导学教程高考物理总复习 热学 第三节 热力学定律与能量课件 新人教版选修33.ppt

第三节热力学定律与能量 主干回顾 做的功 传递的热量 w q 低温 高温 1 判断下列说法的正误 1 物体吸收热量 同时对外做功 内能可能不变 2 绝热过程中 外界压缩气体 对气体做功 气体的内能可能减少 3 自由摆动的秋千摆动幅度越来越小 能量并没有消失 自我检测 4 热量不可以从低温物体传到高温物体 5 一定质量的理想气体向真空自由膨胀时 体积增大 熵减小 6 做功和热传递的实质不相同 2 2016 大连模拟 一定质量的理想气体被活塞封闭在透热的汽缸中 如图3 1所示 不计活塞与汽缸的摩擦 当用外力向上缓慢拉动活塞的过程中 环境温度保持不变 下列判断正确的是图3 1 a 拉力对气体做正功 气体内能增加 吸收热量b 拉力对气体做正功 气体内能保持不变 放出热量c 气体对外做功 内能减小 放出热量d 气体对外做功 内能不变 吸收热量答案d 3 木箱静止于水平地面上 现用一个80n的水平推力推动木箱前进10m 木箱受到的摩擦力为60n 则转化为木箱与地面系统的内能和转化为木箱的动能分别是a 200j 600jb 600j 200jc 600j 800jd 800j 200j答案b 4 下列说法中正确的是a 一切涉及热现象的宏观过程都具有方向性b 一切不违背能量守恒定律的物理过程都是可以实现的c 由热力学第二定律可以判断物理过程能否自发进行d 一切物理过程都不可能自发地进行答案a 考点一热力学第一定律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 此定律是标量式 应用时热量的单位应统一为国际单位制中的焦耳 2 对公式 u q w符号的规定 3 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 3 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 考向热力学第一定律的计算 例1 一定质量的气体 在从状态1变化到状态2的过程中 吸收热量280j 并对外做功120j 试问 1 这些气体的内能发生了怎样的变化 2 如果这些气体又返回原来的状态 并放出了240j热量 那么在返回的过程中是气体对外界做功 还是外界对气体做功 做功多少 解析 1 由热力学第一定律可得 u w q 120j 280j 160j 气体的内能增加了160j 2 由于气体的内能仅与状态有关 所以气体从状态2回到状态1的过程中内能的变化应等于从状态1到状态2的过程中内能的变化 则从状态2到状态1的内能应减少160j 即 u 160j 又q 240j 根据热力学第一定律得 u w q 所以w u q 160j 240j 80j 即外界对气体做功80j 答案 1 增加了160j 2 外界对气体做功80j 规律总结判定物体内能变化的方法 1 内能的变化都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 考点二热力学第二定律1 在热力学第二定律的表述中 自发地 不产生其他影响 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 的涵义是发生的热力学宏观过程只在本系统内完成 对周围环境不产生热力学方面的影响 如吸热 放热 做功等 2 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 特别提醒 热量不可能自发地从低温物体传到高温物体 但在有外界影响的条件下 热量可以从低温物体传到高温物体 如电冰箱 在引起其他变化的条件下内能可以全部转化为机械能 如气体的等温膨胀过程 3 热力学过程方向性实例 4 两类永动机的比较 考向热力学第二定律的理解 例2 多选 2013 大纲全国 根据热力学定律 下列说法中正确的是a 电冰箱的工作过程表明 热量可以从低温物体向高温物体传递b 空调机在制冷过程中 从室内吸收的热量少于向室外放出的热量c 科技的进步可以使内燃机成为单一热源的热机d 对能源的过度消耗将使自然界的能量不断减少 形成 能源危机 解析 热力学第二定律有两种表述 第一是热量不能自发地从低温物体传到高温物体 即自发热传递具有方向性 选项a中热量从低温物体传到高温物体是电冰箱工作的结果 选项a正确 第二是不可能从单一热库吸收热量 使之完全变为功 而不产生其他影响 即第二类永动机不存在 选项b正确 选项c错误 由能量守恒定律知 能量总是守恒的 只是存在的形式不同 选项d错误 答案 ab 考点三热力学定律与气体实验定律的综合问题 考向1气体状态变化的计算与热力学定律的组合 例3 一定质量的理想气体由状态a经状态b变成状态c 其中a b过程为等压变化 b c过程为等容变化 已知va 0 3m3 ta tc 300k tb 400k 1 求气体在状态b时的体积 2 说明b c过程压强变化的微观原因 3 设a b过程气体吸收热量为q1 b c过程气体放出热量为q2 比较q1 q2的大小并说明原因 3 q1大于q2 因为ta tc 故a b增加的内能与b c减少的内能相同 而a b过程气体对外界做正功 b c过程气体不做功 由热力学第一定律可知q1大于q2 答案 1 0 4m3 2 见解析 3 q1 q2 原因见解析 考向2气态变化图象与热力学定律的组合 例4 一定质量的理想气体 状态从a b c d a的变化过程可用如图3 2所示的p v图描述 图中p1 p2 v1 v2和v3为已知量 图3 2 1 气体状态从a到b是 过程 填 等容 等压 或 等温 2 状态从b到c的变化过程中 气体的温度 填 升高 不变 或 降低 3 状态从c到d的变化过程中 气体 填 吸热 或 放热 4 状态从a b c d的变化过程中 气体对外界所做的总功为 4 从a b 气体体积增大 气体对外界做功w1 p2 v3 v1 从b c 气体体积不变 w2 0 从c d 气体体积减小 外界对气体做功或气体对外界做负功 即w3 p1 v3 v2 故从a b c d的变化过程中 气体对外界做总功w w1 w2 w3 p2 v3 v1 p1 v3 v2 答案 1 等压 2 降低 3 放热 4 p2 v3 v1 p1 v3 v2 规律总结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 不计分子势能 因此对一定质量的理想气体 其内能只取决于温度 而与体积无关 温度升高 或降低 内能增大 或减小 4 由气体体积变化情况分析做功情况 气体体积增大 气体对外做功 气体体积减小 外界对气体做功 5 分析出气体状态变化过程中的内能改变及做功情况后 由热力学第一定律 u w q便可确定吸 放热情况 1 2015 北京理综 下列说法正确的是a 物体放出热量 其内能一定减小b 物体对外做功 其内能一定减小c 物体吸收热量 同时对外做功 其内能可能增加d 物体放出热量 同时对外做功 其内能可能不变 随堂巩固 解析根据热力学第一定律 u q w判断 只有c项正确 答案c 2 2015 福建理综 如图3 3所示 一定质量的理想气体 由状态a经过ab过程到达状态b或者经过ac过程到达状态c 设气体在状态b和状态c的温度分别为tb和tc 在过程ab和ac中吸收的热量分别为qab和qac 则 图3 5a tb tc qab qacb tb tc qabqacd tb tc qab qac 答案c 3 2014 重庆理综 重庆出租车常以天然气作为燃料 加气站储气罐中天然气的温度随气温升高的过程中 若储气罐内气体体积及质量均不变 则罐内气体 可视为理想气体 a 压强增大 内能减小b 吸收热量 内能增大c 压强减小 分子平均动能增大d 对外做功 分子平均动能减小 解析储气罐中气体体积不变 气体不做功 当温度升高时 气体压强增大 气体内能增大 分子平均动能增大 由热力学第一定律可知 气体一定吸热 故选项b正确 答案b 4 关于永动机和热力学定律的讨论 下列叙述正确的是a 第二类永动机违反能量守恒定律b 如果物体从外界吸收了热量 则物体的内能一定增加c 外界对物体做