《人教版高中物理一轮复习课件：选修3-3.3热力学定律与能量守恒》由会员分享，可在线阅读，更多相关《人教版高中物理一轮复习课件：选修3-3.3热力学定律与能量守恒（46页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第3讲热力学定律与能量守恒 考点1热力学第一定律 1 改变物体内能的两种方式 和热传递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 与外界对它所做的功的和 2 表达式 U 做功 热量 Q W 1 改变内能的两种方式的比较 方式名称 比较项目 做功 热传递 区别 内能变化情况 从运动形式上看 从能量的角度看 能的性质变化情况 相互联系 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 物体吸收热量 内能增加物体放出热量 内能减少 做功是宏观的机械运动向物体的微观分子热运动的转化 热传递则是通过分子之间的相互作用 使同一物体的不同部分或不同物体间的分子热运
2、动发生变化 是内能的转移 做功是其他形式的能与内能相互转化的过程 能的性质发生了变化 不同物体间或同一物体不同部分之间内能的转移 能的性质不变 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相同的 2 U W Q中正 负号法则 意义 符号 3 U Q W的三种特殊情况 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 2 若过程是等容的 即W 0 Q U 物体吸收的热量等于物体内能的增加 3 若过程是等温的 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 4 对温度 内能 热量和功的三点说明 1 温度 内能 热量和功是热学中相互关联的四个物理量
3、 当物体的内能改变时 温度不一定改变 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 和功一样是过程量 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 只有物体的内能变化较大时 做的功或传递的热量才会多 考点2能量守恒定律 能源和环境1 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 为另一种形式 或者从一个物体 到别的物体 在转化或转移的过程中 能量的 保持不变2 能源的利用 1
4、 存在能量耗散和 2 重视利用能源时对 的影响 3 要开发新能源 如 生物质能 风能 水流能等 转移 总量 品质下降 环境 太阳能 转化 1 对能量守恒定律的四点说明 1 能量守恒定律是自然界的普遍规律 一切违背能量守恒定律的过程都不可能实现 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 2 能量守恒定律的应用方法 1 在利用能量守恒定律解题时 要注意先搞清楚过程中有几种形式的能在转化或转移 2 分析初 末状态 确定 E增
5、 E减各为多少 再由 E增 E减列式计算 热力学定律的应用 例证1 2011 广东高考 如图为某种椅子与其升降部分的结构示意图 M N两筒间密闭了一定质量的气体 M可沿N的内壁上下滑动 设筒内气体不与外界发生热交换 在M向下滑动的过程中 A 外界对气体做功 气体内能增大B 外界对气体做功 气体内能减小C 气体对外界做功 气体内能增大D 气体对外界做功 气体内能减小 解题指南 解答本题时应把握以下两点 1 M向下滑动的过程中 气体体积减小 2 在与外界不发生热交换的情况下 只靠做功改变气体的内能 自主解答 选A M向下滑动的过程中 气体体积减小 故外界对气体做功 W 0 下滑过程不与外界发生热交
