高二物理課件 10.4 《熱力學(xué)第二定律》 3（人教選修3-3）

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歡迎進(jìn)入物理課堂 氣體的狀態(tài)參量熱力學(xué)第二定律 一 氣體的狀態(tài)參量及狀態(tài)參量 1 溫度 宏觀上表示物體的冷熱程度 在微觀上是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志 熱力學(xué)溫度是國(guó)際單位制中的基本量之一 符號(hào)T 單位K 開爾文 攝氏溫度是導(dǎo)出單位 符號(hào)t 單位 攝氏度 關(guān)系是t T T0 其中T0 273 15K 攝氏度不再采用過去的定義 兩種溫度間的關(guān)系可以表示為 T t 273 15K和 T t 要注意兩種單位制下每一度的間隔是相同的 0K是低溫的極限 它表示所有分子都停止了熱運(yùn)動(dòng) 可以無限接近 但永遠(yuǎn)不能達(dá)到 2 體積 氣體總是充滿它所在的容器 所以氣體的體積總是等于盛裝氣體的容器的容積 3 壓強(qiáng) 氣體的壓強(qiáng)是由于氣體分子頻繁碰撞器壁而產(chǎn)生的 絕不能用氣體分子間的斥力解釋 一般情況下不考慮氣體本身的重量 所以同一容器內(nèi)氣體的壓強(qiáng)處處相等 但大氣壓在宏觀上可以看成是大氣受地球吸引而產(chǎn)生的重力而引起的 例如在估算地球大氣的總重量時(shí)可以用標(biāo)準(zhǔn)大氣壓乘以地球表面積 壓強(qiáng)的國(guó)際單位是帕 符號(hào)Pa 常用的單位還有標(biāo)準(zhǔn)大氣壓 atm 和毫米汞柱 mmHg 它們間的關(guān)系是 1atm 1 013 105Pa 760mmHg 1mmHg 133 3Pa 二 氣體分子動(dòng)理論 1 氣體分子運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)是 氣體分子間的距離大約是分子直徑的10倍 分子間的作用力十分微弱 通常認(rèn)為 氣體分子除了相互碰撞或碰撞器壁外 不受力的作用 每個(gè)氣體分子的運(yùn)動(dòng)是雜亂無章的 但對(duì)大量分子的整體來說分子的速率分布規(guī)律遵從統(tǒng)計(jì)規(guī)律 在一定溫度下 某種氣體的分子速率分布是確定的 可以求出這個(gè)溫度下該種氣體分子的平均速率 2 用分子動(dòng)理論解釋氣體壓強(qiáng)的產(chǎn)生 氣體壓強(qiáng)的微觀意義 氣體的壓強(qiáng)是大量分子頻繁碰撞器壁產(chǎn)生的 壓強(qiáng)的大小跟兩個(gè)因素有關(guān) 氣體分子的平均動(dòng)能 分子的密集程度 3 氣體的體積 壓強(qiáng) 溫度間的關(guān)系 新大綱只要求定性介紹 一定質(zhì)量的氣體 在溫度不變的情況下 體積減小 壓強(qiáng)增大 體積增大時(shí) 壓強(qiáng)減小 一定質(zhì)量的氣體 在壓強(qiáng)不變的情況下 溫度升高 體積增大 一定質(zhì)量的氣體 在體積不變的情況下 溫度升高 壓強(qiáng)增大 恒量 4 氣體壓強(qiáng)的計(jì)算 氣體壓強(qiáng)的確定要根據(jù)氣體所處的外部條件 往往需要利用跟氣體接觸的液柱和活塞等物體的受力情況和運(yùn)動(dòng)情況計(jì)算 三 熱力學(xué)第二定律 1 表述 不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體 而不引起其他變化 按熱傳導(dǎo)的方向性表述 不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功 而不引起其他變化 按機(jī)械能和內(nèi)能轉(zhuǎn)化過程的方向性表述 第二類永動(dòng)機(jī)是不可能制成的 2 熱力學(xué)第二定律使人們認(rèn)識(shí)到 