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1、专题二 热力学定律 能量守恒 气体,一、热力学定律 1.热力学第一定律 (1)内容：一般情况下，如果物体跟外界同时发生做功和热传递的过程， 加上 等于物体的内能的增加U. (2)表达式：U . 2热力学第二定律 两种表述： (1)不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而 ,外界对物体做的功W,物体从外界吸收的热量Q,WQ,不引,起其他变化,(2)不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来对外做功，而 3热力学第三定律 (1)内容：热力学零度不可达到 (2)热力学温度T与摄氏温度t的关系： Tt K Tt 二、能量守恒定律 1内容：能量既不会 ，也不会 ，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从 转
2、移到 ，在能的转化或转移的过程中其 ,不引起其他变化,273.15,凭空产生,凭空消失,一个物体,另一个物体,总量不变,2两类永动机 三、气体的状态参量 1温度： (1)宏观上：表示物体的 程度 (2)微观上：表示气体分子无规则热运动的 程度 (3)温标：常用的温标有 和摄氏温标,冷热,剧烈,热力学温标(或绝对温标),2体积： (1)宏观上：容纳气体的 (2)微观上：气体分子所能达到的 (3)单位：国际单位为m3，且1 m3103 dm3 cm3. 3压强： (1)宏观上：器壁单位面积上受到的 (2)微观上：大量气体分子单位时间作用在单位面积上的 (3)单位：国际单位为帕，符号为Pa，且1 a
3、tm Pa76 cmHg.,容器的容积,空间体积,106,压力,总冲量,1.013,105,(4)大小决定因素： 宏观上：气体的 、 和物质的量 微观上：单位体积内的分子数和 四、气体分子动理论 1气体分子运动的特点：由于气体分子间距大，气体分子的大小可以忽略，分子间的作用力很小，也可以忽略因此，除分子间及分子与器壁间碰撞外，分子间无相互作用力，所以不计 ，气体的内能只与气体的物质的量和 有关，分子处于自由运动状态,体积,温度,分子平均动能,分子势能,温度,2气体分子运动的统计规律： (1)气体分子沿各个方向运动的机会(机率) (2)大量气体分子的速率分布呈现 (中等速率的分子数目多)、 (速
4、率大或小的分子数目少)的规律 (3)当温度升高时，“中间多”的这一“高峰”向 的一方移动，即速率大的分子数目增多，速率小的分子数目减少，分子的平均速率 ，但不是每个气体分子的速率均增大.,均等,中间多,两头少,速率,大,增大,重点辨析 理想气体是实际气体一定条件下近似的一种物理模型，在温度不太低、压强不太大的情况下，实际气体可当做理想气体来处理，理想气体没有分子势能，内能只由温度和气体物质的量来决定,方法规律归纳,一、对热力学定律的理解 1热力学第一定律的符号规定,2.对热力学第一、第二定律的理解 (1)热力学第一定律是能量守恒定律的具体体现，说明能量在转移和转化过程中是守恒的 (2)热力学第
5、二定律是说不违背能量守恒定律的热力学过程的发生具有方向性热力学过程的方向性实例：,特别提醒 第一定律说明发生的任何过程中能量必定守恒，第二定律说明并非所有能量守恒的过程都能实现,二、气体的压强 1. 大气压强与气体压强的不同成因：大气压是由于空气受到重力作用紧紧包围地球而对浸在它里面的物体产生的压强如果没有地球的引力作用，地球表面就没有大气，从而也不会有大气压大气层分子密度为上小下大，从而使得大气压的值随高度的增加而减小 2. 封闭气体的压强是由于封闭气体的分子对器壁的不断碰撞，对器壁产生一个持续的压力，而产生压强.,特别提醒 (1)一定质量的气体状态改变，至少是P、V、T中的两个发生变化，绝
6、不可能只有一个状态参量发生变化如果体积V不变，温度T升高，则压强P增大从微观上看，体积不变，就是分子密度不变化；温度升高，分子热运动加快，气体分子对器壁的碰撞力增加，压强增大如果气体温度T不变，体积V减小，则压强P增大从微观上看，温度不变，就是分子的速率不变化；体积减小，分子密度增加，气体分子对器壁的碰撞次数增加，压强增大,(2)理想气体是不存在的，它是实际气体在一定程度上的近似，是一种理想化的模型“理想气体”如同力学中的“质点”、“弹簧振子”一样，是一种重要的理论模型在温度不太低、压强不太大的情况下，实际气体可当作理想气体来处理因为理想气体的分子间没有作用力，所以理想气体没有分子势能，理想气
7、体的内能只由温度和气体物质的量来决定.,请在掌握的“规律方法”后打“” 1一定质量的理想气体的内能只与温度有关，与体积无关 ( ) 2从宏观和微观上根据决定气体压强的两个因素，分析判断气体压强的变化情况 ( ) 3一定质量的理想气体，内能由温度决定，体积的变化决定外界对气体的做功，由热力学第一定律可确定吸热还是放热 ( ),4对物体内能的判断也可依据热力学第一定律，但要注意各物理量的正负 ( ) 请在走过的“思维误区”后打“！” 1错误地认为物体的平均动能增大，每一个分子的动能就增大；错误地认为不同物质的分子平均动能大的，平均速率就大 ( ) 2对气体压强的微观解释，只根据平均动能或分子密度中
