【与名师对话】2013届高考物理总复习 第十一章 第三讲 热力学定律与能量守恒课件 新人教版选修3-3

1、,(对应学生用书P202) 一、改变内能的两种方式的比较,(1)当一个系统的内能发生改变时，必然伴随着做功或热传递现象 (2)当一个系统的内能发生改变时，其原因可能是由做功引起的，也可能是由热传递引起的，还可能是两种情况同时发生,问题探究热量是能量吗？热量跟内能的关系怎样？ 提示(1)热传递是改变内能的物理方式之一，热传递的过程是物体间内能转移的过程(2)内能的变化用热量来量度，热量总是跟热传递过程相对应的，没有热传递过程就谈不上热量这一概念因此热量是一个过程量(3)热量和功类似，打一比方说，热量和功相当于一种量度工具，就象米尺可以测量物体的长度一样，米尺并不等于要测量的物体，如果你不进行测量

2、，根本就谈不上测量工具了所以说功是不同形式能量转化的量度，功不是能量；同样，热量是物体内能转移的量度热量也不是热能(内能),二、热力学定律与能量守恒定律 1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与外界对它所做的功的和 (2)表达式：UQW. (3)符号法则,(4)几种特殊情况 若过程是绝热的，则Q0，WU，外界对物体做的功等于物体内能的增加 若过程中不做功，即W0，则QU，物体吸收的热量等于物体内能的增加 若过程的始、末状态物体的内能不变，即U0，则WQ0或WQ，外界对物体做的功等于物体放出的热量 2能量守恒定律 能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从

3、一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中其总量保持不变,3热力学第二定律 (1)表述方式 克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体 开尔文的表述：不可能从单一热源吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响 (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,(对应学生用书P202) 要点一对改变内能的两种方式的进一步理解 1.对两种方式的理解 (1)“等效”的意义：在改变物体的内能上做功和热传递可以起到同样的效果，即要使物体改变同样的内能，通过

4、做功或者热传递都可以实现若不知道过程，我们无法分辨出是通过做功还是热传递实现的这种改变,(2)做功和热传递的本质区别 从运动形式上看：做功是宏观的机械运动向物体的微观分子热运动的转化；热传递则是通过分子之间的相互作用，使同一物体的不同部分或不同物体间的分子热运动发生变化，是内能的转移 从能量的角度看：做功是其他形式的能向内能的转化过程，热传递是内能之间的转移，前者能的性质发生了变化，后者能的性质不变,2温度、内能、热量、功的比较,(1)远古时代，取火是一件困难的事，火一般产生于雷击或磷的自燃随着人类文明的进步，出现了“钻木取火”等方法“钻木取火”是通过_方式改变物体的内能，把_转变成内能 (2

5、)某同学做了一个小实验：先把空的烧瓶放入冰箱冷冻，一小时后取出烧瓶，并迅速把一个气球紧密地套在瓶颈上，然后将烧瓶放进盛满热水的烧杯里，气球逐渐膨胀起来，如右图所示这是因为烧瓶里的气体吸收了水的_，温度_，体积_,解析(1)“钻木”的过程是做功的过程，是把机械能转化为内能的过程 (2)烧瓶里的气体吸收热量后，由热力学第一定律知，气体的内能增加，因而温度升高，体积增大 答案(1)做功机械能 (2)热量升高增大,要点二对热力学第一定律的理解 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

6、一为国际单位制中的焦耳 2对公式UQW符号的规定,3.几种特殊情况 (1)若过程是绝热的，则Q0，WU，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W0，则QU，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U0，则WQ0或WQ.外界对物体做的功等于物体放出的热量,(1)应用热力学第一定律时要明确研究的对象是哪个物体或者是哪个热力学系统 (2)应用热力学第一定律计算时，要依照符号法则代入数据对结果的正、负也同样依照规则来解释其意义,一定质量的气体，在从一个状态变化到另一个状态的过程中，吸收热量280 J，并对外做功120 J试问： (1)这些气体的内

7、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240 J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 UWQ120 J280 J160 J 内能增加了160 J,(2)由于气体的内能仅与状态有关，所以气体从状态回到状态过程中内能的变化应等于从状态到状态过程中内能的变化，则从状态到状态的内能应减少160 J，即 U160 J，又Q240 J 根据热力学第一定律得UWQ 所以WUQ160 J(240 J)80 J 即外界对气体做功80 J 答案(1)增加了160 J (2)外界对气体做功80 J,要点三对热力学第二定律

8、的理解 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,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

