)生其他影響”的涵義“自發(fā)地”指明了熱傳遞等熱力學宏觀現(xiàn)象的方向性，不需要借助外界提供能量的幫助“不產(chǎn)生其他影響”的涵義是發(fā)生的熱力學宏觀過程只在本系統(tǒng)內完成，對周圍環(huán)境不產(chǎn)生熱力學方面的影響如吸熱、放熱、做功等(2)熱力學第二定律的實質熱力學第二定律的每一種表述，都揭示了大量分子參與宏觀過程的方向性，進而使人們認識到自然界中進行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性2

9、兩類永動機的比較第一類永動機第一類永動機第二類永動機第二類永動機設計目的設計目的不消耗能量卻可以不消耗能量卻可以源源不斷地對外做源源不斷地對外做功的機器功的機器從單一熱源吸熱，全部從單一熱源吸熱，全部用來對外做功而不引起用來對外做功而不引起其他變化的機器其他變化的機器違背規(guī)律違背規(guī)律違背能量守恒，不違背能量守恒，不可能實現(xiàn)可能實現(xiàn)不違背能量守恒，違背不違背能量守恒，違背熱力學第二定律，不可熱力學第二定律，不可能實現(xiàn)能實現(xiàn)友情提示：熱力學第一定律是和熱現(xiàn)象有關的物理過程中能量守恒的特殊表達形式，說明功及熱量與內能改變的定量關系，而第二定律指出了能量轉化與守恒能否實現(xiàn)的條件和過程進行的方向，指出了

10、一切變化過程的自然發(fā)展方向不可逆，除非靠外界影響所以二者相互獨立，又相互補充 如圖所示，為電冰箱的工作原理示意圖壓縮機工作時，強迫制冷劑在冰箱內外的管道中不斷循環(huán)在蒸發(fā)器中制冷劑汽化吸收箱體內的熱量，經(jīng)過冷凝器時制冷劑液化，放出熱量到箱體外(1)下列說法正確的是A熱量可以自發(fā)地從冰箱內傳到冰箱外B電冰箱的制冷系統(tǒng)能夠不斷地把冰箱內的熱量傳到外界，是因為其消耗了電能C電冰箱的工作原理不違反熱力學第一定律D電冰箱的工作原理違反熱力學第一定律(2)電冰箱的制冷系統(tǒng)從冰箱內吸收的熱量與釋放到外界的熱量相比，有怎樣的關系？【規(guī)范解答】(1)熱力學第一定律是熱現(xiàn)象中內能與其他形式能的轉化規(guī)律，是能的轉化和

11、守恒定律的具體表現(xiàn)，適用于所有的熱學過程，故C正確，D錯誤；由熱力學第二定律可知，熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳給高溫物體，除非有外界的影響或幫助電冰箱把熱量從低溫的內部傳到高溫的外部，需要壓縮機的幫助并消耗電能，故應選B、C.(2)由熱力學第一定律可知，電冰箱從冰箱內吸了熱量，同時消耗了電能，釋放到外界的熱量比從冰箱內吸收的熱量多答案：(1)BC(2)釋放到外界的熱量比從冰箱內吸收的熱量多【方法歸納】涉及熱力學第二定律的問題分析技巧：(1)理解熱力學第二定律的實質，清楚熱力學第二定律的兩種表述形式(2)掌握熱力學第二定律的一些等效說法如：“第二類永動機不可能制成”“不可能制成效率為百分之百的熱機

12、”等2如圖所示的汽缸內盛有一定量的理想氣體，汽缸壁是導熱的，缸外環(huán)境保持恒溫，活塞與汽缸壁的接觸光滑但不漏氣將活塞桿與外界連接并由外力F使其緩慢地向右移動，氣體將等溫膨脹并通過桿對外做功若內能只與溫度有關，則下列說法中正確的是()A氣體是從單一熱源吸收熱量，且全部用來對外做功，因此該過程違背熱力學第二定律B氣體不是從單一熱源吸收熱量，盡管全部用來對外做功，但此過程不違反熱力學第二定律C氣體是從單一熱源吸收熱量，且全部用來對外做功，但此過程不違反熱力學第二定律D氣體不是從單一熱源吸收熱量，也沒有全部用來對外做功，因此該過程不違反熱力學第二定律解析：由于氣體始終通過汽缸與外界接觸，外界溫度不變，活

