选修物态和物态变化热力学定律

1、第七讲：选修3-3 物态和物态变化 热力学定律命题人：孟祥涛课时安排：2课时教学目标：1知道热力学第一定律的内容，会讨论物体内能的变化情况2知道热力学第二定律的内容，了解热传导的方向性3能够运用所学知识分析解决有关的热现象本讲重点：热力学第一定律，物体内能的变化本讲难点：1热力学第一定律，物体内能的变化2热力学第二定律，热传导的方向性考点点拨：1关于物体的内能及内能变化热力学第一定律2关于热传导的方向性热力学第二定第一课时一、考点扫描（一）知识整合1内能的概念（1）分子的平均动能_是分子平均动能的标志_越高，分子平均动能越大（2）分子势能：意义：由于分子间存在_所以分子具有由它们的位置决定的能

2、，称为分子势能分子势能的决定因素。微观上：决定于分子间距和分子排列情况宏观上：跟物体体积有关分子势能的变化与分子间距离的变化有关，宏观上，跟物体的体积有关，当r > r。时，分子力为引力，当r增大时，分子力做_功，分子势能_；当r < r。时分子力为斥力，r 减小，分子力做_ 功，分子势能_；当r=r。时，分子势能_（不等于零）。（3）物体的内能：_；叫物体的内能内能是状态量物体的内能是由物质的_、_、_等因素所决定的。2物体的内能的变化改变物体的内能有两种方式：做功是其他形式的能与内能_的过程，内能改变了多少用_量度热传递是_的过程，内能改变了多少用_来量度。热传递的条件：_，热

3、量自动地从_向_传递，当_时达到平衡即热平衡。做功和热传递在改变物体的内能上是等效的，但本质有区别。3热力学第一定律（1）内容：_（2）表达式：_（3）符号法则：_4热力学第二定律内容：_表述一：_表述二：_5能的转化和守恒定律内容：_6第一类永动机违背_第二类永动机虽然不违背_，但违背_（二）重难点阐释1、功与热的异同（1）功与热的相同点：它们在引起物体内能的变化上是等效的。（2）功与热传递的不同点：热传递是一个物体的内能转移为另一个物体的内能，做功是其他形式的能与物体内能间的转化。2、温度、内能、热量、热能等概念的区别（1）温度：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

4、子热运动的集体表现，对个别分子来说，温度没有意义。（2）内能：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。（3）热量：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量（4）热能：是内能通俗的说法。温度和内能是状态量，热量则是过程量，热传递的前提条件是存在温差，传递的是热量，实质上是内能的转移。4分析物体内能变化的方法有两种（1）根据物体内能的组成来分析，物体的内能是组成物体的所有分子动能和势能的总和，由温度的变化来判断分子平均动能的变化由体积的变化来判断分子力做功的正负从而判断分子势能的变化，最后确定物体内能的变化。（2）根据能量守恒定律，

5、热力学第一定律来分析，先弄清楚能量的转化关系和转化的方向，即物体是吸热还是放热，是物体对外做功还是外界对物体做功，最后判断内能是增加还是减小例如有些固体溶解为液体，无法判断分子势能的变化，则只能运用第二种方法分析。第七讲：选修3-3 物态和物态变化 热力学定律命题人：孟祥涛二、高考要点精析（一）关于物体的内能及内能变化热力学第一定律考点点拨内能：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。要同时考虑做功和热传递两个途径来确定内能的变化。即根据能量守恒定律，热力学第一定律来分析，先弄清楚能量的转化关系和转化的方向，即物体是吸热还是放热，是物体对外做功还是外界

6、对物体做功，最后判断内能是增加还是减小例如有些固体溶解为液体，无法判断分子势能的变化，则只能运用第二种方法分析。【例1】 关于物体的内能正确的说法是（ ）A.温度、质量相同的物体具有相等的内能B物体的内能与物体的体积有关C机械能越大的物体，内能也一定越大D温度相同的两物体具有相同的内能解析：物体内所有分子的动能与势能之和叫内能，温度相同，分子平均动能相同；质量相同，分子个数不一定相同，还有分子势能，故A、D不正确，机械能大的物体内能不一定大，故C不正确。答案：B【例2】 一定质量的气体从外界吸收了4. 2 × 105 J的热量同时气体对外做了6×105J的功，问：（1）物体

