《高考物理大一轮复习 第十一章 第3讲 热力学定律与能量守恒课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高考物理大一轮复习 第十一章 第3讲 热力学定律与能量守恒课件（28页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、一、热力学第一定律 1.改变内能的两种方式的比较 知识梳理 做功热传递 内能变化 在绝热过 程中,外界对物体做功, 物体的内能 增加 ;物体对外 界做功,物体的内能 减少 在单纯的热传递过 程中,物体 吸收 热量,内能增加;物体 放出 热量,内能减少 物理实质 其他形式的能与内能之间的 转化 不同物体间或同一物体的不同 部分之间内能的 转移 相互联系 做一定量的功或传递一定量的热量在改变内能的效果上是 等 效的 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= W+Q 。 (3)符号法则 符号WQU +外界对物体做
2、功物体 吸收 热量内能 增加 -物体对外界做功物体 放出 热量内能 减小 二、热力学第二定律 能量守恒定律 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.能量守恒定律 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 总和 保持不变。 3.能源的利用 (1)存在能量耗散和 品质降低 。 (2)重视利用能源时对 环境 的影响。
3、(3)要开发新能源(如 太阳能 、生物质能、风能、水能等) 1.下列说法中正确的有 ( ) A.第二类永动机和第一类永动机一样,都违背了能量守恒定律 B.热机的效率从原理上讲可达100% C.因为能量守恒,所以“能源危机”是不可能的 D.自然界中的能量尽管是守恒的,但有的能量便于利用,有的不便于利用, 故要节约能源 答案 D 第二类永动机是指从单一热源吸热,全部用来对外做功而不引 起其他变化的机器,它并不违背能量守恒定律,却违背了热力学第二定律; 第一类永动机是不消耗能量却可以源源不断地对外做功的机器,它违背能 量守恒定律,所以选项A错误。从热力学第二定律的表述可知,任何热机的 效率都达不到1
4、00%,因此B错误。关于“能源危机”必须明确以下几点: (1)能源是提供能量的资源,如煤、石油等。(2)人们在消耗能源时,放出热 量,部分转化为内能,部分转化为机械能,但最终基本上都转化成了内能,人 们无法把这些内能全部收集起来重新利用(能量耗散),而可供利用的能源 是有限的。因此,“能源危机”并非说明能量不守恒,故C选项错误,D选项 正确。 2.如图所示,绝热容器中间用隔板隔开,左侧装有气体,右侧为真空。现将隔 板抽掉,让左侧气体自由膨胀到右侧直至平衡,在此过程中 ( ) A.气体对外界做功,温度降低,内能减少 B.气体对外界做功,温度不变,内能不变 C.气体不做功,温度不变,内能不变 D.
5、气体不做功,温度不变,内能减少 答案 C 抽去隔板,气体膨胀,体积变大,但并没有对外做功,力和在力的 方向上发生的位移是功的两个不可缺少的条件,气体体积变大时,若反抗外 力且发生位移才能对外做功。本题中气体自由膨胀时,无外力可反抗,即气 体不做功,在系统绝热的情况下,内能不变,温度不变,故C正确。 3.(多选)夏天,如果将自行车内胎充气过足,又放在阳光下暴晒,车胎极易爆 裂。关于这一现象的描述(暴晒过程中内胎容积几乎不变),正确的是( ) A.车胎爆裂,是车胎内气体温度升高,气体分子间斥力急剧增大的结果 B.在爆裂前的过程中,气体温度升高,分子无规则热运动加剧,气体压强增大 C.在车胎突然爆裂
6、前的瞬间,气体内能增加 D.在车胎突然爆裂后的瞬间,气体内能减少 答案 BCD 分析题意得:车胎在阳光下暴晒,爆裂前内能增加,气体的温 度升高,分子无规则热运动加剧,气体压强变大,所以选项B和C是正确的,易 知选项A是错误的。当车胎突然爆裂的瞬间,气体膨胀对外做功,温度也会 有所下降,所以气体内能减少,选项D正确。 4.如图所示,某同学将空的薄金属筒开口向下压入水中。设水温均匀且恒 定,筒内空气无泄漏,不计气体分子间相互作用,则被淹没的金属筒在缓慢 下降过程中,筒内空气体积减小 ( ) A.从外界吸热 B.内能增大 C.向外界放热 D.内能减小 答案 C 筒内空气体积减小,外界对气体做正功,而
7、温度不变,内能不变, 由热力学第一定律U=W+Q,可知气体向外放热,故C正确。 1.温度、内能、热量、功的比较 重难一 对热力学第一定律的理解 重难突破 温度内能(热能)热量功 含 义 表示物体的冷热程度,是 物体分子平均动能大小 的标志,它是大量分子热 运动的集体表现,对个别 分子来说,温度没有意义 物体内所有分子 动能和势能的 总和,它是由大 量分子的热运 动和分子的相 对位置所决定的 能 是热传递过 程 中内能的改变量 ,热量用来量度 热传递过 程 中内能转移的多 少 做功过程是 机械能或其 他形式的能 和内能之间 的转化过 程 关 系 温度和内能是状态量,热量和功则是过程量。热传递 的
8、前提条件是存在温 差,传递的是热量而不是温度,实质上是内能的转移 2.对热力学第一定律的理解 (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。此定律关系式是标量式,应用时功、内能、热量的单位应统一为国 际单位焦耳。 (2)几种特殊情况 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; 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; 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。 典例1 在如图所示的坐标系中