6、换 Q 0 由热力学第一定律 U W Q可知内能增大 A正确 B C D错误 总结提升 判定物体内能变化的方法 1 当做功和热传递两种过程同时发生时 内能的变化就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 3 与外界绝热 则不发生热传递 此时Q 0 4 如果研究对象是理想气体 则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 气体实验定律与热力学定律综合 例证2 8分 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
7、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 为正的常量 容器内气体的所有变化过程都是缓慢的 求 1 汽缸内气体与大气达到平衡时的体积V1 2 在活塞下降过程中 汽缸内气体放出的热量Q 解题指南 可按以下思路分析此题 规范解答 1 在气体由p 1 2p0下降到p0的过程中 气体体积不变 温度由T 2 4T0变为T1 由查理定律得 2分 在气体温度由T1变为T0的过程中 体积由V减小到V1 气体压强不变 由盖 吕萨克定律得解得 2分 2 在活塞下降过程中 活塞对气体做的功为W p0 V V1 1分 在这一过程中 气体内能的减少
8、为 U T1 T0 1分 由热力学第一定律得 汽缸内气体放出的热量为Q W U 1分 解得Q p0V T0 1分 答案 1 V 2 p0V T0 总结提升 气体实验定律与热力学定律的综合问题的处理方法 1 气体实验定律研究对象是一定质量的理想气体 2 解决具体问题时 分清气体的变化过程是求解问题的关键 根据不同的变化 找出与之相关的气体状态参量 利用相关规律解决 3 对理想气体 只要体积变化外界对气体 或气体对外界 要做功W p V 只要温度发生变化 其内能要发生变化 4 结合热力学第一定律 U W Q求解问题 1 2011 福建高考 一定量的理想气体在某一过程中 从外界吸收热量2 5 104
9、J 气体对外界做功1 0 104J 则该理想气体的 A 温度降低 密度增大B 温度降低 密度减小C 温度升高 密度增大D 温度升高 密度减小 解析 选D 由热力学第一定律 U W Q Q 2 5 104J W 1 0 104J 可知 U大于零 气体内能增加 温度升高 A B错 气体对外做功 体积增大 密度减小 C错 D对 2 多选 2011 大纲版全国卷 关于一定量的气体 下列叙述正确的是 A 气体吸收的热量可以完全转化为功B 气体体积增大时 其内能一定减小C 气体从外界吸收热量 其内能一定增加D 外界对气体做功 气体内能可能减小 解析 选A D 如果气体等温膨胀 则气体的内能不变 吸收热量全
10、部用来对外做功 A正确 当气体体积增大时 对外做功 若同时吸收热量 且吸收的热量大于或等于对外做功的数值时 内能不会减小 所以B错误 若气体吸收热量同时对外做功 其内能也不一定增加 C错误 若外界对气体做功同时气体向外放出热量 且放出的热量多于外界对气体所做的功 则气体内能减小 所以D正确 3 多选 2012 苏北四市模拟 对于热量 功 内能三个物理量 下述各种说法中正确的是 A 热量 功 内能三者的物理意义相同B 热量 功都可以作为物体内能的量度C 热量 功 内能的单位相同D 热量和功是由过程决定的 而内能是由物体状态决定的 解析 选C D 物体的内能是物体中所有分子动能和势能的总和 而要改
11、变物体的内能 可以通过做功和热传递两种方式 这三者的物理意义不同 热量是热传递过程中物体内能的变化量 而不是内能的量度 热量 功和内能三者的单位是一样的 都是焦耳 热量和功是量度物体内能的转移或转化的 而物体的内能是由物体本身所处的状态 即温度 体积 物质的量决定的 4 2012 连云港模拟 第一类永动机 是不可能制成的 这是因为 A 它不符合机械能守恒定律B 它违背了能的转化和守恒定律C 它做功产生的热不符合热功当量D 暂时找不到合理的设计方案和理想材料 解析 选B 第一类永动机不可能制成的原因是违背了能的转化和守恒定律 故B对 5 2012 南京模拟 1 下列说法正确的是 填写选项前的字母