9、等温膨胀过程,下列说法中正确的是() 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,解析根据热力学第二定律，热量不能自发地由低温物体传递到高温物体，但在一定条件下，热量可以由低温物体传向高温物体，例如电冰箱的工作过程，故选项A错误；根据热力学第一定律，物体内能的变化取决于吸收或放出的热量和做功的正负两个因素，所以选项B错误；第二类永动机不违反能量守恒定律，而违反了热力学第二定律，选项C错误；选项D是热力学第二定律的表述形式之一，是正确的 答案D,(对应

10、学生用书P203) 题型一用热力学第一定律分析气体内能变化的综合问题 (1)判断外界对气体做功还是气体对外做功，只要抓住气体的体积变化情况即可确定：体积减小，外界对气体做功，体积增大，则气体对外界做功 (2)对不计分子势能(或理想气体)的气体，判断内能的增减，只需看气体的温度升高与降低即可温度升高，内能增加，反之内能减少 (3)做功和热传递都可以改变物体的内能，决不能只由某一种过程(做功或热传递)来判断内能的增减,例1(2010重庆)给旱区送水的消防车停于水平地面，在缓慢放水过程中，若车胎不漏气，胎内气体温度不变，不计分子势能，则胎内气体() A从外界吸热 B对外界做负功 C分子平均动能减小

11、D内能增加 思路诱导(1)气体压强的变化及温度的宏观意义 (2)应用理想气体状态方程与热力学第一定律，分析做功及内能变化情况,答案A,一物理爱好者利用如图所示的装置研究气体压强、体积、温度三者之间的关系导热良好的汽缸开口向下，内有理想气体，汽缸固定不动，缸内活塞可自由移动且不漏气一温度计通过缸底小孔插入缸内，插口处密封良好，活塞下挂一个沙桶，沙桶装满沙子时活塞恰好静止，现给沙桶底部钻一个小洞，细沙缓慢漏出，外部温度恒定不变，则() A外界对气体做功，气体内能增大 B外界对气体做功，温度计示数不变 C外界对气体做功，温度计示数减小 D外界对气体做功，温度计示数增大,解析题中“导热良好的汽缸”和“

12、细沙缓慢漏出”表明缸内气体温度不变，等于环境温度，所以温度计示数不变，气体内能不变，细沙漏出的过程活塞向上移动，外界对气体做功，B正确 答案B,题型二热学问题与能量观点的结合 例2(12分)如右图所示，内壁光滑的圆柱形汽缸竖直固定在水平地面上，汽缸开口向上，一面积为0.01 m2的活塞密封了一定的空气，在活塞的上方竖直固定一支架，在支架的O点通过细线系一质量为m8 kg的球，球心到O点的距离为L2 m活塞与支架的总质量为M12 kg，已知当地的重力加速度g10 m/s2，大气压强p01.0105 Pa，汽缸和活塞都是绝热的现将细线拉直到水平，稳定后由静止释放球，当球第一次运动到最低点时，活塞下

13、降了h0.2 m且恰好速度为零，此时细线中的拉力为F252 N求球由静止释放到第一次运动到最低点的过程中汽缸中的气体增加的内能E.,答案p0ShW气体FmgE228,本题有两个突破点其一是求解内能变化的方法，通过对外力做功，本题的作用力较多，对气体而言，只有活塞的外力对其做功，汽缸的作用力不做功，因此改变物体内能的功是活塞对气体的力的功；其二是研究对象的选取，选取球与支架(含活塞)整体为研究对象，巧妙地回避了整体内部相互作用力，这些作用力分析其做功较复杂，选取“整体”为研究对象，恰好解决了活塞对气体做功的数值问题，这也是突破本题难点重要一步,A、B两装置，均由一支一端封闭、一端开口且带有玻璃泡

14、的管状容器和水银槽组成，除玻璃泡在管上的位置不同外，其他条件都相同将两管抽成真空后，开口向下插入水银槽中(插入过程没有空气进入管内)，水银柱上升至如图所示位置停止假设这一过程水银与外界没有热交换，则下列说法正确的是() AA中水银的内能增量大于B中水银的内能增量 BB中水银的内能增量大于A中水银的内能增量 CA和B中水银体积保持不变，故内能增量相同 DA和B中水银温度始终相同，故内能增量相同,解析在水银进入管中的过程中，大气压力对水银做功，把大气的能量转化为水银的内能和重力势能，在一定的大气压下，静止时，A、B管中水银柱的高度是相同的，则进入管中的水银体积相同，所以大气压力做功相同但两装置中水