9、,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 6 J;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 9 J。图线 AC的反向延长线通过坐标原点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。 解析 (1)从状态A到状态C的过程,气体发生等容变化, 该气体对外界做的功W1=0 根据热力学第一定律有U1=W1+Q1 内能的增量U1=Q1=9 J (2)从状态A到状态
10、B的过程,体积减小,温度升高 该气体内能的增量U2=U1=9 J 根据热力学第一定律有U2=W2+Q2 从外界吸收的热量Q2=U2-W2=3 J 答案 (1)0 9 J (2)9 J 3 J 1-1 一定质量的理想气体压强p与热力学温度T的关系图象如图所示, AB、BC分别与p轴和T轴平行,气体在状态A时的压强为p0、体积为V0,在状 态B时的压强为2p0,则气体在状态B时的体积为 ;气体从状态A经 状态B变化到状态C的过程中,对外做的功为W,内能增加了U,则此过程气 体 (选填“吸收”或“放出”)的热量为 。 答案 吸收 U+W 解析 对AB过程,温度不变,由玻意耳定律可知,气体在状态B时的
11、体积为 V= ;气体从状态A经状态B变化到状态C的过程中,对外做的功为W,内能 增加了U,由热力学第一定律,知此过程气体吸收的热量为U+W。 1.两类永动机的比较 第一类永动机第二类永动机 设计要求 不需要任何动力或燃料,却能 不断地对外做功的机器 从单一热源吸收热量,使之 完全变成功,而不产生其他 影响的机器 不可能制成的原因违背能量守恒 不违背能量守恒定律,但违 背热力学第二定律 重难二 对热力学第二定律的理解 2.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”的含义是发生的热力学宏观过程只在本系统内
12、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。 3.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。 (1)高温物体 低温物体 (2)功 热 (3)气体体积V1 气体体积V2(较大) (4)不同气体A和B 混合气体AB 4.热力学过程方向性实例 (1)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 典例2 如图所示为电冰箱的工作原理示意图,
13、压缩机工作时,强迫制冷剂 在冰箱内外的管道中不断循环,在蒸发器中的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。 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的热量相比,有怎样的关系? 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现象,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正确,D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,A错误,B正确。 (2)由能量守恒定律可知,制冷系
14、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)释放到外界的热量比从冰箱内吸收的热量多 2-1 根据你学的热学中的有关知识,判断下列说法中正确的是 ( ) A.机械能可能全部转化为内能,内能也可以全部用来做功以转化成机械能 B.凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性,在热传递中,热量只能从高温 物体传递给低温物体,而不能从低温物体传递给高温物体 C.尽管技术不断进步,热机的效率仍不能达到100%,制冷机却可以使温度 降到-273.15 D.第一类永动机违背能量守恒定律,第二类永动机不违背能量守恒定律,随 着科技的进步和发展,第二类永动机可
15、以制造出来 部转化为机械能,A正确;凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性,在热传 递中,热量可以自发地从高温物体传递给低温物体,也能从低温物体传递给 高温物体,但必须借助外界的帮助,B错误;尽管技术不断进步,热机的效率 仍不能达到100%,制冷机也不能使温度降到-273.15 ,只能无限地接近-27 3.15 ,永远不能达到,C错误;第一类永动机违背能量守恒定律,第二类永 动机不违背能量守恒定律,而是违背了热力学第二定律,第二类永动机不可 以制造出来,D错误。 答案 A 解析 机械能可以全部转化为内能,而内能在引起其他变化时也可以全 气体实验定律与热力学第一定律的综合应用 气体实验定律与热力学
16、第一定律的结合量是气体的体积和温度,当温度变 化时,气体的内能变化,当体积变化时,气体将伴随着做功,解题时要掌握气 体变化过程的特点: (1)等温过程:内能不变,即U=0。 (2)等容过程:W=0。 (3)绝热过程:Q=0。 思想方法 典例 如图,体积为V、内壁光滑的圆柱形导热汽缸顶部有一质量和厚度 均可忽略的活塞;汽缸内密封有温度为2.4T0、压强为1.2p0的理想气体。p0 和T0分别为大气的压强和温度。已知:气体内能U与温度T的关系为U=T, 为正的常数;汽缸内气体的所有变化过程都是缓慢的。求: ()汽缸内气体与大气达到平衡时的体积V1; ()在活塞下降过程中,汽缸内气体放出的热量Q。 吕萨克定律得 = 解得V1= V ()在活塞下降过程中,活塞对气体做的功为W=p0(V-V1) 在这一过程中,气体内能的减少量为U=(T1-T0) 由