7、的内能变化了多少？（2）分子势能是增加还是减少？（3）分子动能如何变化？解析：可根据热力学第一定律：E= W+Q定量分析。（1）因气体从外界吸收热量，所以Q=4. 2 × 105 J气体对外做功6×105J，则外界对气体做功W= 6×105J据热力学第一定律E= W+Q得E = 6×105+4. 2 × 105 J= 1.8× 105 J所以物体内能减少了1. 8 ×105J.（2）因为气体对外做功，体积膨胀分子间距离增大了，分子力做负功，气体的分子势能增加了（3）因为气体内能减少了，而分子势能增加了，所以分子动能必然减少了

8、且分子动能的减少量一定大于分子势能的增量。【例3】如图所示，固定容器及可动活塞P都是绝热的，中间有一导热的固定隔板B, B的两边分别盛有气体甲和乙,现将活塞P缓慢地向B移动一段距离，已知气体的温度随其内能的增加而升高,在移动P的过程中（ ）A外力对乙做功；甲的内能不变。B外力对乙做功；乙的内能不变。C乙传递热量给甲；乙的内能增加。D乙的内能增加；甲的内能不变。解析：审题时要弄清隔板是固定且导热当活塞P向B移动时外力做功气体乙的内能增加气体乙的温度升高，乙通过导热板B向气体甲传热因此甲的内能增加因此选项A、B、D错误选项C正确本题考生的主要失误：在分析气体乙内能时，部分考生认为外力做功使乙的内能

9、增加但乙向甲传热又会使乙的内能减少无法判断乙的内能增加或减少或不变产生困惑。正确答案为选项C。考点精炼1有一个小气泡从水池底缓慢地上升，气泡跟水不发生热传递，而气泡内气体体积不断增大，小气泡上升过程中（ ）h甲乙A由于气泡克服重力做功，内能减少B由于重力和浮力的合力对气泡做功，内能增加C由于气泡内气体膨胀做功，内能增加D由于气泡内气体膨胀做功，内能减少2下列关于热现象的说法正确的是（ ）A外界对物体做功物体的内能一定增加B气体的温度升高，气体的压强一定增大C任何条件下，热量都不会由低温物体传递到高温物体D任何热机都不可能使燃料释放的热量完全转化为机械能3如图所示气缸放置在水平地面上，质量为m的

10、活塞将气缸分成甲、乙两气室，两气室充有气体，汽缸、活塞是绝热的且不漏气开始活塞被销钉固定，现将销钉拔掉、活塞最终静止在据原位置下方h处，设活塞移动前后甲气体内能的变化量为E，不计气体重心改变的影响，下列说法的是（ ）AE=mgh BE> mgh CE<mgh D以上三种均有可能 第二课时（二）关于热传导的方向性热力学第二定律考点点拨（1）热传导的方向性。热传导的过程是有方向性的，这个过程可以向一个方向自发地进行（热量会自发地从高温物体传给低温物体），但是向相反的方向却不能自发地进行。（2）第二类永动机不可能制成。我们把没有冷凝器，只有单一热源，从单一热源吸收热量全部用来做功，而不引

11、起其它变化的热机称为第二类永动机。这表明机械能和内能的转化过程具有方向性：机械能可以全部转化成内能，内能却不能全部转化成机械能。（3）热力学第二定律。表述：不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化（按热传导的方向性表述）。不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化（按机械能和内能转化过程的方向性表述）。第二类永动机是不可能制成的。热力学第二定律使人们认识到：自然界种进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性。它揭示了有大量分子参与的宏观过程的方向性，使得它成为独立于热力学第一定律的一个重要的自然规律。（4）能量耗散。自然界的能量是守恒的，但是有的能量便于利用，有些能

12、量不便于利用。很多事例证明，我们无法把流散的内能重新收集起来加以利用。这种现象叫做能量的耗散。它从能量转化的角度反映出自然界中的宏观现象具有方向性。【例4】 图中气缸内盛有一定量的理想气体，气缸壁是导热的，缸外环境保持恒温，活塞与气缸壁的接触是光滑的，但不漏气。现将活塞杆与外界连接使其缓慢的向右移动，这样气体将等温膨胀并通过杆对外做功。若已知理想气体的内能只与温度有关，则下列说法正确的是A气体是从单一热源吸热，全用来对外做功，因此此过程违反热力学第二定律。B气体是从单一热源吸热，但并未全用来对外做功，所以此过程不违反热力学第二定律C气体是从单一热源吸热，全用来对外做功，但此过程不违反热力学第二

