【红对勾】高考物理 热力学定律和能量守恒课件

课时3热力学定律和能量守恒知识点一能量守恒热力学第一定律——知识回顾——1．热力学第一定律：功、热量跟内能改变之间的定量关系ΔU＝

.2．能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，它只能从一种形式

为另一种形式或从

到另一个物体．3．不消耗任何能量，却源源不断地对外做功的机器叫 ，它违背了能的

，因此这种机器

制造出来．Q＋W转化一个物体转移第一类永动机转化与守恒定律不可能——要点深化——热力学第一定律的符号法则外界对物体做功，物体体积减小，W取正值；物体对外界做功，物体体积增大，W取负值．物体吸收热量，Q取正值；物体放出热量，Q取负值．物体内能增加，ΔU取正值，物体内能减少，ΔU取负值．——基础自测——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ΔU＝W＋Q，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知识点二热力学第二定律——知识回顾——1．热力学第二定律的两种表述表述一：不可能使

由低温物体传递到

而不引起其他

；表述二：不可能从

并把它全部用来对外

而不引起其他变化．2．第二类永动机：只从

吸取热量，使之全部用来做功，而不引起其他变化的热机．热量高温物体变化单一热源吸收热量做功单一热源——要点深化——1．热力学第二定律的理解(1)热力学第二定律揭示了自然界中进行的涉及热现象的宏观过程(或自然界中实际的宏观过程)都具有方向性．热现象是与大量分子的无规则运动相联系的，因此，自然界中存在的凡涉及到与分子热运动有关的宏观过程都是有方向性的．这就是热力学第二定律的实质．(2)热力学第二定律说明自然界中各种不可逆过程都是相关联的，即由某一过程的不可逆性可推出另一过程的不可逆性．(3)热力学第二定律已在物理、化学、生物等自然学科中有着重要的应用，对我们认识自然、利用自然有重要的指导意义．2．热力学第二定律与热力学第一定律的关系热力学第一定律中，摩擦力做功可以全部转化为热．热力学第二定律却说明这一热量不可能在不引起其他变化的情况下由热完全转化为功．热量可以从高温物体自动传向低温物体，而热力学第二定律却说明热量不能自动从低温物体传向高温物体．热力学第一定律说明在任何过程中能量必守恒，热力学第二定律却说明并非所有能量守恒过程均能实现．热力学第二定律是反映自然界过程进行的方向和条件的一个规律，它指出自然界中出现的过程是具有方向性的，某些方向的过程可以实现，而另一些方向的过程则不能实现．在热力学中，它和第一定律相辅相成，缺一不可．——基础自测——下列说法正确的是()A．热量不能由低温物体传递到高温物体B．外界对物体做功，物体的内能必定增加C．第二类永动机不可能制成，是因为违反了能量守恒定律D．不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化解析：：根据热热力学学第二二定律律，热热量不不能自自发地地由低低温物物体传传递到到高温温物体体，而而不引引起其其他变变化，，在发发生其其他变变化的的前提提下，，热量量可以以由低低温物物体传传递到到高温温物体体，例例如电电冰箱箱制冷冷时，，压缩缩机工工作，，消耗耗了电电能，，同时时热量量由冰冰箱内内的低低温物物体传传递到到冰箱箱外的的高温温物体体，所所以A错；；外界界对物物体做做功的的同时时，物物体可可能放放热，，物体体的内内能不不一定定增加加，所所以B错；；第二二类永永动机机的效效率为为100%，并并不违违反能能量守守恒定定律，，但它它违反反了热热力学学第二二定律律中热热机效效率必必小于于1的的表述述，因因此它它不可可能制制成，，所以以C错错；而而D选选项中中的表表述就就是热热力学学第二二定律律的一一种表表述形形式，，所以以D正正确．．答案：：D知识点点三热力学学定律律的微微观解解释——知知识回回顾———1．如果一一个““宏观观态””对应应的““微观观态””比较较多，，就说说这个个“宏宏观态态”是是比较较的．2．自发发的过过程总总是倾倾向于于出现现与对应的的宏观观态，，因此此自发发的过过程总总是从从向着发展的的．3．一切切自然然过程程总是是沿着着分子子热运运动的的的方向向进行行．这这就是是热力力学第第二定定律的的微观观意义义．无序较多微微观态态有序无序无序性性增大大——要要点深深化———热力学学第二二定律律微观观意义义的理理解系统的热力力学过程就就是大量分分子无序运运动状态的的变化．