自然界中進(jìn)行的涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程都具有方向性 它揭示了有大量分子參與的宏觀過程的方向性 使得它成為獨(dú)立于熱力學(xué)第一定律的一個(gè)重要的自然規(guī)律 3 能量耗散 自然界的能量是守恒的 但是有的能量便于利用 有些能量不便于利用 很多事例證明 我們無法把流散的內(nèi)能重新收集起來加以利用 這種現(xiàn)象叫做能量的耗散 它從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中的宏觀現(xiàn)象具有方向性 例一 右圖中兩個(gè)氣缸的質(zhì)量均為M 內(nèi)部橫截面積均為S 兩個(gè)活塞的質(zhì)量均為m 左邊的氣缸靜止在水平面上 右邊的活塞和氣缸豎直懸掛在天花板下 兩個(gè)氣缸內(nèi)分別封閉有一定質(zhì)量的空氣A B 大氣壓為p0 求封閉氣體A B的壓強(qiáng)各多大 求氣體壓強(qiáng)要以跟氣體接觸的物體為對(duì)象進(jìn)行受力分析 在本題中 可取的研究對(duì)象有活塞和氣缸 兩種情況下活塞和氣缸的受力情況的復(fù)雜程度是不同的 第一種情況下 活塞受重力 大氣壓力和封閉氣體壓力三個(gè)力作用 而且只有氣體壓力是未知的 氣缸受重力 大氣壓力 封閉氣體壓力和地面支持力四個(gè)力 地面支持力和氣體壓力都是未知的 要求地面壓力還得以整體為對(duì)象才能得出 因此應(yīng)選活塞為對(duì)象求pA 同理第二種情況下應(yīng)以氣缸為對(duì)象求pB 得出的結(jié)論是 例二 右圖中氣缸靜止在水平面上 缸內(nèi)用活塞封閉一定質(zhì)量的空氣 活塞的的質(zhì)量為m 橫截面積為S 下表面與水平方向成 角 若大氣壓為p0 求封閉氣體的壓強(qiáng)p 解 以活塞為對(duì)象進(jìn)行受力分析 關(guān)鍵是氣體對(duì)活塞的壓力方向應(yīng)該垂直與活塞下表面而向斜上方 與豎直方向成 角 接觸面積也不是S而是S1 S cos 因此豎直方向受力平衡方程為 pS1cos mg p0S 得p p0 mg S 結(jié)論跟 角的大小無關(guān) 例三 豎直平面內(nèi)有右圖所示的均勻玻璃管 內(nèi)用兩段水銀柱封閉兩段空氣柱a b 各段水銀柱高度如圖所示 大氣壓為p0 求空氣柱a b的壓強(qiáng)各多大 解 從開口端開始計(jì)算 右端為大氣壓p0 同種液體同一水平面上的壓強(qiáng)相同 所以b氣柱的壓強(qiáng)為pb p0 g h2 h1 而a氣柱的壓強(qiáng)為pa pb gh3 p0 g h2 h1 h3 此類題求氣體壓強(qiáng)的原則就是從開口端算起 一般為大氣壓 沿著液柱在豎直方向上 向下加 gh 向上減 gh即可 h為高度差 例四 兩端封閉的均勻直玻璃管豎直放置 內(nèi)用高h(yuǎn)的汞柱把管內(nèi)空氣分為上下兩部分 靜止時(shí)兩段空氣柱的長(zhǎng)均為L(zhǎng) 上端空氣柱壓強(qiáng)為p1 2 gh 為水銀的密度 當(dāng)玻璃管隨升降機(jī)一起在豎直方向上做勻變速運(yùn)動(dòng)時(shí) 穩(wěn)定后發(fā)現(xiàn)上端空氣柱長(zhǎng)減為2L 3 則下列說法中正確的是A 穩(wěn)定后上段空氣柱的壓強(qiáng)大于2 ghB 穩(wěn)定后下段空氣柱的壓強(qiáng)小于3 ghC 升降機(jī)一定在加速上升D 升降機(jī)可能在勻減速上升 解 系統(tǒng)靜止時(shí)下段空氣柱的壓強(qiáng)是3 gh 做勻變速運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定后上段空氣柱體積減小說明其壓強(qiáng)增大 而下段空氣柱體積增大 說明其壓強(qiáng)減小 由水銀柱的受力分析可知 其合力方向向下 因此加速度向下 可能勻加速下降 也可能勻減速上升 選ABD 謝謝 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全