12、 A 机械能和内能的转化具有方向性B 大颗粒的盐磨成细盐 就变成了非晶体C 一定质量的气体压强越大 则分子的平均动能越大D 当温度由20 变为40 时 物体分子的平均动能应变为原来的2倍 2 如图所示的圆柱形汽缸固定于水平面上 缸内用活塞密封一定质量的理想气体 已知汽缸的横截面积为S 活塞重为G 大气压强为p0 将活塞固定 使汽缸内气体温度升高1 气体吸收的热量为Q1 如果让活塞可以缓慢自由滑动 活塞与汽缸间无摩擦 不漏气 且不计气体的重力 也使汽缸内气体温度升高1 其吸收的热量为Q2 简要说明Q1和Q2哪个大些 求汽缸内气体温度升高1 时活塞向上移动的高度h 解析 1 选A 机械能和内能的转
13、化具有方向性 A正确 大颗粒的盐磨成细盐还是晶体 B错误 压强在宏观上与温度 体积有关 压强大可能是体积压缩 分子密度增大造成的 不一定是温度升高而使分子平均动能增大 C错 当温度由20 变为40 时 物体分子的平均动能增加 但并不一定是变为原来的2倍 D错误 2 等容过程 吸收的热量 用于增加气体的内能 U1 Q1 等压过程 吸收的热量 用于增加气体的内能和对外做功 U2 Q2又 U2 U1 则Q1 Q2 气体对外做功 p0S G h活塞向上移动的高度h 答案 1 A 2 见解析 6 2012 南京模拟 1 下列说法正确的是 A 自由摆动的秋千幅度越来越小 是由于能量在逐渐消失B 固体小颗粒
14、在液体中的布朗运动是由固体分子的无规则运动引起的C 物体的温度为0 时 物体分子的平均动能为零D 一定质量的理想气体 保持温度不变 压强随体积增大而减小的微观原因是气体分子的密集程度减小了 2 某风景区有一处约50m高的瀑布 甚为壮观 请估计瀑布上 下水潭的水温因瀑布的机械能转化成内能而相差多少 水的比热容c水 4 2 103J kg 解析 1 选D 秋千摆动的幅度变小 是由于机械能转化为内能 A错 布朗运动是由于液体分子对固体小颗粒的碰撞引起的 B错 物体分子的平均动能永远不会为零 C错 一定质量的理想气体 温度不变 压强取决于分子密度 体积增大 分子密度减小 故压强减小 D正确 2 设水的
15、质量为m 上 下水潭的水温差为 t 由能量守恒定律有mgh cm t代入数据解得 t 0 12 答案 1 D 2 0 12 7 2011 江苏高考 1 如图所示 一演示用的 永动机 转轮由5根轻杆和转轴构成 轻杆的末端装有用形状记忆合金制成的叶片 轻推转轮后 进入热水的叶片因伸展而 划水 推动转轮转动 离开热水后 叶片形状迅速恢复 转轮因此能较长时间转动 下列说法正确的是 A 转轮依靠自身惯性转动 不需要消耗外界能量B 转轮转动所需能量来自形状记忆合金自身C 转动的叶片不断搅动热水 水温升高D 叶片在热水中吸收的热量一定大于在空气中释放的热量 2 如图所示 内壁光滑的汽缸水平放置 一定质量的理
16、想气体被活塞密封在汽缸内 外界大气压强为p0 现对汽缸缓慢加热 气体吸收热量Q后 体积由V1增大为V2 则在此过程中 气体分子平均动能 选填 增大 不变 或 减小 气体内能变化了 3 某同学在进行 用油膜法估测分子的大小 的实验前 查阅数据手册得知 油酸的摩尔质量M 0 283kg mol 1 密度 0 895 103kg m 3 若100滴油酸的体积为1mL 则1滴油酸所能形成的单分子油膜的面积约是多少 取NA 6 02 1023mol 1 球的体积V与直径D的关系为V D3 结果保留一位有效数字 解题指南 解答本题时注意理解以下三点 1 永动机 转动时能量的来源 2 影响理想气体内能大小的因素 3 油膜法估测分子大小的原理 解析 1 选D 该 永动机 叶片进入水中 吸收热量而伸展划水 推动转轮转动 离开水面后向空气中放热 叶片形状迅速恢复 所以转动的能量来自热水 由于不断向空气释放热量 所以水温逐渐降低 A B C错 D对 2 气体做等压变化 体积变大 温度升高 平均动能增大 内能的变化为 U Q p0 V2 V1 3 一个油酸分子的体积分子直径为单分子油膜的面积代入数据得 S 1