15、银重力势能的增量不同，所以两者内能的改变也不同，由图可知B管水银的重力势能较小，所以B管中水银的内能增量较多故选项B正确 答案B,(对应学生用书P204) 易错点1：热力学第一定律的符号法则用错 在将空气压缩装入气瓶的过程中，温度保持不变，外界做了24 kJ的功现潜水员背着该气瓶缓慢地潜入海底，若在此过程中，瓶中空气的质量保持不变，且放出了5 kJ的热量在上述两个过程中，空气的内能共减小_ kJ，空气_(填“吸收”或“放出”)的总热量为_ kJ.,易错分析个别学生分析不透题意，不知道内能减小包括两个过程；记错了热力学第一定律中相关物理量的符号法则，Q0认为是放热，W0认为是气体对外做功，造成错

16、解 正确解答本题考查的是热力学第一定律的应用 第一个过程温度不变，内能的改变量为U10，第二个过程内能的改变量为U2Q5 kJ，则两过程内能的改变量总的为UU1U25 kJ；由Q1W124 kJ，则两个过程的热量变化为QQ1Q229 kJ，负号表示空气放出热量答案为：5放出29.,空气压缩机在一次压缩过程中，活塞对汽缸中的气体做功为2.0105 J，同时气体的内能增加了1.5105 J试问：此压缩过程中，气体_(填“吸收”或“放出”)的热量等于_ J. 解析由热力学第一定律可以判断是放热，求得放出的热量只要知道热力学第一定律就可作答此题较易 答案放出5104,易错点2：缺乏综合分析能力，不会全

17、面分析气体状态变化问题 如图所示，水平放置的密封气缸内的气体被一竖直隔板分隔为左右两部分，隔板可在气缸内无摩擦滑动，右侧气体内有一电热丝气缸壁和隔板均绝热初始时隔板静止，左右两边气体温度相等现给电热丝提供一微弱电流，通电一段时间后切断电源当缸内气体再次达到平衡时，与初始状态相比() A右边气体温度升高， 左边气体温度不变 B左右两边气体温度都升高 C左边气体压强增大 D右边气体内能的增加量等于电热丝放出的热量,易错分析片面地认为电热丝对右边气体加热，右边气体温度升高，由于活塞绝热，因此左边气体温度不变，右边气体内能的增加量等于电热丝放出的热量，故错选AD而漏选B. 正确解答由于气缸壁和隔板都绝

18、热，内部气体之间、内部气体与外界气体之间都没有热传递当电热丝通电后，右边的气体温度升高、压强增大而左边气体压强不变，右边气体对隔板的压力大于左边，将隔板向左推，压缩左边的气体做功，根据热力学第一定律，左边气体的内能增加，气体的温度升高，左边的气体压强增大，A错误BC正确；由于右边气体通过隔板对左边气体做功要消耗内能，右边气体内能的增加量为电热丝放出的热量减去对左边气体所做的功，D错答案为BC.,地面附近有一正在上升的空气团，它与外界的热交换忽略不计已知大气压强随高度增加而降低，则该气团在此上升过程中(不计气团内分子间的势能)() A体积减小，温度降低B体积减小，温度不变 C体积增大，温度降低

19、D体积增大，温度不变 解析随着空气团的上升，大气压强也随着减小，那么空气团的体积会增大，空气团对外做功，其内能会减小，因为不计分子势能，所以内能由其温度决定，则其温度会降低所以空气团的体积增大、温度降低、压强减小所以，正确答案应为C. 答案C,(对应学生用书P205) 1(2011湖南长沙二中质检)下列关于热力学第三定律的表述中正确的是() A热力学零度不可达到 B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 C其数学表达式是UQW D能量在转化或转移的过程中总量保持不变 解析热力学零度只可接近不能达到，A正确；B是热力学第二定律的内容，C是热力学第一定律的表达式，D是能量守恒定律内容 答案A,2(2011福建)一定量的理想气体在某一过程中，从外界吸收热量2.5104 J，气体对外界做功1.0104 J，则该理想气体的() A温度降低，密度增大 B温度降低，密度减小 C温度升高，密度增大 D温度升高，密度减小 解析理想气体从外界吸热大于对外界做功，所以内能增大，温度是理想气体内能的标志，内能增大，温度一定升高；气体对外做功，体积膨胀，质量不变，所以密度要减小D正确答案为D. 答案D,3(2011泰洲模拟)如图所示，绝热汽缸中间用固定栓将可无摩擦移动的导热隔板固定，隔板质量不计，左右两室分别充有一定量的氢气和