从从微观看，，在功转化化为热的过过程中，自自然过程是是大量分子子从有序运运动状态向向无序运动动状态转化化的过程，，但其逆过过程却不能能自动地进进行，即不不可能由大大量分子无无规则的热热运动自动动转变为有有序运动．．从微观看，，热传递的的过程中，，自然过程程是大量分分子从无序序程度小的的运动状态态向无序程程度大的运运动状态转转化的过程程，其逆过过程不能自自动进行．．大量分子子无序运运动状态态变化的的方向总总是向无无序性增增大的方方向进行行，即一一切自然然过程总总是沿着着无序性性增大的的方向进进行，这这就是热热力学第第二定律律的微观观意义．．——基础础自测———关于热力力学第二二定律的的微观意意义，下下列说法法正确的的是()A．大量分子子无规则的热热运动能够自自动转变为有有序运动B．热传递的的自然过程是是大量分子从从有序运动状状态向无序运运动状态转化化的过程C．热传递的的自然过程是是大量分子从从无序程度小小的运动状态态向无序程度度大的运动状状态转化的过过程D．一切自然然过程总是沿沿着分子热运运动的无序性性增大的方向向进行解析析：：分子子热热运运动动是是大大量量分分子子的的无无规规则则运运动动，，系系统统的的一一个个宏宏观观过过程程包包含含着着大大量量的的微微观观状状态态，，这这是是一一个个无无序序的的运运动动，，根根据据熵熵增增加加原原理理，，热热运运动动的的结结果果只只能能使使分分子子热热运运动动更更加加无无序序，，而而不不是是变变成成了了有有序序，，热热传传递递的的自自然然过过程程从从微微观观上上讲讲就就是是大大量量分分子子从从无无序序程程度度小小的的运运动动状状态态向向无无序序程程度度大大的的运运动动状状态态转转化化的的过过程程，，C、、D项项正正确确．．答案案：：CD知识识点点四四能量量耗耗散散———知知识识回回顾顾————1．．各种种形形式式的的能能最最终终都都转转化化成成，流流散散到到周周围围的的环环境境中中，，分分散散在在环环境境中中的的内内能能不不管管数数量量多多么么巨巨大大，，它它也也只只不不过过能能使使地地球球大大气气稍稍稍稍变变暖暖一一点点，，却却再再也也不不能能驱驱动动机机器器做做功功了了．．这这样样的的转转化化过过程程叫叫做做““”．2．各种种形式式的能能向内内能转转化是是微观观领域域内无无序程程度较较向无序序程度度较的转变变，是是能发生的的、发生的的．内能能量耗散小大自动全额3．从从可被被利用用的价价值来来看，，内能能较之之机械械能、、电能能等，，是一一种的能量量．由由此可可知，，能量量耗散散虽然然不会会导致致能的的总量量，却会会导致致能量量品质质的，实际际上是是将能能量从从高度度有用用的形形式降降级为为不大大可用用的形形式．．低品质质减少降低——要要点深深化———1．煤、石石油、、天然然气等等能源源储存存着高高品质质的能能量，，在利利用它它们的的时候候，高高品质质的能能量释释放出出来并并最终终转化化为低低品质质的内内能．．2．能量虽虽然不会减减少但能源源会越来越越少，所以以要节约能能源．——基础自自测——下列对能量量耗散的理理解正确的的有()A．能量耗耗散说明能能量在不断断减少B．能量耗耗散遵守能能量守恒定定律C．能量耗耗散说明能能量不能凭凭空产生，，但可以凭凭空消失D．能量耗耗散从能量量角度反映映出自然界界的宏观过过程具有方方向性解析：在发生能量量转化的宏宏观过程中中，其他形形式的能量量最终会转转化为流散散到周围环环境的内能能，无法再再回收利用用，这种现现象叫能量量耗散．能能量耗散并并不违反能能量守恒定定律，宇宙宙的能量既既没有减少少，也没有有消失，它它只从能量量角度反映映出自然界界的宏观过过程具有方方向性，故故A、C错错．答案：BD题型一热力学第第一定律律的应用用[例1]一定质量量的非理理想气体体(分子子间的作作用力不不可忽略略)，从从外界吸吸收了4.2××105J的热量量，同时时气体对对外做了了6×105J的功，，则：(1)气气体的内内能________(填““增加””或“减减少”)，其变变化量的的大小为为________J.(2)气气体的分分子势能能________(填“增增加”或或“减少少”)．．(3)分分子平均均动能如如何变化化？[解析](1)因因气体从从外界吸吸收热量量，所以以Q＝4.2×105J气体对外外做功6×105J，则外外界对气气体做功功W＝－6×105J由热力学学第一定定律ΔU＝W＋Q，得ΔU＝－6×105J＋4.2×105J＝－1.8×105J，所以物体体内能减减少了1.8×105J.