13、定律DABC三种说法都不对解析：活塞向右缓慢移动，封闭气体有足够长的时间与外界发生热传递，封闭气体的温度保持不变，因此封闭气体的内能保持不变；封闭气体的体积变大，对外界做功，由内能不变可知气体是从单一热源吸热，全用来对外做功，由于此过程要借助外界“帮助”才能实现，故过程不违反热力学第二定律。答案：C 考点精炼参考答案 1D 2D 3B高二物理期末备考天天练8命题人：孟祥涛训练内容：第七讲：选修3-3 物态和物态变化 热力学定律1下列说法中正确的是A物体吸热后温度一定升高B物体温度升高一定是因为吸收了热量C0的冰化为0的水的过程中内能不变D100的水变为100的水汽的过程中内能增大2如图所示的绝

14、热容器，把隔板抽掉，让左侧气体自由膨胀到右侧直至平衡A气体对外做功，内能减少，温度降低B气体对外做功，内能不变，温度不变C气体不做功，内能不变，温度不变，压强减小D气体不做功，内能减少，压强减小点评：学生容易出现的错误：认为气体体积变大就对外做功；认为压强减小，温度降低3如图所示，导热气缸开口向下，内有理想气体，缸内活塞可以自由滑动且不漏气，活塞下挂一个砂桶，桶内装满砂子时，活塞恰好静止。现在把砂桶底部钻一个小洞，细砂缓慢流出，并缓慢降低气缸外部环境温度，则 （ ）A气体压强增大，内能可能不变B气体对外界作功，气体温度可能降低C气体体积减小，压强增大，内能一定减小D外界对气体作功，气体内能一定

15、增加BAh2h1Mm4如图所示，开口向上的柱形容器放在水平地面上，质量为m的活塞把一定质量的理想气体封闭在柱形容器内，活塞与容器壁间的摩擦忽略不计。质量为M的物体从距活塞高h1处自由下落到活塞上，并随活塞一起下降到最低位置B处。设在这一过程中容器内气体与外界没有热交换，则可知下列说法中不正确的是 （ ）A活塞从A下降到B的过程中，速度先增大后减小到零B活塞在B处时，气体压强最大，温度最低C活塞从A下降到B的过程中，气体内能的增加量小于Mg（h1+h2）+mg h2+p0S h2D活塞从A下降到B的过程中，气体内能的增加量等于Mg（h1+h2）+mg h2+p0S h25做功和热传递都能够改变物

16、体的内能。在下列改变物体内能的方法中，属于做功过程的是（ ）A燃气炉火上的壶水逐渐升温的过程B柴油机气缸内气体被压缩的过程C物体在阳光下被晒热的过程D把烧红的铁块投入水中使铁块温度降低的过程6根据热力学第二定律判断，下列说法正确的是（ ）A内能可以自发的转变成机械能B扩散的过程完全可逆的。C火力发电时，燃烧物质的内能不可以全部转化为电能D热量不可能自发的从低温物体传递到高温物体7如图所示，两个相通的容器P、Q间装的阀门K，P中充满气体，Q内为真空，整个系统与外界没有热交换。打开阀门K后，P中的气体进入Q中，最终达到平衡，则（ ）A气体体积膨胀，内能增加B气体分子势能减少，内能增加C气体分子势能

17、增加，压强可能不变DQ中气体不可能自发地全部退回到P中8下列说法中正确的是A任何物体的内能就是组成物体的所有分子热运动动能的总和B只要对内燃机不断改进，就可以把内燃机得到的全部内能转化为机械能C做功和热传递在改变内能的方式上是不同的D满足能量守恒定律的物理过程都能自发进行9如右题图，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10关于对永动机的认识，下列说法正确的是：A第一类永动机和第二类永动机都违背了能量守恒定律，所以都不可能制成B第一类永动机违背了能量守恒定律，第二类永动机没有违背能量守恒定律，因此，随着科学技术的迅猛发展，第二类永动机是可以制成的。C第一类永动机违反了热力学第一定律，第二类永动机违反了热力学第二定律，这两类永动机都不可能制成。D两类永动机的实质和工作原理是相同的，都是人们的美好设想，是永远不会实现的。11一定质量的气体从外界吸收了2.6×105J的热量，内能增加了4.2×105J。这个过程是气体对外界做功，还是外界对气体做功？做了多少功？高二物理期末备考天天练8答案1解析：吸热后物体温度不一定升高，例如冰融化为水或水沸腾时都需要吸热