8、的一个因素进行分析，应学会多角度对气体压强进行解释 ( ) 3只单方面依据做功或热传递而作出物体内能变化的判定 ( ),真题典例探究,题型1 热力学第一定律的应用 【例1】 如图所示，两相同的 容器装有相同体积的水和水银， A、B两球完全相同，分别浸没在 水和水银的同一深度，A、B两球用同一种特殊的材料制成，当温度稍升高时，球的体积会明显变大如果开始时水和水银的温度相同，且两液体同时缓慢地升高同一值，两球膨胀后，体积相等，则 ( ) AA球吸收的热量较多 BB球吸收的热量较多 C两球吸收的热量一样多 D无法确定,【解析】 (1)两种液体初末温度是否相同？ 答 相同 (2)两个小球初末温度是否相
9、同？两个小球体积是否相同？ 答 都相同 (3)两个小球增加的内能是否相同？ 答 相同 (4)两个小球是否对外做功？ 答 对外做功不同，对水银做功要多一些,(5)如何计算小球吸收的热量？哪一个小球吸收的热量更多？ 答 通过热力学第一定律得小球吸收的热量等于小球内能增加量与小球对外做功之和B球 【答案】 B,【方法归纳】 热力学第一定律应用注意： (1)热力学第一定律是能的转化和守恒定律在热学中的体现，是高考命题的热点，通常与气体状态的变化，以及生活、能源发生联系 (2)物体内能的增加与否，不能单单只看做功或者热传递，要将二者结合起来，内能的变化由UWQ得到 (3)应用热力学第一定律时，注意正确判
10、断U、W、Q的正负号,【备选例题1】 关于物体内能的变化，以下说法中正确的是 ( ) A物体吸收热量内能一定增大 B物体对外做功，内能一定减少 C物体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变 D物体放出热量，同时对外做功，内能可能不变,【解析】 根据热力学第一定律UWQ，物体内能的变化与外界对物体做功(或物体对外界做功)，物体从外界吸热(或向外界放热)两种因素有关物体吸收热量，但有可能同时对外做功，故内能有可能不变甚至减小，故A错同理，物体对外做功的同时有可能吸热，故内能不一定减少，B错若物体吸收的热量与对外做的功相等，则内能不变，C正确，因放热与对外做功都会使物体内能减少，故D错 【答案】 C,
11、【例2】 下图为电冰箱的工作原理示意图压缩机工作时，强迫致冷剂在冰箱内外的管道中不断循环在蒸发器中致冷剂汽化吸收箱体内的热量，经过冷凝器时致冷剂液化，放出热量到箱体外下列说法正确的是 ( ),A热量可以自发地从冰箱内传到冰箱外 B电冰箱的致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 D电冰箱的工作原理不违反热力学第二定律 【解析】 (1)电冰箱的致冷系统在哪儿吸收热量？ 答 箱体内部,(2)电冰箱的致冷系统为什么能在冰箱内吸收热量？ 答 压缩机强迫致冷剂在冰箱内外的管道中不断循环，在毛细管道前致冷剂是高压液体，通过干燥过滤器后的毛细管道，
12、突然变为较大蒸发器管道，致冷剂压强变小，致冷剂汽化温度降低，从冰箱内吸收热量 (3)电冰箱的致冷系统在哪儿放出热量？ 答 在冷凝器管道，也是在冰箱外的管道,(4)电冰箱的致冷系统为什么会在冰箱外放出热量？ 答 压缩机强迫致冷剂在冰箱内外的管道中不断循环，气体经压缩机后变成高压，也是压缩机对气体做功的过程，致冷剂温度升高，高于外界温度放热，气体液化也放出热量 (5)电冰箱的致冷违反热力学第一定律吗？ 答 不违反 (6)电冰箱的致冷系统违反热力学第二定律吗？ 答 不违反 【答案】 BCD,【方法归纳】 应用热力学第二定律时应注意： (1)热力学第二定律反映了与热现象有关的宏观过程都具有方向性，主要
13、是热传递的方向性和机械能转化的方向性 (2)热力学第二定律表述比较抽象，应通过认识一些实例理解能量传递和转化过程的方向性,【备选例题2】 下列说法中正确的是 ( ) A热量能自发地从高温物体传给低温物体 B热量不能从低温物体传到高温物体 C热传导是有方向的 D能量耗散说明能量是不守恒的,【解析】 “热量能自发地从高温物体传给低温物体”符合热力学第二定律中关于“热传导是有方向的”规律，所以A、C正确；热量虽然不能自发地从低温物体传到高温物体，但在一定外加条件下，也能做到“热量从低温物体传到高温物体”，例如电冰箱等电器的工作过程，所以B错误；所谓“能量耗散”是指在能量的转化过程中没有办法把流散的能
14、量重新收集起来，重新加以利用，“能量耗散”过程中能的总量还是守恒的，只是能量的转化是有方向性的，而不是能量不守恒，因此D错误 【答案】 AC,题型3 气体状态与内能变化问题 【例3】 如图所示，质量不能忽略的 绝热隔板K把绝热的气缸分隔成体积相等的 两部分，K与气缸壁的接触是光滑的两部 分中分别盛有相同质量的同种气体a和b.气 体分子之间相互作用势能可忽略现通过电热丝对气体b加热一段时间后，a、b各自达到新的平衡时 ( ) Ab的体积增大了，压强变小了 Ba的温度升高了 C加热后b的分子热运动比a的分子热运动更激烈 Db吸收的热量大于a增加的内能,(4)加热后，气体a的内能增加吗？ 答 隔板上移过程中对气体a做功，a的内能增加 (5)气体a的内能增加量等于b气体对外做的功吗？ 答 不等b气体对隔板做的功使隔板重力势能增加和a气体的内能增加 (6)b吸收的热量等于a增加的内能吗？ 答 a、b各自达到新的平衡后，b的压强、体积、温度均比a的压强、体积、温度大且增加，所以b的内能增加，b气体吸收的热大于对外做的功更大于a增加的内能，即大于a增加的内能 【答案】 BCD,【方法归纳】 气体状态参量的变化与气体内能变化密切相关