13、塞桿與外界連接并使其緩慢地右移過程中有足夠時間的熱交換，所以汽缸內的氣體溫度也不變，其內能不變，該過程氣體是從單一熱源即外部環(huán)境吸收熱量全部用來對外做功才能保證內能不變，但此過程不違反熱力學第二定律，因為此過程的發(fā)生有別的變化(即外力對活塞做功)來維持，如果沒有外力F對活塞做功，此過程不可能發(fā)生答案：C三、能量守恒定律的理解與應用1自然界中能量的存在形式：物體運動具有動能、分子運動具有分子動能、電荷具有電勢能、原子核內部的運動具有原子能等，可見，在自然界中不同的能量形式與不同的運動形式相對應2不同形式的能量之間可以相互轉化，且這一轉化過程是通過做功來完成的3某種形式的能減少，一定有其他形式的能

14、增加，且減少量和增加量一定相等4某個物體的能量減少，一定存在其他物體的能量增加，且減少量和增加量一定相等5在利用能量轉化與守恒定律解題時，要注意先搞清楚過程中有幾種形式的能在轉化或轉移，分析初、末狀態(tài)，確定E增、E減各為多少，再由E增E減列式計算友情提示：(1)雖然功與能具有相同的單位，但兩者是完全不同的兩個概念，在能量守恒定律的表達式中只存在能量，不存在功(2)能量的轉化和守恒定律是自然界中普遍存在的一種規(guī)律，是無條件的，而機械能守恒定律是有條件的 一輛汽車正在平直的公路上以速度v勻速行駛，此時汽車的功率為P，已知汽車的總效率為，所使用的汽油的熱值為q(每完全燃燒單位質量的燃料產(chǎn)生的熱量叫熱

15、值)，現(xiàn)油箱中還有質量為m的汽油(1)下列關于汽車行駛過程中做功和能量轉化情況的說法正確的是A阻力對汽車做負功，機械能轉化為內能B汽車行駛時因能量損失故總能量不守恒C牽引力對汽車做功，使汽車動能增加D合外力對汽車的功等于汽油燃燒放出的能量(2)汽車還能行使多遠？(設汽車的質量為M)【思維點撥】先求出剩余汽油燃燒放出的能量，再求出汽車勻速運動的時間，便可求還能勻速行駛的距離，再由動能定理求出減速的距離【自主解答】(1)阻力對汽車做功的過程就是機械能轉化為內能的過程，盡管汽車能量損失，但總能量是守恒的，牽引力對汽車做正功，汽車動能增加，合外力的功等于汽車動能的增加，但不等于汽油燃燒放出的能量【誤區(qū)

16、警示】汽車還能行駛的距離應包括汽油用完后減速的距離，很多同學漏掉這一段，而只求出勻速行駛距離s1.3風沿水平方向以速度v垂直吹向一直徑為d的風車葉輪上，設空氣密度為，風的動能的50%轉化為風車的動能，風車帶動水車將水提高h高度，效率為80%.則單位時間最多可提升的水質量m_. A、B兩裝置，均由一支一端封閉、一端開口且?guī)в胁Ａ莸墓軤钊萜骱退y槽組成，除玻璃泡在管上的位置不同外，其他條件都相同將兩管抽成真空后，開口向下豎直插入水銀槽中(插入過程沒有空氣進入管內)，水銀柱上升至圖中所示位置停止假設這一過程進入容器的水銀體積相等，且水銀與外界沒有熱交換，則兩種情況下大氣壓力對水銀做的功是否相等？哪

17、個管中的水銀內能增量大？ 解：由于水銀與外界沒有熱交換，大氣壓力對水銀做功，一部分轉化為水銀的重力勢能，一部分轉化為水銀的內能，兩種情況下管中進入的水銀量相等，因此大氣壓力對進入管中的水銀做功相等，圖A管中水銀的重力勢能比圖B的大，因此A中水銀的內能增量比B中小 (2012濟南質檢)爆米花酥脆可口、老少皆宜，是許多人喜愛的休閑零食，如圖為高壓爆米花的裝置原理圖，玉米在鐵質的密閉容器內被加熱，迅速打開容器蓋后，玉米粒就“爆炸”成了爆米花設當?shù)販囟萾127，大氣壓為p0，已知密閉容器打開前的氣體壓強達到4p0.試分析：(1)容器內的氣體看做理想氣體，求容器內氣體的溫度？(2)假定在一次打開的過程中，容器內氣體膨脹對外界做功15 kJ，并向外釋放了20 kJ的熱量，容器內原有氣體的內能如何變化？變化了多少？