《2012课堂高考物理大一轮361度全程复习课件选修3—3第11章第3节---热力学定律与能量守恒》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2012课堂高考物理大一轮361度全程复习课件选修3—3第11章第3节---热力学定律与能量守恒（23页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第三节 热力学定律与能量守恒 能、热量、功的比较 【 应用提示 】 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 2 改变物体内能的两种方式 3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和外界对它所做的功的和 (2)表达式： W Q U. (3)W、 Q、 、 ” 号法则 (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、电荷具有电能、原子核内部粒子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
2、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 (5)在利用能量转化与守恒定律解题时，要注意先搞清楚过程中有几种形式的能在转化或转移，分析初、末状态，确定 为多少，再由 式计算 【 应用提示 】 能量守恒是自然界中普遍存在的规律，是无条件的在能量守恒定律的表达式中只存在能量，不存在功 (2010广东高考 )如图 12 3 1是密闭的汽缸，外力推动活塞 缸内气体做功 800 J，同时气体向外界放热 200 J，缸内气体的 A温度升高，内能增加 600 J B温度升高，内能减少 2
3、00 J C温度降低，内能增加 600 J D温度降低，内能减少 200 J 【 自主解答 】 本题考查热力学第一定律，以及理想气体内能与温度的关系根据热力学第一定律，气体内能增量 U W Q 800 J 200 J 600 J，对于一定质量的理想气体，内能增加温度必然升高，故 【 答案 】 A 一定质量的理想气体由状态 变为状态 C，其中 A B (1)比较状态 的体积关系 (2)说明 B (3)设 A 1， B 2，比较 【标准解答】 ( 1 ) 设气体在 B 状态时的体积为 盖 吕萨克定律得， 由此得 气体由 A 状态到 B 状态体积增大 ( 2 ) 微观原因：气体体积不变，分子密集程度
4、不变，温度降低，气体分子平均动能减小，导致气体压强减小 ( 3 ) 2；因为 A B 增加的内能与 B C 减小的内能相同，而 A B 过程气体对外做正功， B C 过程气体不做功，由热力学第一定律可知 2. 能量守恒定律的应用 在如图 12 3 6所示的柱形容器内封有一定质量的密闭气体，光滑活塞 C(质量为 m)与容器用良好的隔热材料制成另有质量为 点自由下落到活塞上，并随活塞一起到达最低点 这一过程中，密闭气体内能的改变量 U、外界对密闭气体所做的功 A U W B U W， W U W， W UW， W 解析 】 因活塞和容器用良好的隔热材料制成，容器内的密闭气体与外界无热交换， Q 0
5、，所以 U W；但由于物体和活塞做完全非弹性碰撞 (即碰后不分开 )时损失一部分机械能，因此有 W 选项 里，虽然 W 仍遵守能量守恒定律，只不过减少的机械能不是全部转化为密闭气体的内能，而是有一部分在碰撞时转化为活塞和物体的内能了，能的总量并未减少 【 答案 】 C 1下列说法正确的是 ( ) A外界对物体做功，物体的内能一定增加 B热量不能由低温物体传递到高温物体 C自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性 D第二类永动机有可能制成，因为它不违反能量守恒定律 【 解析 】 根据热力学第一定律， U W Q，如果外界对物体做功 W，同时物体放热 Q，当 Q W，内能减小， 热力学第二定
6、律，不可能使热量从低温物体传递到高温物体而不引起其他变化，关键是 “ 不引起其他变化 ” 是不可能的，如果引起其他变化，如消耗电能，空调能把室内相对低温空气的热量传递给室外空气， 力学第二定律揭示了由大量分子参与的宏观过程具有方向性， 力学第二定律说明第二类永动机不可能制成，即不可能制成效率是百分之百的热机，虽然第二类永动机不违反能量守恒定律， 确选项 C. 【 答案 】 C 2如图 12 3 7所示， p 定质量的理想气体由状态 变至状态 外界吸收热量 420 J，同时膨胀对外 做功 300 J当气体从状态 回到状态 外界压缩气体做功 200 J，求过程 中气体吸收或放 出的热量是多少？ 【
7、 解析 】 一定质量的理想气体由状态 至状态 外界吸收的热量 1，气体内能增加，由热力学第一定律，气体内能增加量为 U 420 J ( 300) J 120 J 气体由状态 回到状态 体内能将减少 120 J，而此过程中外界又压缩气体做了 200 而气体必向外界放热，放出的热量为 U ( 120) J 200 J 320 J. 【 答案 】 放出热量 320 J 3如图 12 3 8所示的圆柱形容器内用活塞密封一定质量的理想气体，容器横截面积为 S，活塞质量为 m，大气压强为 力加速度为 g，活塞处于静止状态，现对容器缓缓加热使容器内的气体温度升高 t ，活塞无摩擦地缓慢向上移动了 h， 在此
8、过程中气体吸收的热量为 Q，问： (1)被密封的气体对外界做了多少功？ (2)被密封的气体内能变化了多少？ 【 解析 】 (1)活塞缓慢上移，气体推动活塞的力 F 气体对活塞做功 W (h. (2)由热力学第一定律得 W Q U，其中因为是气体对外界做功，功代入负值运算，得到 U (mg)h Q. 【 答案 】 (1)(h (2) (mg)h Q 4如图 12 3 9所示，一圆柱形容器竖直放置，通过活塞封闭着摄氏温度为 塞的质量为 m，横截面积为 S，与容器底部相距 果活塞又缓慢上升了h，若这段时间内气体吸收的热量为 Q，已知大气压强为 力加速度为 g，不计器壁向外散失的热量及活塞与器壁间的摩
9、擦，求： (1)气体的压强； (2)这段时间内气体的内能增加了多少？ (3)这段时间内气体的温度升高了多少？ 【解析】 ( 1 ) p p0 ( 2 ) 气体对外做功为 W pS h ( p0 ( h 由热力学第一定律得： U Q W Q ( h . ( 3 ) 由盖 吕萨克定律得： t2 t 解得： t 2 t， t t t t . 【答案】 ( 1 ) p 0 ( 2 ) Q ( p 0 S h ( 3 ) 27 3. 15 t 5 (2010山东高考 )如图 12 3 10所示，一太阳能空气集热器，底面及侧面为隔热材料，顶面为透明玻璃板，集热器容积为 始时内部封闭气体的压强为 体温度由
10、300 1 350 K. (1)求此时气体的压强 (2)保持 350 慢抽出部分 气体，使气体压强再变回到 器内剩余气体的质量与原来总质量的 比值判断在抽气过程中剩余气体是 吸热还是放热，并简述原因 【解析】 ( 1 ) 设升温后气体的压强为 查理定律得 代入数据得 6 ( 2 ) 抽气过程可等效为等温膨胀过程，设膨胀后气体的总体积为 V ，由玻意耳定律得 联立 式得 V 76 设剩余气体的质量与原来总质量的比值为 k ，由题意得 k 联立 式得 k 67 吸热 因为抽气过程中剩余气体温度不变，故内能不变，而 剩余气体的体积膨胀对外做功，所以根据热力学第一定律可知剩余气体要吸热 【答案】 ( 1 ) 76 p 0 ( 2 ) 67 吸热 ， 原因见解析