(2)因因为气体体对外做做功，体体积膨胀胀，分子子间距离离增大了了，分子子力做负负功，气气体的分分子势能能增加了了．(3)因为气气体内能减少少了，而分子子势能增加了了，所以分子子平均动能必必然减少了，，且分子平均均动能的减少少量一定大于于分子势能的的增加量．[答案](1)减少1.8×105(2)增加(3)减少少题后反思当做功和热传传递两种过程程同时发生时时，内能的变变化就要用热热力学第一定定律进行综合合分析，要切切记符号法则则，系统对外外界做功W＜0，外界对对系统做功W＞0，系统吸吸热Q＞0，放热Q＜0，ΔU＞0系统内能能增加，ΔU＜0系统内能能减少．变式1—1一一定量的气气体，膨胀过过程中是外界界对气体做功功还是气体对对外界做功？？如果膨胀时时做的功是135J，，同时向外放放热85J，气体内能能的变化量是是多少？内能能是增加了还还是减少了？？解析：对气体来说，，体积膨胀，，气体对外界界做功，在热热力学第一定定律中W表示外界对气气体做的功，，故此时W为负，气体膨膨胀做的功为为135J，向外界放放热85J，此时W＝－135J，Q＝－85J，由热力学学第一定律知知：ΔU＝W＋Q＝－135J－85J＝－220J.即内能减少了了220J.答案：见解析题型二对热力学第二二定律的理解解[例2]根据热力学第第二定律，可可知下列说法法中正确的有有()A．热量能够够从高温物体体传到低温物物体，但不能能从低温物体体传到高温物物体B．热量能够够从高温物体体传到低温物物体，也可能能从低温物体体传到高温物物体C．机械能可可以全部转化化为热量，但但热量不可能能全部转化为为机械能D．机械能可可以全部转化化为热量，热热量也可能全全部转化为机机械能[解析]根据热传递的的规律可知热热量能够从高高温物体传到到低温物体；；当外界对系系统做功时，，可以使系统统从低温物体体吸取热量传传到高温物体体上去，制冷冷机(例如冰冰箱和空调)就是这样的的装置．但是是热量不能自自发地从低温温物体传到高高温物体．选选项A错误．．B正确．一一个运动的物物体，克服摩摩擦阻力做功功，最终停止止，在这个过过程中机械能能全部转化为为热量．外界界条件发生变变化时，热量量也可以全部部转化为机械械能．例如在在等温膨胀过过程中，系统统吸收的热量量全部转化为为对外界做的的功．[答案]BD题后反思热力学第二二定律反映映了一个自自然规律：：与热现象象有关的宏宏观物理过过程具有方方向性．由由于人们发发现这样的的规律是从从研究热机机的问题开开始的，所所以较多地地集中在机机械能向内内能的转化化的方向性性和热传导导的方向性性．定律的的表述方式式比较抽象象．大家要要通过一些些实例来认认识有哪些些现象能表表明能量转转化过程中中的方向性性．变式2—1用两种不同同的金属丝丝组成一个个回路，接接触点1插插在热水中中，接触点点2插在冷冷水中，如如图1所示示，电流计计指针会发发生偏转，，这就是温温差发电现现象，这一一实验是否否违反热力力学第二定定律？热水水和冷水的的温度是否否会发生变变化？简述述这一过程程中能的转转化情况．．图1解析：热水温度降降低，冷水水温度升高高，转化效效率低于100%.答案：不违反；见见解析题型三能量守恒定定律的应用用[例例3]现代代典典型型的的燃燃煤煤发发电电厂厂，，总总效效率率一一般般为为40%，，有有一一座座大大型型燃燃煤煤发发电电厂厂，，如如果果发发出出1.0××109J的的电电力力，，可可供供一一个个大大城城市市使使用用．．图图2表表示示这这座座发发电电厂厂的的能能量量流流向向．．请请回回答答：：图2(1)燃燃煤提供供的能量量应等于于哪几项项能量之之和？(2)图图中烟囱囱废气所所带走的的能量及及涡轮机机损耗没没有标出出，请你你算出来来，在图图中补上上．(3)算算出这座座发电厂厂的总效效率．(4)根根据图所所示的电电厂能量量流向，，你认为为在哪些些地方进进行改进进可以提提高发电电厂的总总效率？？[分析]仔细分析析发电过过程的能能量流向向图，搞搞清各项项能量或或功间的的关系，，根据能能量转化化与守恒恒定律可可求解．．[解析](1)燃燃煤提供供的能量量等于进进入涡轮轮机的能能量和通通过烟囱囱排出的的能量．．(2)根根据(1)中的的解析可可得通过过烟囱废废气所带带走的能能量为：：E＝2.5×109J－2.2×109J＝3×108J涡轮机从从外界吸吸热2.2×109J，对外外做功W＝1.0×109J所以涡轮轮机损耗耗(4)从从能量流流向图中中可以看看出，该该发电厂厂的损耗耗共达到到了1.5×109J，即即达到到了60%，最最主要要的损损耗是是涡轮轮机的的损耗耗，由由冷凝凝器[答案]

见解析题后反反思能的转转化一一定要要通过过做功功来实实现，，而能能的转转移是是要通通过某某种形形式的的传递递来完完成．．由热热力学学第一一定律律可知知，要要使一一个系系统内内能增增加，，其他他系统统必须须对它它传递递热量量、做做功或或者既既传递递热量量又做做功，，其他他系统统减少少等量量的能能量，，而二二者的的总能能量保保持不不变．．变式3—1在高为为h＝0.8m的的光滑滑桌面面上放放着一一个质质量为为M＝2kg的木木块，，一颗颗质量量m＝10g的铅铅弹从从水平平方向向射中中木块块(未未穿出出)，，把木木块打打落在在地面面上，，落地地点与与桌边边的水水平距距离s＝0.4m．．设增增加的的内能能有η＝60%使使铅弹弹的温温度升升高，，铅弹弹的温温度升升高多多少度度？[铅的的比热热c＝1.3××102J/(kg·℃℃)，，取g＝10m/s2]答案：：92.8℃1．(2009·全全国卷卷Ⅱ)如图3，水水平放放置的的密封封气缸缸内的的气体体被一一竖直直隔板板分隔隔为左左右两两部分分，隔隔板可可在气气缸内内无摩摩擦滑滑动，，右侧侧气体体内有有一电电热丝丝．气气缸壁壁和隔隔板均均绝热热．初初图3始时隔板静静止，左右右两边气体体温度相等等．现给电电热丝提供供一微弱电电流，通电电一段时间间后切断电电源．当缸缸内气体再再次达到平平衡时，与与初始状态态相比()A．右边气气体温度升升高，左边边气体温度度不变B．左右两两边气体温温度都升高高C．左边气气体压强增增大D．右边气气体内能的的增加量等等于电热丝丝放出的热热量答案：BC2．如图4所示，由由导热材料料制成的气气缸和活塞塞将一定质质量的理想想气体封闭闭在气缸内内，活塞与与气缸壁之之间无摩擦擦，活塞上上方存有少少量液体．．将一细管管插入液体体，由于虹虹吸现象，，活塞上方方液体逐渐渐流出．在在此过程中中，大气压压强与外界界的温度保保持不变，，关于这一一过程，下下列说法正正确的是()图4A．气体分分子的平均均动能逐渐渐增大B．单位时时间气体分分子对活塞塞撞击的次次数增多C．单位时时间气体分分子对活塞塞的冲量保保持不变D．气体对对外界做功功等于气体体从外界吸吸收的热量量解析：导热气缸和和活塞，说说明气体温温度始终与与大气温度度相同，当当液体逐渐渐流出的过过程中气体体做等温膨膨胀、压强强减小的变变化，气体体温度未变变，分子密密度减小则则气体分子子的平均动动能不变，，A错误；；对活塞单单位时间内内撞击次数数减少，B错误；单单位时间分分子对活塞塞的冲量减减小，C错错误；因为为气体温度度未变，所所以气体的的内能未变变，则气体体对外界做做功和从外外界吸收的的热量相等等，则D正正确．答案案：：D3．．对对一一A．气体的体积是所有气体分子的体积之和B．气体分子的热运动越剧烈，气体温度就越高C．气体对器壁的压强是由大量气体分子对器壁不断碰撞而产生的D．当气体膨胀时，气体分子之间的势能减小，因而气体的内能减少解析析：：气体体分分子子间间有有较较大大空空隙隙，，气气体体分分子子的的体体积积之之和和远远小小于于气气体体的的体体积积，，所所以以A错错误误．．气气体体温温度度越越高高，，分分子子平平均均动动能能越越大大，，分分子子热热运运动动越越剧剧烈烈，，则则B正正确确．．由由压压强强的的定定义义可可知知：：单单位位面面积积上上的的压压力力叫叫压压强强，，器器壁壁内内侧侧受受到到的的压压力力就就是是气气体体分分子子对对器器壁壁不不断断碰碰撞撞而而产产生生的的，，所所以以C正正确确．．当当气气体体膨膨胀胀时时，，气气体体分分子子间间距距离离增增大大，，有有可可能能对对外外做做功功，，还还有有可可能能与与外外界界有有热热交交换换，，吸吸收收热热量量，，导导致致内内能能不不变变，，内内能能增增大大，，内内能能减减少少都都有有可可能能，，所所以以D错错误误．．答案：：BC4．地地面附附近有有一正正在上上升的的空气气团，，它与与外界界的热热交